Son güncelleme: 17.11.2024
DC güç kaynağı için suni yük de nedir, ne işe yarar diyenler olacaktır; yakın zamana kadar ben de böyle düşünürdüm. Ama, onlarca amper akıma ihtiyacı olan bir cihazınız varsa -mesela bir alıcı-verici telsiz cihazı- ve bu cihazı beslemek için hazır bir güç kaynağınız yoksa ne yaparsınız? Ki 20W ve üstü çıkış gücü olan bir telsiz için amper hanesinin onlar basamağına geçmesi gereklidir. Böyle bir cihaz için 13,8v, 20A. lik bir güç kaynağı iyi bir seçim olacaktır.
Bu sorunun iki cevabı var: Ya SATIN alırsınız, ya da -eğer elektroniğe meraklı birisi iseniz- oturup kendiniz yaparsınız.
"Güç Kaynakları: Eski usûl doğrusal (lineer) mı yoksa anahtarlamalı (SMPS) mı? Güç kaynağı hikâyem." başlıklı yazımda belirttiğim üzere, doğrusal güç kaynakları hantaldır, ısı problemleri vardır, yüksek güçlü bir transformatör, bir kaç bin uF'lık elektrolitik kondansatörler, güç transistörleri derken hantal olmanın yanında "pahalı" çözümlerdir. Anahtarlamalı güç kaynakları tersine hafif ve görece ucuz cihazlardır. Ama... evet burada bir ama var. Bu amayı yukarıdaki yazımda okuyabilirsiniz.
İster satın alın isterseniz kendiniz yapın, eğer "sağlamcı" iseniz, güç kaynağınızın gerçekten belirtildiği kadar akım verip veremeyeceğini "test" etmek isteyeceksiniz. Bu testi pahalı telsiz cihazınızı yük olarak kullanarak yapmak akıllıca olmayacaktır. İşte bu noktada devreye DC güç kaynağı için suni yük giriyor. Aşağıdaki çizimde güç kaynağımız PİL olarak, beslemesine ihtiyaç duyduğumuz telsiz cihazı da YÜK olarak gösteriliyor.
Böyle bir devredeki akım, gerilim, direnç ve güç hesaplamaları için de aşağıdaki formül kartını kullanabiliriz.
Şimdi deneysel olarak ölçme işlemi yapalım.
Güç kaynağımızın gerçekten 20 amper akım sağlayabileceğinden emin olmak için, ondan 20 amper akım çekmeliyiz! Peki 20 amper akımı nasıl çekebiliriz? Yukarıdaki formül kartına göre, 13,8v gerilim değerindeki bir güç kaynağından 20 amper akıtabilmek için devreye R=E/I formülüne göre 13,8/20=0,69 Ohm'luk bir yük bağlamak gerekiyor.
Aklınıza hemen "bundan kolay ne var, 0,68ohm standart bir direnç değeri, bağlarım bir direnç olur biter" demek geliyor (mu) !? İşte burada da GÜÇ denilen rufaî devreye giriyor. Yine yukarıdaki formül kartına göre P=ExI eşitliğinden 13,8x20 = 276W'lık bir güçle karşı karşıya olduğumuzu anlıyoruz. Yani yük olarak bir direnç kullanacak isek bu direncin en az 276W'lık olması gerekiyor.
Şöyle bir baktım, 2.2ohm 100W'lık alüminyum dirençler var, bunlardan 3 adedini paralel bağlar isek hem 300W'lık hem de 0,73 ohm'luk bir direnç elde edebiliriz. 0,73 ohm 0,69 ohm'a yakın bir değer. Ama böyle bir direncin 28 mayıs 2024 tarihindeki fiyatı oldukça tuzlu!
3 direnç için yaklaşık 1.600 lirayı gözden çıkarmak gerekiyor.
Bu arada söylemek gerek ki, ayarlanabilir suni yükler de satılıyor ama bunlar da oldukça x oldukça tuzlu.
Bu süreçte aklıma çeşitli çözüm taslakları geldi: Elektrikli ısıtıcılarda kullanılan nikrom telden bir direnç yapmak, tuzlu su dolu bir kovanın içine iki elektrot sallandırıp bu elektrotların mesafesini ayarlayarak bir nevi ayarlanabilir ve yüksek güçlü direnç elde etmek ... gibi.
Ampuller
Sonra gözüme ampul kutum ilişti. Çeşitli araba ampulleri vardı. Bunlar birkaç amper çeken birer yük olarak kullanılabilirdi! Kutuda iki adet H7 klâsik flamanlı araba far ampulü vardı.
 |
55W'lık otomobil far ampulü
|
Bu ampul, 55w'lık olduğuna göre I=P/E eşitliğine göre 55/12=4,58 amper akım çekebiliyordu. Yine R=E/I eşitliğine göre direnci de 12/4,48=2,62 ohm olmalıydı. Elbette lambanın flamanı ısındıkça direnci bir miktar değişecekti. Ayrıca benim güç kaynağım da 12 v değil 13,8v gerilim seviyesinde idi. Ama arabalar için üretilen elektrikli cihazlar genellikle 13,8v'luk bir gerilim seviyesine dayanıklı şekilde üretilirler. Bu ampulleri 13,8v'a bağlayarak çektiği akımları da ölçebilirdim. 2 ampul demek yaklaşık olarak 9 amperlik bir akım çekebilen bir suni yük demekti!
