Bünyesinde serbest elektron bulunduran maddelerin üzerine bir gerilim (kuvvet) uygulanması ile elektronlar hareket etme başlar. Elektronların elektriksel olarak negatif bölgeden pozitif bölgeye hareket etmesi ile de “akım” dediğimiz olay meydana gelmektedir.
Doğru akım (DA veya ingilizce ifadesi Direct Current, DC) elektrik yüklerinin yüksek potansiyelden alçak potansiyele doğru sabit olarak akmasıdır. Bu akımın yönü değişmese de şiddeti değişebilir.
Doğru akım şu kaynaklarla üretilebilir:
- Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisi dönüştüren araçlara pillerden,
- Akümülatörlerden,
- Alternatif akım elektrik enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren dinamo isimli araçlardan,
- Güneş panellerinden.
Alternatif Akım (AA veya İngilizce ifadesi Alternating Current, AC), genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. Bu akım türünde en çok kullanılan dalga türü sinüs dalgasıdır. Farklı uygulamalarda üçgen ve kare gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Bütün dalgalar birbirlerine elektronik devreler aracılığı ile çevrilebilir. Bu çevrimler kondansatör, diyotlar, röleler devre elemanlarıyla gerçekleştirilir.
Alternatör olarak bilinen cihazlar sayesinde alternatif akım üretilmektedir. Alternatörler, alternatif akım üretmek için tasarlanmış elektrik jeneratörünün özel türüdür. Alternatörlerde bulunan manyetik alan içerisinde tel çerçeve döndürülür. Bir tam tur dönüş yani 360 derecelik dönüş yapması için geçen süre T olarak adlandırılır. Tel manyetik alanın içerisinde döner ve bu sayede gerilim akım dönüşümüne girerek alternatif akım üretilir.
Alternatif akım tiplerinden çok kullanılanlar şunlardır;
- Bir fazlı AC: Bu, en sık rastlanan alternatif akım enerjisidir. Evlerde kullanılan şekliye 60 Hz’lik frekans (ABD) ve 110-20 voltluk gerilimdir.
- 120/240 VAC: Bir üçüncü iletkeni ortak kullanan iki adet faz hattını göstermektedir. Her bir faz ile ortak iletken arasında 120
(120 VAC) ve fazlar arasında ise 240 volt alternatif gerilim (240 VAC) vardır. Fazlar arasındaki fark ise 180° dir. - 120/280 VAC: 120/240 VAC ile aynıdır; ancak burada iki faz arasındaki açı 120°’dir. Dolayısıyla iki faz arasındaki bileşke gerilimi 280 volt olur.
- 220 VAC veya 240 VAC: 120/240 VAC sistemin iki adet fazını gösterir. Tek kullanılan 220 ve 240 kodları ise, genel olarak ortak iletkenin hiç kullanılmadığını anlamına gelir.
- 208 VAC: 120/208 VAC sisteminin iki adet fazını gösterir. 208 kodunun tek kullanılması hali ise, genel olarak ortak iletkenin kullanılmadığı anlamına gelir.
- İki fazlı: Aslında, tam olarak doğru olmayan bu terim, üç fazlı bir sistemde bulunan fazların ikisini kullanan bir enerji şebekesini tanımlamak için kullanılır.
- Üç fazlı: Üç adet fazı bulunan bir enerji sistemidir. Burada her bir iletkenin arasındaki gerilim fazları farkı 120’şer derece olarak eşit bölünmüştür.
AC ve DC’nin Tarihçesi:
Alternatif akım etkisini pratikte ilk dizayn eden William Stanley’dir. Stanley, indüksiyon bobini adını verdiği ve transformatörün atası olan sistemle alternatif akımla ilgili çalışmalarına başlamıştır. Bugün kullanılan haliyle alternatif akım ilk olarak Nikola Tesla tarafından 1886 yılında laboratuvar ortamında üretilmeye başlanmıştır. Tesla, daha sonra patentini George Westinghouse’a satmıştır. O yıllarda Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Carl Wilhelm Siemens ve diğer bazı bilim insanları da bu alanda çalışmalar yapmıştır.
Endüstriyel amaçlı üç faz AA elektrik akımı üreten ilk santral ise, 1893 yılında Almirian Decker tarafından Kaliforniya’daki Mill Creek hidroelektrik santralinde kurulmuştur. Decker’in tasarladığı sistem 10.000 volt ve 3 fazlı bir sistemdir.
