Enerji, direkt olarak ölçülemeyen bir niceliktir. Doğada çeşitli biçimlerde bulunur. Enerji sürekli olarak bu biçimler arasında dönüşüm halindedir.

Elektrik enerjisinin hareket, ısı, ışık, vs. gibi diğer enerji türlerine dönüştürülmesi, uzak mesafelere taşınması, dağıtılması ve kullanılması önemlidir.

Elektrik enerjisi, basit bir elektrik devresinde olduğu gibi enerji santralinde başlayıp son kullanıcı olan biz tüketicilere kadar uzanan ve tekrar enerji santraline dönen kapalı bir devrede taşınır.

Elektrik enerjisinin ekonomik olarak çok uzaklara iletilmesi ancak yüksek gerilimler yardımıyla olmaktadır.

Transformatörler yardımıyla alternatif gerilimlerin büyüklükleri çok az bir kayıpla değiştirilebildiğinden, elektrik enerjisinin enerji iletim ve dağıtım şebekelerinde uzak mesafelere iletimi yüksek gerilimli alternatif akımlarla yapılmaktadır.

Alternatif akım periyodik olarak yönü ve şiddeti sürekli değişen bir elektrik akımıdır. Alternatif akımda; akım ve gerilim daha çok sinüssel biçimde zamanla değişir. Şu an evlerimizde kullandığımız elektriğin karakteristiği sinüssel dalga şeklindedir

Ülkemizde, Doğalgaz santralleri başta olmak üzere; Hidroelektrik santraller, termik santraller, az da olsa rüzgâr türbinleri ve güneş panelleri alternatif akımın üretildiği başlıca tesislerdir.

Birincisi gerilim, ikinci kavram ise akım olarak adlandırılır.

Birimi “Volt” simgesi “V” dir.

Birimi “Amper” simgesi “A” dır.

İki farklı karakteristik özelliğe sahiptir; bu özellikler gerilimin maksimum (tepe) değeri ve faz açısıdır.

Direnç, endüktör (bobin), kapasitör (kondansatör)’dür.

Direnç, endüktör (bobin), kapasitör (kondansatör) pasif elemanlar olarak adlandırılmaktadır.

Büyük harflerle gösterilen V ve I gibi değerler rms değerlerini belirtir.

Büyük ve italik harflerle gösterilen V ve I gibi değerler rms fazör değerlerini belirtmektedir.

Güç terimi, zamana göre enerji değişim oranı olarak ifade edilmektedir.

Gücün birimi Watt’tır. Aynı zamanda bu birim joule/saniye’ye eşittir.

Bir elektrik yükünün çektiği anlık güç, bu yükün üzerine düşen anlık gerilim değerinin bu yük üzerinden geçen anlık akımın değeri ile çarpımıdır.

Saf rezistif yüklerde, yükten geçen akım ile yük üzerindeki gerilim aynı fazdadır; diğer bir deyişle aralarındaki faz açısı sıfır derecedir.

Saf endüktif yükte; akım gerilimden 90° geridedir.

Saf kapasitif yük düşünüldüğünde, akım gerilimden 90° ilerdedir.

Kondansatör tarafından çekilen anlık güç, tıpkı endüktörde olduğu gibi, ortalama değeri sıfır olan çift frekanslı bir sinüssel terimdir.

Yük tarafından çekilen anlık güç iki bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenlerden biri; yükteki direnç (rezistif) elemanının çektiği güç diğeri ise reaktif elemanlar (endüktif ya da kapasitif) tarafından çekilen güçtür.

Rezistif yük tarafından çekilen güç çift frekanslı bir sinüstür.

Gerçek güç aynı zamanda aktif güç ya da ortalama güç olarak da adlandırılmaktadır.

Doğru akım (DC) devreleri için yük tarafından çekilen güç; DC yük gerilimi ile DC yük akımının çarpımından oluşur.

Reaktif güç birimi olarak Volt Amper Reaktif (VAR) kullanılır.

Alternatif akım devrelerinde sinüssel denge durumundaki aktif ve reaktif güç; kompleks güç yardımıyla hesaplanır.

Kompleks gücün büyüklüğü, (S=VI ) görünür güç olarak adlandırılır.

Gerçek güç, görünür gücün güç faktörü ile çarpımından oluşur.

Kondansatörün endüktif yüke paralel olarak bağlanmasına güç faktörü düzeltmesi denilir.

Kondansatörün etkisi; kaynak tarafından yüke sağlanan gücün güç faktörünü arttırmaktır. Bunun yanında kaynağın görünür gücünde de düşüş meydana gelir.

Güç faktörü düzeltmesi işlemi verimliliği ve gerilim regülasyonunu iyileştirmektedir.

Sinüssel denge durumundaki devreler için Kirchhoff’un gerilimler kanunu (KGK) ve akımlar kanunu (KAK), fazör gösterimi için de uygulanabilir.