13,8v altında bu ampullerden birisinin 4,23 amper akım çektiğini ölçtüm.
Elinizde böyle eski flâmanlı tipte araba ampulleri varsa, ölçmek istediğiniz akım değerine göre bunlardan birini ya da birkaçını kullanarak bir suni yük oluşturabilirsiniz. Ancak, bu denemeleri yaparken dikkat etmek gereken birkaç nokta var:
1) Bu ampuller tam güçte çalışırken oldukça yüksek ısı üretirler. Bir H7 ampulü, tam güçte çalıştıktan birkaç dakika sonra yüz derecenin üstüne çıkar. Bu sebeple bu ampulleri çalıştırırken yangına karşı gerekli tedbirleri almalısınız.
2) Yine bu ampuller oldukça güçlü ışık ürettikleri için ışık kaynağına doğrudan çıplak gözle bakmayınız.
Benim yaptığım denemede, 3 dakika içinde ampulün cam kısmının sıcaklığı 145 santigrad dereceye ulaştı. 15 santimetreden ölçülen parlaklığı ise yaklaşık 5500 lüks! Araba ampulünü sunî yük olarak kullanma fikri, elinde kullanılmayan ampul olanlar için geçerli elbette. Aksi takdirde -ısı ve ışık gibi diğer negatif cihetleri yanında- bu ampuller de birazcık tuzlu.
Nikrom TelElektrikli ısıtıcılarda kullanılan nikel-krom (nikrom) alaşımı tellerin özdirençleri oldukça yüksektir. Piyasa ismiyle "rezistans" olarak bilinen bu telleri de denemek istiyorum.
Elektrik malzemesi satılan yerlerde bulunabilen nikrom teller çoğunlukla 220v.'luk gerilim altında çalışan cihazlar için üretildiğinden, dirençleri görece yüksektir.
1500W'lık diye satılan iki adet nikrom tel aldım. Spiral şeklinde sarılmış tek bir 1500W'lık telin direnci 31,6 ohm idi. Yukarıdaki eşitlikten hareketle bu teli yük olarak kullandığımda I=V/R eşitliğinden 13,8/31,6=0,436 A akım akacaktır.
Peki bu tellerle 20A çekebilen bir yük nasıl yapılabilir (mi)?
Yukarıda belirtildiği üzere 13,8v gerilim değerindeki bir güç kaynağından 20 amper akıtabilmek için devreye R=E/I formülüne göre 13,8/20=0,69 Ohm'luk bir yük bağlamak gerekiyor. 1500W'lık olarak satılan nikrom telin direnci 31,6 ohm olduğuna göre 0,69 ohm'luk bir direnç elde edebilmek için bu tellerden 31,6/0,69=45,79 (yuvarlak olarak 46 adedini) paralel bağlamak gerekir. ÇOK FAZLA!
Bir başka çözüm yolu daha var! Bu tellerin boyunu kısaltmak. Telin boyu kısaldıkça direnci de düşecek ve daha çok akım çekecektir. Ancak teli kısaltmanın bölmekten başka bir yolu daha var: TELİ KATLAMAK! Böylece hem telin boyu kısalarak direnci düşer ve hem de toplam tel kalınlığı -yâni tel kesiti- artmış olacağı için daha yüksek akıma dayanıklı hâle gelir.
Şimdi düşünelim: Bir teli 2'ye katladığımızda direnci ne olur? Şöyle düşünelim: 31,6 ohm olan telin boyu 4 metre. Bunu 2 metrelik iki parçaya ayırdığımızda 2'şer metrelik iki adet nikrom tel elde ederiz. 2'şer metrelik her bir telin tek başına direnci 31,6/2=15,8 ohm olacaktır. Bu iki teli bir arya getirip burduğumuzu ve uçlarını birleştirdiğimizi düşünelim. Bu durumda dirençlerin paralel bağlamasına ilişkin formül uyarınca her ki telin yeni ortak direnci 15,8/2=7,9 ohm olacaktır. Üstelik iki kat telimiz olduğu için toplam tel çapı iki kat artmış olacak ve teller daha az ısınacaktır.
2'ye katladığımız bu telleri bir kez daha ikiye katlarsak (yâni toplam 4 kat) yeni ortak direnç değeri:
1/Rtoplam=1/R1+1/R2+1/R3+1/R4 eşitliğinden:
1/Rtoplam=1/7,9 + 1/7,9 + 1/7,9 + 1/7,9
1/Rtoplam=4/7,9 ve buradan da R= 1,975 Ohm olacaktır.