1800’lü yılların sonu 1900’lü yıllarında başında yılında Westinghouse firmasının kurucus George Westinghouse ile Nikola Tesla, elektrik iletimi için alternatif akımın tercih edilmesini öne sürerken Thomas Edison, doğru akımın savunucusuydu. Elektrik enerjisinin iletimi öncelikle DA olarak başlamıştır. Ancak transformatör ve AA motorların daha hızlı gelişmesi, kısa mesafelerde DA aktarımı verimli olmaması nedeniyle Alternatif Akım daha çok ve hızlı gelişim göstermiştir. Günümüzde ise, bu tartışmaya doğru akımından ziyade elektriğin üretiminde, iletim ve dağıtımında yaygın olarak alternatif akımın kullanılmasının görülüyor olması bir cevap olarak karşımıza çıkmaktadır.
Kullanım Alanları Nelerdir?
Düzgün doğru ve değişken doğru akım olarak adlandırılabilir. Doğru akım Telekomünikasyon sektöründe, Televizyon gibi elektronik cihazlarda, maden arıtma ve maden kaplamacılığında, metro gibi elektrikli taşıtlarda kullanılmaktadır.
Alternatif akım büyük elektrik devrelerinde ve yüksek güçlü elektrik motorlarında kullanılır yani genellikle sanayi ve konutlarda kullanılır. Santrallerde üretilen enerjinin sevkinde de AA kullanılmaktadır. Deniz altına yapılan enerji nakil hatlarında üretilen AA elektrik, dalga yapısında bozulmalara sebep verilmemesi için DC’ye dönüştürülerek taşınmaktadır. HVDC ismi verilen uygulama ile okyanus ya da deniz altından nakil hatları işlenebilmektedir.
Günümüzde havadan ve kablo üzerinden taşınan, ses ve radyo dalgalarının karışmamasının sebebi de alternatif akımın farklı sinüzoidal yapılarda olmasıdır.
Evlerimizdeki elektrik alternatif akım sınıfına girer. Buzdolabı, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, klima ve vantilatörler doğrudan alternatif akımla çalışırlar. Televizyon, müzik seti ve video gibi cihazlar ise bu alternatif akımı doğru akıma çevirerek kullanırlar.
Vücuttan geçen 50 veya 60 Hz.lik bir akım istemsiz kaslardan ibaret olan kalbin durmasına neden olabilir. AC akımın frekansını 500 kHz veya daha yükseklere çıkarırsanız deriye temas etmeniz gerekmez; akım kapasitif olarak vücuttan akar. Bu frekanslarda akımın kalbi fibrillasyona sokması mümkün değildir ama ısı etkisi kendini hissettirir.
Alternatif akımın önemli dezavantajları da vardır. Elektriğin yüksek gerilimli güç hatları ile uzun mesafelerde iletiminde her 1.000 km’lik mesafede elektrik enerjisinin %10’dan fazlası kaybolmaktadır. Bu bakımdan doğru akım daha avantajlı gözükmektedir. Sebebi ise doğru akımlı iletim sistemleri, güç hattındaki kayıpları 1/3 oranında düşürmektedir.
Bununla ilgili son zamanlarda HVDC (High Voltage Direct Current) yani Yüksek Doğru Gerilim yöntemi denenmektedir. Yüksek gerilim doğrultucularda devrim niteliğindeki gelişmelerle Yüksek Doğru Gerilim (HVDC) sistemlerde temelde yapılan işlem Alternatif Gerilimin doğrultularak iletilmesi ve hedef noktada tekrardan Alternatif Akıma çevrilmektedir.
Alternatif Akım ile Doğru Akım Neden Dönüştürülür?
Günlük hayatta kullanılan cihazların ihtiyaç duydukları gerilimler ve gerilimlerin büyüklükleri değişiklik gösterir. Bu yüzden elimizde bulunan AC veya DC gerilim kaynaklarının ya gerilim değerlerinin büyütülmesi veya gerilimler arası dönüşümler yapılması gerekir. AC’ yi DC’ ye çevirmek için redresörler, DC’ yi AC’ ye çevirmek için osilatörler, AC gerilimin seviyesini değiştirmek için ise trafolar kullanılır.
AC-DC Güç Çevirimi: AC akımın DC akıma dönüştürülmesini ifade eder. Bu işlemi redresör (doğrultucu) dediğimiz devreler sağlar. Redresörlerde kullanılan diyot ya da tristörler vasıtasıyla AC-DC çevirim işlemi sağlanır. Bu çevrim cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda kısacası “adaptör” kullandığımız tüm cihazlarda gerçekleşmektedir.
AC-AC Güç Çevrimi: AC’ den AC’ ye gerilim dönüşümü genellikle transformatörler vasıtasıyla sağlanır. Bu dönüşüm iletim ve dağıtım hatlarında gerçekleşmektedir.
DC-AC Güç Çevirimi: DC’den AC’ ye güç çevirimi konvertisör denilen cihazlarla sağlanır. Bu tip güç çevirimi yüksek güçlü oto amplifikatör beslemelerinde ve kesintisiz güç kaynaklarında kullanılır.
Duru Solar Enerji Sistemleri
Güneşten Elektriğe
Sağlıklı Bir Dünya İçin