Hem kapalı bir devrede bir düğüm noktasına gelen fazör akımlarının toplamı, hem de kapalı bir döngü üzerindeki gerilimlerin toplamı sıfırdır.

Kirchhoff yasalarına dayanan devre analizi tekniklerinden; düğüm noktası analizi, döngü analizi, süperpozisyon yöntemi, kaynak dönüşümü yöntemi ve Thevenin teoremi gibi yöntemlerden faydalanılabilir.

1. N+1 düğüm noktasından oluşan bir devrede herhangi bir düğüm noktası referans alınarak diğer tüm gerilimler bu noktaya göre yazılır.
2. Bir direnç üzerinden seri bağlı tüm gerilim kaynakları, dirence paralel bağlı akım kaynaklarına dönüştürülür. Ayrıca empedans değerlerinin yerine admitans değerleri yazılır. Her bir akım kaynağı; gerilim kaynağı empedans değerine bölünerek bulunur.
3. Düğüm noktası eşitlik matrisi yazılır.

V₁₀ voltajı 1 rakamı ile gösterilen düğüm noktasının 0 rakamlı düğüm noktasına göre voltajını ifade eder.

Tüm kaynakların gerilimleri, birbirleri ile eşit genliğe sahipse ve aralarında 120’şer derece faz farkı var ise kaynaklar denge halindedir denir.

Genel olarak herhangi bir üç-fazlı dengeli sistemde fazör büyüklükleri kapalı bir üçgen üzerinde olduğundan; bu büyüklüklerin toplamı sıfırdır. Bu yüzden dengeli sistemde nötr akımının değeri; ister nötr hattı kısa devre olsun, ister açık-devre olsun, denge durumu korunduğu müddetçe sıfırdır.

Bu yüzden üçgen bağlı dengeli bir yükü, eşdeğer yıldız bağlantısına çevirmek için üçgen bağlı yük 3’e bölünür.

Yıldız bağlantı her bir empedans değeri 3 ile çarpılarak eşdeğer üçgen bağlantısına çevrilebilir.

Denge durumundaki üç-fazlı devrelerle çalışırken tek-fazın incelenmesi yeterlidir.

Üç-fazlı jeneratörün denge durumunda çalışmasında; jeneratör tarafından sağlanan toplam anlık güç zamandan bağımsızdır ve sabittir.

Üç-fazlı jeneratörler tarafından sağlanan kompleks, aktif, reaktif ve görünür güç ifadeleri aynı zamanda üç-fazlı motorlar tarafından çekilen kompleks, aktif, reaktif ve görünür güç değerleri için de geçerlidir.

Üç-fazlı dengeli sistemler, tek-fazlı sistem ile iletilen gücün aynısını iletirken, tek-fazlı sistem için gereken iletken miktarının yarısına gerek duyarlar.

Üç-fazlı sistemlerde I²R kayıpları ve iletim hattındaki gerilim düşümü tek-fazlı sistemlere göre yarı yarıyadır.

Üç-fazlı sistemin ayrık tek-fazlı sistemlere göre avantajlarından biri enerji iletim ve dağıtım maliyeti olarak daha düşük olması ve daha iyi voltaj düzenlemesine sahip olmasıdır.

Nötr hattı, şimşek sonucu oluşan aşırı gerilimlerin sönümlenmesinde kullanılır ve asimetrik yüklenmeler sonucunda oluşan dengesiz akımların taşınmasını sağlar.

Nötr hatları normal çalışma durumlarında neredeyse sıfır akım taşıdığı için genelde faz hatlarına göre daha küçük kesitlidirler.

Nötr hattının maliyeti faz hatlarına göre daha düşüktür.

Üç-fazlı sistemlerin yapım ve işletme maliyeti ayrı ayrı tek-fazlı sistemlere göre daha düşüktür.

Üç-fazlı dengeli jeneratörler tarafından sağlanan güç denge durumunda hemen hemen sabittir.

Üç-fazlı sistemlerdeki jeneratör (şaft üzerindeki uyartım sargısı ve 1200 faz farkı ile yerleştirilmiş stator sargılarından oluşan jeneratör) elektrik gücünü mekanik güçten elde ettiği için hemen hemen sabit bir mekanik güce ihtiyaç duyar.

Elektrik enerjisinin hareket, ısı, ışık, vs. gibi diğer enerji türlerine dönüştürülmesi, uzak mesafelere taşınması, dağıtılması ve kullanılması önemlidir. Elektrik enerjisi, basit bir elektrik devresinde olduğu gibi enerji santralinde başlayıp son kullanıcı olan biz tüketicilere kadar uzanan ve tekrar enerji santraline dönen kapalı bir devrede taşınır.

Alternatif akımda; akım ve gerilim daha çok sinüssel biçimde zamanla değişir. Şu an evlerimizde kullandığımız elektriğin karakteristiği sinüssel dalga şeklindedir.