İki ader 150W'lık nikrom telin her birini 4'e katlayıp bu iki katlanmış teli birleştirdiğimizde, yeni telin direnci:
1/Rtoplam=1/1,975 + 1/1,975
1/Rtoplam=2/1,975
R=0,9875 Ohm olacaktır.
Böylece limizde kesiti 8 kat arttırılmış, direnci 32 kat düşürülmüş bir tel olacaktır. Yâni direnci 0,9875 ohm olan bir tel.
Bu yeni telin yük olarak kullanılması durumunda çekeceği akım ise 13,8/0,9875=13,9A olacaktır.
Şimdi bu tellerle denemelere başlayacağım. Sonuçları burada paylaşacağım.
Nikrom telin iyi / kötü tarafları
Nikrom tel, yüksek iç direnci sebebiyle YÜK olarak kullanmak için iyi. Ancak, Yüksek akım tüketiminde bu teller ısınır ve ısındıkça da direnci değişir. Bu körü taraflarından birisi. Bir diğer ise bu telleri sunî yük olarak kullanırken mekanik zorluklar. Telin kendisi sert olduğu gibi katlanıp buruldukça daha da sertleşiyor. Bu bir yandan iyi, diğer yandan kötü. Zira bu yükün mekanik olarak sağlam bir hâle getirilmesi gerekiyor. Bunun için de aklıma gelen birka çözüm var.
Bunlardan birincisi bu kalınca burulmuş nikrom teli sıcaklığa dayanıklı yalıtkan bir karkasa sarmak. En iyisi bir seramik boru parçası bulup onun üzerine sarmak. Ama seramik bir boru bulmak kolay değil.
İkinci bir çözüm yolu olarak burulmuş nikrom teli alçı içine alarak dondurmak. Ama bu çözümün ne kadar sağlıklı olabileceğini, ortaya çıkan ısının nasıl problemler çıkaracağını kestiremiyorum.
Ne kadar ısınacak?
Yukarıda belirttiğim gibi burularak 4'e katlanmış bir telin direnci yaklaşık 2 ohm'dur.
Bu burulmuş teli, güç kaynağına bağladığımda ısınmaya başlıyordu. Ama kızarmıyordu. Bundan da cesâret alarak şöyle bir "puroce"(!) devresi kurdum:
Görüldüğü gibi burulmuş nikrom teli gevşek bir şekilde bir karton kutunun etrafına sardım. Bu yük üzerinde 6 amper akıtmaya bağladım. Başlangıçta telin sıcaklığı 26 derece idi.
10 dakika 6 amper aktıktan sonra tekin sıcaklığı 83 dereceye yükseldi ve 1-2 derece oynamakla birlikte orada sâbit kaldı.
Bir başka yol
Bu konulara kafa yorarken bir başka çözüm yolu geldi aklıma: Küçük değerli watlı dirençleri paralel bağlayarak yüksek güçlü ve çok düşük dirençli bir tek direnç hâline getirmek. Yukarıda, yüksek güçlü tek bir direncin oldukça tuzlu olduğunu belirtmiştim. Ancak, 5w'lık taş dirençleri uygun fiyata bulmak mümkün. Direnç nette tânesi 2.18TL'dan buldum. (2024 yılı sonu fiyatıdır)
5W'lık taş dirençler
Bunun için bir hesap yaptım ve 56 adet 39 ohm 5W'lık taş direnç aldım. Bu dirençleri paralel bağladığımızda toplam direnç 0,697 Ohm olacak. Toplam güç de elbette 280W!
0,697 Ohmluk bir direnç 13.8V'luk bir kaynaktan 13.8/0,697= 19,79 Amper akım çekecektir.
Her bir direnç üzerinden -ideal şartlarda- 19,79/56=0,354 Amper akım akacaktır. Yine her bir direnç üzerinde harcanan güç (P=I2*R eşitliğinden) 4.89 Watt olacaktır.
Şimdi bu dirençleri uygun bir şekilde paralel bağlayarak deneyeceğim.
5W'lık taş dirençlerin paralel bağlanmış hâli Dirençleri önce birer ucundan 4mm'lik bir bakır tele sardım, sonra iki ekmek dilimini kapatır gibi yüzyüze getirdim ve önceden yuvarlak bir şekilde kıvırdığım diğer uçlarına da bir başka 4mm'lik bakır tel geçirdim ve uçlarla teli lehimledim.
Bu hâliyle yükü 30 amperlik bir SMSP güç kaynağına bağladım. 19,5 amper akmaya başladı. Ancak, bu dirençleri düzgün bir şekilde lehimlemek için biribirine japon yapıştırıcı ile tutturmuştum, dirençler iyice ısınınca japon yapıştırıcı kötü bir şekilde kokmaya bağladı ve deneyi uzun süreli ölçüm yapamadan sona erdirdim. Havalandırılmış bir ortamda yapıştırıcı iyice "yanıncaya" kadar akım akıtıp sonra ölçümlü deney yapacağım.
(Devam edecek)
