ساده ترین نوع بار، بارهای خالص مقاومتی (بار مقاومتی) هستند که بدون راکتانس خازنی یا سلفی هستند.

ضریب توان (Power Factor) این بارها ۱.۰ هستش و بیشتر کاربردهای آشنا در این کتوگوری قرار میگیرند. یعنی لامپهای رشته‌ای به همراه انواع هیترها از توستر گرفته تا پتوی برقی… .

یک المان حراراتی به صورت ساده از یک هادی که توان رو با رابطه P=RI^2 تلف میکنه تشکیل شده. همونطور که میشه از رابطه P=V^2/R تشخیص داد: مقدار توان تلف شده با کاهش مقاومت افزایش پیدا میکنه به شرطی که ولتاژ داده شده ثابت باشه. بنابراین بهترین هیتر اونایی هستند که مقاومت کمتری دارند.

اگرچه مقاومت خصیصه فیزیکیِ ثابت یک دستگاه هستش ولی روی دستگاهی که میخریم معمولا اون رو نمینویسن! مردم میخوان چیکار کنن اون رو!

چیزی که مردم بهش اهمیت میدن مقدار توانی هستش که اون دستگاه مصرف میکنه چون بابت همون توان به اداره برق هزینه پرداخت میکنند. برای محاسبه مصرف هم باید ولتاژ معلوم و ثابت باشه و روی دستگاه هم مشخص شده باشد که ولتاژ نامی چقدر هستش. برای مثال در کشور ما ایران ۲۲۰ ولت هستش، پس یک لامپ رشته ای در ولتاژ دیگه مثلا ۱۱۰ ولت توان مصرفیش فرق خواهد کرد.

واکنش بار مقاومتی نسبت به تغییرات ولتاژ و فرکانس

به صورت کلی بار مقاومتی از لحاظ کار کردن ساده ترین هستش و در مقابل تغییرات کیفیت توان هم بیشترین شکیبایی رو داره. یعنی در مقابل تغییرات ولتاژ و فرکانس بیشترین تحمل رو داره. (در نظر داشته باشین که شکست ناپذیر نیست! بلکه بیشترین تحمل رو داره.) یک المنت مقاومتی با ولتاژ زیاد آسیب میبینه که باعث میشه بیش از حد مجاز گرم بشه یا خیلی زود از بین بره. مثلا به فیلمان‌های لامپ رشته ای اگه ولتاژ زیاد داده بشه خیلی زود میسوزند.از طرف دیگه هم ولتاژ کم باعث آسیب به دستگاهی که مقامتی هست نمیشه فقط میتونه گرما و نور خروجی رو کاهش بده. بار مقاومتی اساساً به فرکانس بی تفاوت‌ هست حتی اگر فرکانس نوسان هم داشته باشه باز بی اهمیت هست. یعنی چشم انسان کارایی یه لامپی که با ولتاژ ۱۲۰ ولت با فرکانس dc کار میکنه رو با لامپ ۱۲۰ ولتی که با فرکانس ac  کار میکنه رو نمیتونه تشخیص بده.

اگرچه تمام تلاش وزارتهای نیرو این هستش که ولتاژ خانگی رو ثابت نگه دارن ولی دستگاهی که به برق وصل میشه ولتاژ متفاوتی رو میبینه. این ولتاژ بسته به زمان و مکان فرق میکنه. البته در یک رنج تعریف شده برای مثال 5± درصد. یعنی اگه در کشوری 120 ولت ولتاژ خانگی باشه حد مجاز تلرانسش 114 تا 126 ولت خواهد بود.

سوال اینجاست که با تغییر ولتاژ چه بلایی سر بارها و توان مصرفی شون میاد؟

برخلاف بارهای موتوری، بار مقاومتی خیلی ساده قابل پیش بینی هستش. و از رابطه P=V^2/R پیروی میکنن. اگر ولتاژ افزایش پیدا کنه توان مصرفی (کشیده شده) توسط بار مقاومتی به اندازه مربع اون ولتاژ بیشتر خواهد شد.

مثال:

توان مصرفی یک لامپ رشته ای 100 وات با ولتاژ نامی 120 ولت رو در ولتاژ 114 و 126 ولت میخوایم مقایسه کنیم:

مقاومت لامپ رو اگر با رابطه P=V^2/R محاسبه کنیم با ولتاژ 120 و توان 100 اش میشه 144 اهم.

حالا خیلی ساده با همون فرمول ولتاژ رو یکبار 114 قرار میدیم و یکبار 126 و مقاومت هم 144. پس در ولتاژ 114 توان 90.25 وات رو میکشه و در ولتاژ 126 هم 110.25 وات رو.

