Alternatif akım devrelerindeki güç, ani akım ve gerilim zamana bağlı olarak değiştiğinden, zamana bağlı olarak değişir. Değişim çok hızlı olduğundan oluşan ani güç yerine bir periyodluk zaman içindeki ortalama etki ile ilgilenmek daha anlamlıdır. Alternatif akım devrelerindeki güç, devredeki ortalama güç ölçülecek şekilde yapılmış ve kalibre edilmiş wattmetrelerle ölçülür.

            Önceki kısımlarda incelendiği gibi sinüs eğrisi biçimindeki bir gerilim, sabit değerlerde olan direnç, bobin ve sığanın veya bunların kombinasyonlarının uçlarına uygulandığında devreden geçen akım da sinüs fonksiyonudur. Akım, devre elemanlarının özelliklerine bağlı olarak, gerilimle aynı fazda olabilir veya gerilimle akım arasında bir faz farkı meydana gelir. Uygulanan gerilim,

                                                v = V_m Sin w t

şeklinde ise ve akımla gerilim arasındaki faz farkı f ise akım şiddetinin ani değeri;

                                                i = I_m Sin ( w t ± f )

olacağından devredeki ani güç;

                                    p = i . v = I_m V_m Sin w t Sin ( w t ± f )                              (2.90)

şeklinde ifade edilebilecektir. Akım ile gerilimin çarpılması ile elde edilen eğrinin de sinüs eğrisi biçiminde olduğu gösterilebilir. Ayrıca gerilim ve akımın etkin değerleri kullanılarak ortalama gücün

                                                p = I .V. Cos f                                                      (2.91)

olduğu da gösterilebilir. Buna göre tek fazlı alternatif akım devresindeki güç akım, gerilim ve güç faktörünün çarpımına eşittir. Bilindiği gibi ( 2.91 ) ifadesindeki Cos f  terimine güç faktörü veya güç çarpanı denilmektedir.

            2.10.1.            DİRENÇ ÜZERİNDEKİ GÜÇ

            Sinüsoidal bir gerilim bir direncin uçlarına uygulandığında devreden geçen akım gerilimle aynı fazda olduğundan,

                                    f = 0                           Cos f = 1

dir. Dolayısıyla direnç üzerindeki ortalama güç;

                                                P_R = V. I     volt amper                                         (2.92)

olacaktır. Görüldüğü gibi bu ifade doğru akım devrelerindeki güç ifadesinin aynıdır. Bu nedenle P_R için,

                                                P_R = V² / R = I² . R                                    (2.93)

bağıntıları kolayca tüketilebilir. Devre gerilimi,

                                                v = V_m Sin w t

devre akımı,

                                                i = (V_m / R ) Sin w t

şeklinde yazılabileceğinden, ani güç için;

                                                                               (2.94)

elde edilir. Şekil 2. 24. de v, i ve p nin değişimleri gösterilmiştir. Görüleceği gibi güç eğrisinin tamamı pozitif değerler almaktadır. Başka sözlerle gücün negatif değerleri yoktur.

                                       Şekil 2. 24 Bir direnç üzerinde oluşan güç.

            Bunun anlamı gücün tamamının direnç üzerinde ısı enerjisine dönüştüğüdür. Bu tür güce AKTİF GÜÇ denir ve watt  veya kilowatt ile ölçülür.

            2.10.2             BOBİNDEKİ GÜÇ

            Sargı telinin direnci ihmal edilebilen bir bobinin uçlarına sinüsoidal bir gerilim uygulandığında akımın gerilimden 90⁰  geride kaldığını biliyoruz. Faz farkı 90⁰ olduğundan güç faktörü sıfır olacaktır. Dolayısıyla,

                                                V. I. Cos. f

ise tanımlanan aktif güç sıfır olur. Gerilimin ani değeri

                                                v  = V_m Sin w t

akımın ani değeri,

                                                i = - I_m Cos w t

şeklinde yazılabileceğinden, ani güç;

                                                p = i.v = - I_mV_m Sin wt Cos w t                             (2.95)

ile ifade edilir. Ancak,

                                                Sin wt.Cos wt = ( 1/2 )  Sin 2 wt

                                                V_m / Ö 2 = V I_m / Ö 2 = I

olduğu hatırlanarak,

                                                p= - V_L.I.Sin 2 w t                                     (2.96)

elde edilir. Güç maksimum değerine w t = 45⁰ için ulaşır ve

                                                P_m = V_L.I

bulunur.

            Güç eğrisinin frekansı gerilim eğrisinin frekansının iki katı olduğundan, gerilimin bir periyodunda güç 2 defa pozitif, 2 defa negatif çevrime sahip olur. Pozitif çevrimler ile negatif çevrimlerin alanları eşit olduğundan ortalama güç sıfırdır. Bunun anlamı gücün periyodik olarak üreteç ile bobin  arasında takas edilmesidir. Güç, devrede tüketilmemektedir. Bu nedenle üretecin ortalama çıkış gücü sıfırdır. Bu tür devrelerdeki güce REAKTİF GÜÇ denir ve volt.amper.reaktif ( VAr ) ile ölçülür. Bir devredeki reaktif güç,

                                                Q = I . V. Sin f     Var                               (2.98)

ile hesaplanır.

            2.10.3             KONDANSATÖRDEKİ GÜÇ

            Bir kondansatörün uçlarına sinüsoidal gerilim uygulandığında akım, gerilimden 90⁰  ilerde olacak şekilde devreden akım geçer. Dolayısıyla aktif güç, Cos f = 0 olduğundan, sıfırdır.

                                                v = V_m Sin w t

                                                i = I_m Cos w t

ile

                                                p = I_mV_m Sin w t Cos w t

ve trigonometrik dönüşüm kullanılarak,

                                                p = I.V_C Sin 2 w t                                      (2.99)

elde edilir. Bu güç de t = 45⁰  için maksimum değere ulaşır.

            Gerilimin bir periyodu süresince güç üreteç ile kondansatör arasında periyodik olarak takas edildiğinden üretecin ortalama çıkış gücü sıfırdır ve güç reaktif karakterlidir.

2. 11. GÖRÜNÜR, AKTİF VE REAKTİF

GÜÇ ARASINDAKİ İLİŞKİLER

            Bir alternatif akım devresindeki görünür güç

                                                S = I . V                                                   (2.100)

ile tanımlanır ve volt.amper (VA) ile birimlendirilir. Aktif güç ise,

                                                p = I.V.Cos f                                          (2.101)

bağıntısı ile hesaplanır ve watt (W) ile ölçülür. Reaktif güç ise,

                                                Q = I . V . Sin f                                      (2.102)

ile ifade edilir ve volt.amper.reaktif ( Var) ile birimlendirilir.

            Yukarıdaki bağıntılardan görüleceği gibi P ve Q, S nin dik koordinatlardaki bileşenleridir.

                Şekil 2.25. Görünür, aktif ve reaktif güçlerin tanımı ve bunların aralarındaki ilişki.

Buna göre,                                S = ( P² + Q² )^1/2                                         (2.103)

ve,                   

                                                Cos f  = P/S                                            (2.104)

yazılabilir.

            ( 2 . 103 ) deki P ve Q yerine ( 2. 101 ) ve ( 2 . 102 ) değerleri yazılırsa,

sonucu elde edilir.