آموزش های پایه ای برق, مقالات, مقالات مادر
انواع بار الکتریکی
آگوست
انواع بار الکتریکی
در این برگه قصد داریم به معرفی انواع بار الکتریکی بپردازیم و ویژگی های هریک را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- بار الکتریکی چیست؟
2- بارهای مقاومتی، القایی، خازنی
3- انواع بار در سیستم قدرت
——————————
بار هر چیزی است که برای انجام برخی کارها انرژی مصرف می‌کند. بنابراین بر اساس نوع انرژی مصرفی، بارها می‌توانند چندین نوع باشند مانند بار الکتریکی، بار مکانیکی و … که در این مقاله تنها به بار الکتریکی و انواع آن می‌پردازیم.
1- بار الکتریکی چیست؟
اصطلاح بار الکتریکی اساساً نشان دهنده تجهیزاتی است که از انرژی الکتریکی برای انجام کار یا تولید هر نوع انرژی دیگری استفاده می‌کند. به عنوان مثال، در خانه‌های ما، تمام وسایلی که استفاده می‌کنیم مانند لامپ، پنکه، کولر، کامپیوتر و غیره انرژی الکتریکی می‌گیرند و این انرژی الکتریکی ورودی را بسته به ماهیت خود به هر شکل دیگری از انرژی تبدیل می‌کنند.
بسته به ماهیت، بارهای الکتریکی به طور کلی به سه نوع زیر طبقه بندی می‌شوند:
- بار مقاومتی
- بار القایی
- بار خازنی
بارهای الکتریکی نیز ممکن است بر اساس نوع سرویس به صورت زیر طبقه بندی شوند:
- بار خانگی
- بار تجاری
- بار صنعتی
- بار کشاورزی
حال، اجازه دهید هر نوع بار را یک به یک به تفصیل مورد بحث قرار دهیم.
——————————
2- بارهای مقاومتی، القایی، خازنی
همانطور که اشاره شد، بارهای الکتریکی را می‌توان با توجه به ماهیت‌شان به صورت مقاومتی، القایی و خازنی طبقه بندی کرد.
بار مقاومتی
بار مقاومتی به این صورت تعریف می شود: بار الکتریکی که انرژی الکتریکی را مصرف می‌کند و آن را به انرژی حرارتی یا گرمایی و نور تبدیل می‌کند به عنوان بار مقاومتی شناخته‌می‌شود. همانطور که از نام آن پیداست بار مقاومتی به دلیل مقاومت زیاد در برابر جریان عبوری از خود مقاومت می‌کند و از این رو انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی یا نور تبدیل می‌کند. دو نمونه رایج از بارهای مقاومتی لامپ‌های رشته‌ای و بخاری‌های الکتریکی هستند.
ویژگی‌های بار مقاومتی
برخی از ویژگی های مهم بار مقاومتی عبارتند از:
- فقط انرژی Active مصرف می‌کند.
- در بار مقاومتی خالص، شکل موج جریان و ولتاژ دقیقاً با یکدیگر هم فاز می‌شوند. بنابراین اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان صفر است.
- ضریب توان بار مقاومتی واحد است.
- در مورد بار مقاومتی، توان همیشه از منبعی به بار دیگر، جریان می‌یابد.
بار القایی
بارهای القایی، بارهای الکتریکی هستند که فقط توان راکتیو مصرف می‌کنند. هر بار الکتریکی که شامل سیم پیچ یا سلف باشد در دسته بار القایی قرار می‌گیرد. بارهای القایی پیچیده تر از بارهای مقاومتی هستند. اگر شکل موج ولتاژ و جریان بارهای القایی را مشاهده کنید، متوجه خواهید شد که شکل موج جریان و ولتاژ 90 درجه خارج از فاز هستند (جریان 90 درجه از ولتاژ عقب است). بنابراین اختلاف فاز 90 درجه وجود دارد. از این رو ضریب توان بارهای القایی پسفاز است.