Elektrik terminolojisinde kullanılan iki temel kavram vardır; bunlardan birincisi gerilim veya diğer adıyla voltajdır. Birimi Volt’tur ve “V” simgesiyle gösterilir.

Diğer ikinci kavram ise akım olarak adlandırılır. Birimi Amper’dir ve “A” simgesiyle gösterilir.

Sabit frekanslı sinüssel (Sinüs dalgası biçiminde) akım ya da gerilim (voltaj) iki farklı karakteristik özelliğe sahiptir; bu özellikler gerilimin maksimum (tepe) değeri ve faz açısıdır.

Elektrik devrelerinde kullanılan direnç, endüktör (bobin) ve kapasitör (kondansatör) için gerilim ve akım fazörleri arasındaki ilişki Şekil 1.2’de gösterilmektedir. Bu elemanlar, pasif elemanlar olarak adlandırılmaktadır.

Güç terimi; zamana göre enerji değişim oranı olarak ifade edilmektedir. Gücün birimi Watt’tır ve bu birim aynı zamanda joule/saniye’ye eşittir.

Bir elektrik yükünün çektiği anlık güç, bu yükün üzerine düşen anlık gerilim değerinin bu yük üzerinden geçen anlık akımın değeri ile çarpımıdır.

Saf rezistif yüklerde, yükten geçen akım ile yük üzerindeki gerilim ile aynı fazdadır; diğer bir deyişle aralarındaki faz açısı sıfır derecedir.

Gerçek güç birimi olarak Watt (W) kullanılır. Gerçek güç aynı zamanda aktif güç ya da ortalama güç olarak da adlandırılmaktadır.

Gerçek güçle aynı birimleri içermelerine rağmen reaktif güç birimi olarak Volt Amper Reaktif (VAR) kullanılır.

Aktif (P) gücün fiziksel anlamı kolaylıkla anlaşılabilir. Bir yük tarafından “t” zaman aralığında çekilen toplam enerji, sinüssel gerilimin bir periyodunu içeren, P×t Watt-saniye (Ws) ’dir.

Kilowatt-saat metre cihazı, belirli bir 2 1 (t -t ) zaman aralığında şebekeden çekilen enerjiyi ölçmek için tasarlanmıştır.

Alternatif akım devrelerinde sinüssel denge durumundaki aktif ve reaktif güç; kompleks güç yardımıyla hesaplanır. Bir devre elemanının uçları arasındaki gerilimin V = V?? V , elemanlar üzerinden geçen devre akımının ise I = I?ß A olduğu varsayılırsa; Kompleks güç, gerilim ile akımın kompleks eşleniğinin çarpımından oluşur.

Kompleks gücün büyüklüğü, (S=VI ) görünür güç olarak adlandırılır. Her ne kadar görünür güç “S”; “P” ve “Q” ile aynı birime sahip olsa da; “S”nin birimi volt-amper’dir ve kısaca VA ile gösterilir.

Kondansatörün endüktif yüke paralel olarak bağlanmasına güç faktörü düzeltmesi denilir. Kondansatörün etkisi; kaynak tarafından yüke sağlanan gücün güç faktörünü arttırmaktır. Bunun yanında kaynağın görünür gücünde de düşüş meydana gelir.

Sinüssel denge durumundaki devreler için Kirchhoff’un gerilimler kanunu (KGK) ve akımlar kanunu (KAK), fazör gösterimi için de uygulanabilir. Bu yüzden; hem kapalı bir devrede bir düğüm noktasına gelen fazör akımlarının toplamı, hem de kapalı bir döngü üzerindeki gerilimlerin toplamı sıfırdır. Kirchhoff yasalarına dayanan devre analizi tekniklerinden; düğüm noktası analizi, döngü analizi, süperpozisyon yöntemi, kaynak dönüşümü yöntemi ve Thevenin teoremi gibi yöntemlerden faydalanılabilir.

Tüm kaynakların gerilimleri, birbirleri ile eşit genliğe sahipse ve aralarında 120’şer derece faz farkı var ise kaynaklar denge halindedir

Dengeli bir üçgen bağlantıda, Şekil 1.13’de görüldüğü gibi eşit empedanslı Z? yükleri üçgen şeklinde A, B ve C baralarına bağlanmıştır. ? bağlantıda nötr hattı bulunmaz. Devrede iletim hattının empedansı ihmal edilirse; gerilim kaynağındaki faz-faz arası gerilim değeri yükteki faz-faz arası gerilim değerine eşittir.

Direkt olarak ölçülemeyen bir nicelik olan enerji, doğada çeşitli biçimlerde bulunur. Bu enerji sürekli olarak bu biçimler arasında dönüşüm halindedir. Elektrik enerjisinin hareket, ısı, ışık, vs. gibi diğer enerji türlerine dönüştürülmesi, uzak mesafelere taşınması, dağıtılması ve kullanılması önemlidir.