بارهای خطی و غیرخطی چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

اگر سر و کارتان با یوپی‌اس، اینورتر یا منابع تغذیه متناوب باشد، حتماً یک بار با واژه‌ی بار خطی و یا بار غیرخطی برخورد کرده‌اید. استاندارد IEC62040 بطور کلی بارها را به دو گروه خطی (Linear) و غیرخطی (Non Linear) طبقه‌بندی کرده است. به همین دلیل در مشخصات فنی یو‌پی‌اس‌ها اغلب این کلمات را مشاهده می‌کنیم. به عنوان مثال اغلب THD ولتاژ خروجی را یک بار برای بارهای خطی و یک بار برای بارهای غیرخطی مشخص می‌کنند.


در صورتی که چنین نیست!
بارهای خازنی و سلفی نیز خطی می‌باشند. زیرا اگر به آنها ولتاژ سینوسی متصل شود، جریانشان نیز سینوسی است و تنها با شکل موج ولتاژ اختلاف فاز دارد. به طور کلی هر ترکیبی از عناصر پسیو (متشکل از مقاومت، خازن و سلف) به عنوان یک بار خطی بشمار می‌رود. اگر خاصیت سلفی بار غالب باشد جریان آن پس‌فاز است. یعنی شکل موج جریان اندکی بعد از شکل موج ولتاژ می‌آید و در صورتی که بار خازنی باشد شکل موج جریان اندکی قبل از شکل موج ولتاژ می‌آید.


شاید جالب باشد بدانید برخلاف آنچه به نظر می‌رسد دنیای ما توسط بارهای غیرخطی احاطه شده است! به عنوان مثال تمام منابع تغذیه سوئیچینگ جزء بارهای غیرخطی به شمار می‌روند. این یعنی کامپیوتر، پرینتر، اسکنر، تلویزیون، رادیو، مایکروویو، LED و LCDها، شارژر موبایل، تمامی لامپ‌های کم مصرف، یوپی‌اس‌ها و یا تمامی کانورترها و مبدل‌هایی که مدارات تصحیح شکل موج جریان ورودی ندارند، رکتی‌فایرهای دیودی یا تریستوری و بسیاری دیگر از لوازم و ادوات اطراف ما، همگی جزء بارهای غیرخطی به حساب می‌آیند. وجه مشترک تمام این بارها، استفاده از ادوات اکتیو (نیمه هادی‌هایی مثل دیود، تریستور، IGBT یا ماسفت و...) به جای قطعات پسیو (مقاومت، سلف یا خازن) در ورودی‌شان است. 

ماهیت غیرخطی جریان، لحظه‌ای بودن و در نتیجه ضربه‌ای بودن آن، پیک بالاتر آن نسبت به جریان مشابه سینوسی، بالاتر بودن Crest factor و بالا بودن قابل ملاحظه‌ی هارمونیک آن نسبت به یک جریان سینوسی، بارهای غیرخطی را برای هر منبع تغذیه‌ای نامناسب می‌نماید. به همین دلیل استاندارد IEC62040-3 توجه بسیاری به بارهای غیرخطی دارد و تست یوپی‌اس با بارهای غیرخطی را به یک الزام برای هر سازنده‌ای بدل نموده است.
جالب است بدانید اکثر بارهایی که به یوپی‌اس متصل می‌شود غیرخطی هستند. فرضاً یک سایت کامپیوتر را در نظر بگیرید؛ سرور، پرینتر، اسکنر، پلاتر و کلیه کامپیوترهای موجود در سایت به دلیل استفاده از مدارات تغذیه سوئیچینگ تماماً غیرخطی به حساب می‌آیند. شاید این سوال برایتان مطرح شود که با توجه به ماهیت نامناسب جریان بارهای غیرخطی، چگونه می‌توان تشخیص داد که یک یوپی‌اس می‌تواند تغذیه بارهای غیرخطی را به خوبی تأمین نماید؟ پاسخ این سؤال را می‌بایست در جدول مشخصات فنی یوپی‌اس جستجو نمایید. مطابق استاندارد، سازندگان مکلف به ارائه پارامتری به عنوان THD یا درصد اعوجاج ولتاژ خروجی یوپی‌اس به خریدار هستند. اگر بخواهیم تعریف ساده‌ای از این پارامتر داشته باشیم به این معنی است که با اعمال بار کامل خطی یا غیرخطی، چه مقدار کیفیت شکل موج ولتاژ خروجی یوپی‌اس کاهش می‌یاید. هر چه عدد THD ولتاژ کمتر باشد نشان‌گر کیفیت بهتر یوپی‌اس است. طبق استاندارد، بهتر است این عدد کمتر از 8 باشد.

همانطور که انتظار داشتیم ماهیت ضربه‌ای بارهای غیر خطی باعث می‌شود که کیفیت ولتاژ خروجی یوپی‌اس در بارهای غیرخطی نسبت به بارهای خطی کاهش یابد، یا به عبارتی THD ولتاژ آن در بارهای غیرخطی بالاتر باشد.