در مورد بارهای القایی، سوئیچینگ دشوارتر از بار مقاومتی است. زیرا همانطور که می‌دانیم مدار شکن در حالت جریان صفر، باز می شود. اما در بار القایی وقتی جریان صفر می‌شود، در همان لحظه ولتاژ به دلیل اختلاف فاز 90 درجه به حداکثر می‌رسد. بنابراین هنگامی که مدار شکن با جریان صفر باز می‌شود، حداکثر ولتاژ در سرتاسر پایانه‌های CB ظاهر می‌شود. از این رو جابجایی بارهای القایی یک کار بسیار مهم و مشکل است. نمونه‌هایی از بار القایی عبارتند از: موتور الکتریکی، ماشین لباسشویی و هر بار الکتریکی دیگری که داخل آن کویل و موتور و … باشد از نمونه‌های بار القایی می‌باشد.
ویژگی‌های بارهای القایی
برخی از خواص مهم بار القایی عبارتند از:
- فقط توان راکتیو مصرف می‌کند.
- در بار القایی خالص، جریان 90 درجه از ولتاژ عقب‌تر است. بنابراین اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان 90 درجه خواهد بود.
- از این رو ضریب توان بار القایی به ماهیت عقب ماندن (پسفاز) تبدیل می‌شود. در حالی که ضریب توان بار القایی خالص به صفر می‌رسد.
- در مورد بار القایی، توان از منبعی به بار دیگر، و باری به منبع دیگر، جریان می‌یابد.
بار خازنی
بار خازنی مشابه بار القایی است. در بار خازنی نیز شکل موج جریان و ولتاژ با یکدیگر 90 درجه خارج از فاز می‌شود. بنابراین، اختلاف فاز 90 درجه وجود دارد. اما تنها تفاوت بار خازنی با بار القایی این است که در بار خازنی، جریان 90 درجه ولتاژ را هدایت می‌کند، در حالی که در بار القایی جریان 90 درجه از ولتاژ عقب‌تر است. از این رو، ضریب توان بار خازنی پیشفاز است. باتری در حالت شارژ، مدار استارت موتور، و یک خط انتقال طولانی AC که فقط به بار روشنایی متصل است، از جمله بهترین نمونه‌های بار خازنی هستند.
توجه داشته‌باشید که کندانسور سنکرون و بانک خازن به عنوان بار خازنی در نظر گرفته‌نمی‌شوند. اکثر افراد تصورات نادرستی در مورد آن‌ها دارند و بانک خازن را به عنوان بار خازنی در نظر می‌گیرند.
وظیفه بانک خازنی تامین توان راکتیو جهت بهبود ضریب توان بار یا سیستم است وهیچ توانی را جذب نمی‌کند. بنابراین ما نمی‌توانیم بانک خازن را به عنوان بار خازنی در نظر بگیریم. زیرا بار الکتریکی چیزی است که انرژی مصرف می‌کند. بنابراین بانک خازن و کندانسور سنکرون نمی‌توانند به عنوان بار خازنی در نظر گرفته‌شوند.
بیایید با مثالی واضح‌تر این موضوع را بررسی کنیم: فرض کنید یک بانک خازن 23 اهم به یک ژنراتور 230 ولت متناوب متصل شده‌است و جریان قطع شده توسط بانک خازن 10 آمپر است. اکنون، اگر یک VAR متر را برای خواندن توان راکتیو در سراسر ژنراتور و بانک خازن وصل کنید، VAR-2300 یا -2.3kVAR را نشان می‌دهد. در اینجا قرائت منفی VAR متر نشان می‌دهد که در واقع توان راکتیو از بانک خازن به ژنراتور در جریان است. بنابراین در اینجا بانک خازن منبع توان راکتیو است نه بار خازنی.