ولتاژ علاوه بر تغییر توان مصرفی این بارها دیگه در چی اونها تاثیر داره؟

ولتاژ در مدارهای دیمر (Dimmer) نقش موثری داره.

  • دیمر چیه؟ مدارهایی که روشنایی یک لامپ رو کم و زیاد میکنند. چطوری؟ با تغییر RMS ولتاژ عبوری از لامپ (RMS چیه؟)

یک سوییچ دیمر معمولی که شامل مدارهای حالت جامد هستش میتونه ولتاژ رو اونطوری که ما تنظیمش میکنیم ولتاژ رو در کسری از هر دوره زمانی مشخص خاموش و روشن کنه(برش بده).
چون بار مقاومتی به موج ac بی تفاوت هستش اصلا براش مهم نیست این شکل موج ولتاژ چه شکلی هستش. یعنی اگرچه وقتی ولتاژ خاموش هستش فیلمان لامپ در حال سرد شدن هستش ولی چشم انسان اون چشمک زدن لامپ رو تشخیص نخواهد داد. و چیزی که ما خواهیم دید اینه که روشنایی لامپ کمتر شده چون توان تلف شده روی فیلمان کمتر شده (چون rms ولتاژ روی اون کم شده.) میتونید اینطور تصور کنید که ناحیه ای که زیر منحنی ولتاژ میمونه مقدار متوسط هستش. و وقتی که میگیم ولتاژ رو برش میده منظورمون همین هستش. یعنی ناحیه ای که از اون برش مونده.

البته نکته مهمی که باید بگم اینه که این سوئیچ های دیمر فقط با لامپ های رشته ای کار میکنند و گاها با بعضی از فلورسنتهایی که مخصوص و گران قیمت هستند. چون فلورسنتها بارهای مقاومتی نیستند بلکه بالاست (ballast) اونها [بالاست: بخشی که با برق در ارتباط هستش] که انواع متفاوتی هم دارند شبیه سلف ها و بارهای الکترونیکی یا ترکیب اونا هستن. اکثر لامپهای فلورسنت و بالاست شون در مقابل کم شدن منبع تغذیه و یا شکل موجی که با روش قبلی به دست آوردیم رفتار خوبی از خودشون نشون نمیدن و تحمل هم نمیکنند پس بنابراین قابل تنظیم نیستند. و در حالت کلی کاهش ولتاژ اونا بجز استفاده از مثاومت های ساده ممکنه به اونا آسیب بزنه و یا اصلا کار نکنند. سوئیچهای دیمر باید در مدارهای مناسب استفاده بشند.

رئوستا

ممکنه بپرسید که چرا به برش الکترونیکی نیاز داریم؟ چرا یک مقاومت متغیری با لامپ سری نکنیم تا روشنایی اش رو کنترل کنیم؟ و این دردسرهای برش رو نداشته باشیم.

مقاومت متغیری که به این منظور استفاده میشه اسمش رئوستات (rheostat) هستش و زمانی استفاده میشه که مدارهایی با توان پایین رو داریم. مشکل ما با رئوستات توان مصرفی خود رئوستات هستش یعنی توانی که تلف میکنه زیاد هستش. به عبارت دیگه به صورت گرما تلف میشه. که این رو به ما تداعی میکنه نه تنها تلفات داریم بلکه زمانی که توان مدار بالا باشه ممکنه ذوب بشه و آتش سوزی راه بیافته.

مقاومت رئوستات با مقاومت داخلی لامپ سری میشه که باعث کاهش جریان کل میشه. (چرا؟ چون جریان مجبوره از دوتا مقاومت عبور کنه! قبلا مقاومت خود لامپ بود و جریان بیشتر بود الان چون سری شدن ولتاژ تقسیم بر مجموع دوتا مقاومت باعث کاهش جریان کل میشه) پس چون جریان کم شده پس لامپ هم توان کمتری تلف میکنه و به نظر میاد که دیمر شده (روشنایی اش کنترل شده) در حالی که ولتاژ اصلی مدار دست نخورده مونده و بین لامپ و رئوستات بسته به مقاومت شون تقسیم شده. حالا هرچی مقاومت رئوستات بیشتر باشه ولتاژی که روش میافته بیشتره. این طوری هم روی لامپ ولتاژ کم میافته  و باز لامپ دیده میشه که دیم شده. حالا توانی که روی رئوستا تلف میشه زیاد هستش که به راحتی میتونه در یک محیط محدود، خیلی خیلی گرم بشه.

در حالی که اگر از دیمر الکترونیکی استفاده میکردیم تلفات گرمایی هم در حوزه امنیت و هم در حوزه تلفات چندان زیاد و مهم نبود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *