Watt Meter

อิเล็กโตรไดนาโมมิเตอร์ (Electrodynamometer) สามารถใช้วัดกำลังไฟฟ้าจริง (P) กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) และตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor)ได้ ประกอบด้วยขดลวดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า 2 ชุด - ขดลวดคงที่ (Fixed Coils) - ขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coils)

Left Hand Rule or Motor Rule หลักการเบื้องต้นของ Moving Coil Galvanometer

หลักการทำงาน (กระแสสลับ) กระแสสลับ ใน 1 คาบ จะมีสัญญาณที่เป็น ค่าบวก และ ค่าลบ ต้องพิจารณาการทำงานทีละ 1/2 คาบ (ครึ่งคาบ)

ป้อนกระแสเข้าด้านบน ขดลวดคงที่ ด้านบนเกิดเป็นขั้วใต้ (S) ด้านล่างเป็นขั้วเหนือ (N) ขดลวดเคลื่อนที่ เกิดเป็นขั้วเหนือ (N) ทางด้านซ้ายมือ เกิดเป็นขั้วใต้ (S) ทางด้านขวามือ ขั้วแม่เหล็กเหมือนกันผลักกัน  เข็มชี้หมุนไปในทิศตามเข็ม

สัญญาณกระแสสลับครึ่งคาบ F F B

ป้อนกระแสเข้าด้านล่าง ขดลวดคงที่ ด้านบนเกิดเป็นขั้วเหนือ (N) ด้านล่างเป็นขั้วใต้ (S) ขดลวดเคลื่อนที่ เกิดเป็นขั้วเหนือ (N) ทางด้านขวามือ เกิดเป็นขั้วใต้ (S) ทางด้านซ้ายมือ ขั้วแม่เหล็กเหมือนกันผลักกัน  เข็มชี้หมุนไปในทิศตามเข็ม (เช่นกัน)

สัญญาณกระแสสลับอีกครึ่งคาบ F F B

อิเล็กโตรไดนาโมมิเตอร์ในการวัดกำลังไฟฟ้าจริง (P) ขดลวดคงที่ (Fixed Coil) จะต่ออนุกรมกับโหลด เรียกว่า “ขดลวดกระแส (Current Coil)” ขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coil) จะต่อกับตัวต้านทานขนาดใหญ่ เพื่อใช้วัดแรงดันคร่อมโหลด เรียกว่า “ขดลวดแรงดัน (Voltage Coil)”

แรงบิดที่เกิดขึ้นต่อขดลวดเคลื่อนที่ จะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของกระแสที่ไหลในทั้งสองขดลวด D = มุมเบี่ยงเบนของขดลวด K = ค่าคงที่ของเครื่องวัด ic = กระแสชั่วขณะในขดลวดกระแส ip = กระแสชั่วขณะในขดลวดแรงดัน T = คาบของสัญญาณ (ขึ้นอยู่กับความถี่)

การเบี่ยงเบน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง (ค่าชั่วขณะ) มีค่าเท่ากับ โดยที่ K2 = ค่าคงที่ของเครื่องวัด (K / R) ค่าน้อยมาก iL = กระแสชั่วขณะในโหลด (iL= iC – ip) eL = แรงเคลื่อนไฟฟ้าคร่อมโหลด เข็มชี้จะหยุดที่จุดสมดุลระหว่างแรงบิดของสปริง (แรงควบคุม) กับ แรงบิดเฉลี่ยที่เกิดกับขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coil) เท่ากัน

ขนาดการเบี่ยงเบนเฉลี่ย เท่ากับ ค่า rms จะได้ ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของสัญญาณ

จากคุณสมบัติตรีโกณมิติ จะได้กำลังไฟฟ้าชั่วขณะเป็น

จาก และ

การใช้เครื่องวัดชนิดนี้จะมีความแม่นยำ ถ้าหากมีเงื่อนไขดังนี้ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดแรงดัน ไม่ต่างเฟสกับแรงดันไฟฟ้าคร่อมโหลด (ขดลวดไม่ทำตัวเป็น L, C ) 2. กระแสที่ไหลผ่านขดลวดกระแส จะมีขนาดและเฟสตรงกับกระแสที่ไหลผ่านโหลด (กระแสที่ไหลผ่านขดลวดแรงดันมีค่าเป็นศูนย์)

อุดมคติ ค่า Reactance ของขดลวดแรงดันมีค่าเป็นศูนย์ กระแสไหลผ่านขดลวดแรงดันมีค่าเป็นศูนย์

การใช้ Wattmeter วัดกำลังไฟฟ้า 3 เฟส โหลดในระบบไฟฟ้า 3 เฟส แบ่งเป็น 2 ประเภท โหลดแบบ Y 2. โหลดแบบ Delta สามารถวัดกำลังไฟฟ้าในระบบ 3 เฟส โดยใช้ Wattmeter จำนวน 2 ตัว ในการวัดค่ากำลังไฟฟ้า

โหลดต่อแบบ Y (Wye / Star Connection) ระบบสมดุล

หาค่ากำลังไฟฟ้าในระบบ Y

โหลดต่อแบบ เดลต้า (Delta Connection) ระบบสมดุล

หาค่ากำลังไฟฟ้าในระบบ Delta

อิเล็กโตรไดนาโมมิเตอร์ในการวัดกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) ออกแบบอิเล็กโตรไดนาโมมิเตอร์ให้เกิดความต่างเฟสของกระแสและแรงดันในวงจร โดยจะออกแบบให้กระแสล้าหลังแรงดันอยู่ 90o สามารถทำได้โดยต่อความเหนี่ยวนำที่ขดลวดเคลื่อนที่

Ic IL Ip แรงบิดที่เกิดขึ้นที่ขดลวดเคลื่อนที่ จะขึ้นกับขนาดกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ

ค่าไซน์และโคโซน์ที่สำคัญสำหรับการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เนื่องจาก Ip ผ่านตัวเหนี่ยวนำ L ส่งผลให้ Ip มีมุมเฟสล้าหลัง Ic อยู่ 90o เขียนความสัมพันธ์ได้เป็น

ขนาดการเบี่ยงเบนเฉลี่ย เท่ากับ ค่า rms จะได้ ค่ากำลังไฟฟ้ารีแอคทีพเฉลี่ยของสัญญาณ

ที่มา

การวัดกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ โดยใช้ Voltmeter, Ammeter และ Wattmeter ใช้ Ammeter และ Voltmeter หาค่า S = |V |.|I | ใช้ Wattmeter หาค่า P จะได้

นอกจากนี้ ยังสามารถหาค่า ตัวประกอบกำลัง (Power Factor)ได้จาก จะได้ จาก Wattmeter จาก Ammeter (A), Voltmeter (V)