ویژگی‌های بار خازنی
برخی از ویژگی‌های مهم بار خازنی عبارتند از:
- بار خازنی هم توان اکتیو و هم توان راکتیو را مصرف می‌کند.
- یک بار خازنی خالص دارای مقاومت صفر است، اگرچه عملاً امکان پذیر نیست. هر بار خازنی مقداری مقاومت داخلی دارد.
- در بار خازنی، جریان، ولتاژ 90 درجه را هدایت می‌کند. از این رو دارای ضریب توان پیشرو است.
- خازن جریان DC را مسدود می‌کند و اجازه می‌دهد AC از آن عبور کند، بنابراین بار خازنی برای تامین DC مقاومت بسیار بالایی و برای AC مقاومت کمی نشان می‌دهد.
- بار خازنی همچنین می‌تواند انرژی الکتریکی را به شکل بار الکتریکی ذخیره کرده و به منبع باز گرداند.
- بار خازنی در مقایسه با بار مقاومتی و القایی انرژی کمتری مصرف می‌کند.
——————————
3- انواع بار در سیستم قدرت
بارها در سیستم قدرت به چهار دسته‌ی بار خانگی، تجاری، صنعتی و کشاورزی تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح هریک پرداخته شده‌است.
بار خانگی
بار خانگی به عنوان کل انرژی الکتریکی مصرف شده توسط تمام وسایل الکتریکی در خانه تعریف می‌شود و عمدتا شامل بارهای مقاومتی و القایی مانند: بار روشنایی، فن و کولر، تهویه مطبوع، تلویزیون، یخچال، میکسر، بخاری، موتور پمپاژ آب و غیره می‌باشد. میزان مصرف این بار به استاندارد زندگی و همچنین به آب و هوا بستگی دارد. این نوع بار مستقل از فرکانس است و نرخ تعرفه برق آن کمتر از همه انواع بار سیستم قدرت می‌باشد.
بار تجاری
بارهای تجاری آن دسته از بارهای الکتریکی هستند که برای مقاصد تجاری استفاده می‌شوند و شامل بار مغازه‌های بزرگ، مراکز خرید، رستوران ها، ساختمان ها و آپارتمان های تجاری بزرگ، ادارات و غیره می‌باشد. به طور کلی از فن‌ها و کولرها، تهویه مطبوع، بخاری‌ها، چراغ ها و سایر وسایل برقی در بار تجاری استفاده می شود. این بار، انرژی بیشتری نسبت به بار داخلی مصرف می‌کند و طرح تعرفه برق آن بیشتر از بار خانگی می‌باشد.
بار صنعتی
بار صنعتی عمدتاً شامل بار انواع صنایع مانند صنایع بزرگ، صنایع متوسط و کوچک و صنایع سنگین است و شامل کلیه بارهای الکتریکی مورد استفاده در صنایع به همراه ماشین آلات به کار گرفته‌شده می‌باشد. این بارها عموما به عنوان بار مرکب در نظر گرفته‌می‌شوند و تابعی از ولتاژ و فرکانس تغذیه می‌باشند. بارهای صنعتی ممکن است در طول شبانه روز به برق نیاز داشته‌باشند. از این رو، انرژی بسیار زیادی را در بین انواع بارهای الکتریکی مصرف می‌کنند. همچنین، نرخ تعرفه برق برای بار صنعتی بالا است.
بار کشاورزی
بار کشاورزی عمدتاً بار مجموعه موتور پمپ‌های مورد استفاده برای اهداف آبیاری است. مصرف بار کشاورزی بستگی به شرایط آب و هوایی نیز دارد، اما معمولا در ساعات کم پیک یا شب است. ضریب بار این نوع بار بسیار کوچک و حدود 0.15 – 0.20 است و نرخ تعرفه برق برای آن تقریباً با تعرفه بار خانگی برابر می‌باشد.
مرجع
Different Types of Electrical Loads
مطالب مرتبط
تفاوت بین جریان الکتریکی و بار الکتریکی