وَطْمِيت یا نوع الکترودینامومتر
تعریف واتمتر الکترودینامومتر
واتمتر نوع الکترودینامومتر با استفاده از تعامل بین میدانهای مغناطیسی و جریانهای الکتریکی اندازهگیری توان الکتریکی را انجام میدهد.
اصول کار
حال به جزئیات ساختاری الکترودینامومتر نگاه میکنیم. این دستگاه شامل قسمتهای زیر است.در الکترودینامومتر دو نوع پیچه وجود دارد. آنها عبارتند از:
پیچه متحرک
پیچه متحرک با کمک یک دستگاه کنترل شده با فنر حرکت میکند. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد، جریان محدودی از طریق پیچه متحرک با اتصال یک مقاومت با مقادیر بالا در سری جریان مییابد. پیچه متحرک بدون هسته و روی یک محور میلدار نصب شده و میتواند آزادانه حرکت کند. در واتمتر نوع الکترودینامومتر، پیچه متحرک به عنوان پیچه فشار عمل میکند و به طرف ولتاژ متصل میشود، بنابراین جریان عبوری از آن متناسب با ولتاژ است.
پیچه ثابت
پیچه ثابت به دو قسمت مساوی تقسیم شده و این دو قسمت به صورت سری با بار متصل میشوند، بنابراین جریان بار از طریق این پیچهها میگذرد. دلیل واضح استفاده از دو پیچه ثابت به جای یکی این است که بتواند مقدار قابل توجهی از جریان الکتریکی را تحمل کند.
این پیچهها به عنوان پیچههای جریان واتمتر نوع الکترودینامومتر شناخته میشوند. قبلاً این پیچههای ثابت طراحی شده بودند تا جریان حدود ۱۰۰ آمپر را تحمل کنند، اما حالا واتمترهای مدرن طراحی شدهاند تا جریان حدود ۲۰ آمپر را تحمل کنند تا انرژی را صرفهجویی کنند.
سیستم کنترل
از بین دو سیستم کنترل یعنی:
کنترل گرانشی
کنترل فنری، فقط سیستمهای کنترل شده با فنر در این نوع واتمتر استفاده میشوند. سیستم کنترل گرانشی به دلیل خطاهای قابل توجهی که ایجاد میکند، استفاده نمیشود.
سیستم دمپینگ
دمپینگ اصطکاک هوایی استفاده میشود زیرا دمپینگ جریانهای ادی دمپینگ میتواند میدان مغناطیسی کاری ضعیف را تحریف کند و منجر به خطاهایی شود.
مقیاس یکنواختی وجود دارد که در این نوع دستگاه استفاده میشود زیرا پیچه متحرک به صورت خطی در محدوده ۴۰ تا ۵۰ درجه در هر دو طرف حرکت میکند.
حال بیایید عبارات نیروی کنترلی و نیروی انحرافی را بدست آوریم. برای بدست آوردن این عبارات، نمودار مدار زیر را در نظر بگیرید:
میدانیم که گشتاور لحظهای در ابزارهای الکترودینامیکی مستقیماً متناسب با حاصلضرب مقادیر لحظهای جریانهای عبوری از هر دو پیچه و نرخ تغییر شار مغناطیسی متصل به مدار است.
فرض کنید I1 و I2 مقادیر لحظهای جریانهای پیچه فشار و پیچه جریان باشند. بنابراین عبارت گشتاور میتواند به صورت زیر نوشته شود:
که x زاویه است.
حال فرض کنید مقدار ولتاژ اعمال شده بر روی پیچه فشار باشد
چون مقاومت الکتریکی پیچه فشار بسیار بالاست، میتوانیم واکنش آن را نسبت به مقاومت خود نادیده بگیریم. بنابراین، امپدانس برابر با مقاومت الکتریکی آن است و آن را محض مقاومتی میکند.
عبارت جریان لحظهای میتواند به صورت I2 = v / Rp نوشته شود که Rp مقاومت پیچه فشار است.
اگر اختلاف فازی بین ولتاژ و جریان الکتریکی وجود داشته باشد، عبارت جریان لحظهای از طریق پیچه جریان میتواند به صورت زیر نوشته شود
چون جریان عبوری از پیچه فشار بسیار کمتر از جریان عبوری از پیچه جریان است، جریان عبوری از پیچه جریان میتواند به عنوان برابر با جریان کل بار در نظر گرفته شود. بنابراین مقدار لحظهای گشتاور میتواند به صورت زیر نوشته شود
مقدار میانگین گشتاور انحرافی میتواند با انتگرالگیری از گشتاور لحظهای از حد ۰ تا T که T دوره تناوب است، بدست آید.
گشتاور کنترلی توسط Tc = Kx داده میشود که K ثابت فنر و x مقدار نهایی حالت پایدار انحراف است.
مزایا
مقیاس تا حدی یکنواخت است.
آنها میتوانند برای اندازهگیری کمیتهای AC و DC استفاده شوند زیرا مقیاس برای هر دو کالیبره شده است.
خطاها
خطاها در القای پیچه فشار.
خطاها ممکن است به دلیل ظرفیت پیچه فشار باشند.
خطاها ممکن است به دلیل اثرات القای متقابل باشند.
خطاها ممکن است به دلیل اتصالات (یعنی پیچه فشار بعد از پیچه جریان متصل شده است) باشند.
خطا به دلیل جریانهای ادی.
خطاها ناشی از ارتعاش سیستم متحرک.
خطا ناشی از دمای محیط.
خطاها به دلیل میدان مغناطیسی ناخواسته.
