وات‌سنج نوع الکترو دینامومتر

تعریف وات‌متر الکترودینامومتر

وات‌متر نوع الکترودینامومتر با استفاده از تعامل بین میدان‌های مغناطیسی و جریان‌های الکتریکی انرژی الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند.

اصول کار

حال به جزئیات ساختاری الکترودینامومتر نگاه می‌کنیم. این دستگاه شامل قسمت‌های زیر است.در الکترودینامومتر دو نوع سیم پیچ وجود دارد. آنها عبارتند از:

سیم پیچ متحرک

سیم پیچ متحرک با کمک یک سیستم کنترل با فنر، نشانگر را حرکت می‌دهد. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد، یک جریان محدود از طریق سیم پیچ متحرک با وصل کردن مقاومت با مقادیر بالا در سری جریان می‌یابد. سیم پیچ متحرک بدون هسته روی یک محور چرخان قرار دارد و می‌تواند آزادانه حرکت کند. در وات‌متر نوع الکترودینامومتر، سیم پیچ متحرک به عنوان سیم پیچ فشار عمل می‌کند و به ولتاژ متصل می‌شود، بنابراین جریان از طریق آن متناسب با ولتاژ است.

سیم پیچ ثابت

سیم پیچ ثابت به دو بخش مساوی تقسیم شده و این بخش‌ها به صورت سری با بار متصل می‌شوند، بنابراین جریان بار از طریق این سیم‌پیچ‌ها خواهد جریان یافت. دلیل واضح استفاده از دو سیم پیچ ثابت به جای یکی این است که بتواند مقدار قابل توجهی جریان الکتریکی را تحمل کند.

این سیم‌پیچ‌ها به عنوان سیم‌پیچ‌های جریان وات‌متر نوع الکترودینامومتر شناخته می‌شوند. قبلاً این سیم‌پیچ‌های ثابت طراحی شده بودند تا جریان حدود ۱۰۰ آمپر را تحمل کنند، اما اکنون وات‌مترهای مدرن طراحی شده‌اند تا جریان حدود ۲۰ آمپر را برای صرفه‌جویی در انرژی تحمل کنند.

سیستم کنترل

از بین دو سیستم کنترل یعنی:

کنترل گرانشی

کنترل با فنر، فقط سیستم‌های کنترل با فنر در این نوع وات‌متر استفاده می‌شوند. سیستم کنترل گرانشی نمی‌تواند به کار گرفته شود زیرا خطاهای قابل توجهی خواهد داشت.

سیستم میرا

میرایی اصطکاک هوایی استفاده می‌شود زیرا میرایی جریان ادی می‌تواند میدان مغناطیسی عملیاتی ضعیف را اعوجاج دهد و منجر به خطاهایی شود.

مقیاس یکنواختی وجود دارد که در این نوع دستگاه استفاده می‌شود زیرا سیم پیچ متحرک به صورت خطی در محدوده ۴۰ تا ۵۰ درجه در هر دو طرف حرکت می‌کند.

حال بیایید عباراتی برای گشتاور کنترل و گشتاور انحراف بدست آوریم. برای بدست آوردن این عبارات، دیاگرام مدار زیر را در نظر بگیرید:

می‌دانیم که گشتاور لحظه‌ای در دستگاه‌های الکترودینامیکی مستقیماً متناسب با حاصلضرب مقادیر لحظه‌ای جریان‌های عبوری از هر دو سیم پیچ و نرخ تغییر مغناطیسی پیوند شده با مدار است.

فرض کنید I1 و I2 مقادیر لحظه‌ای جریان‌های در سیم پیچ فشار و جریان باشند. بنابراین عبارت گشتاور می‌تواند به صورت زیر نوشته شود:

که در آن x زاویه است.

حال فرض کنید مقدار ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ فشار:

از آنجا که مقاومت الکتریکی سیم پیچ فشار بسیار بالا است، می‌توان واکنش آن را نسبت به مقاومت آن نادیده گرفت. بنابراین، ممانعت برابر با مقاومت الکتریکی آن است و آن را خالص مقاومتی می‌کند.

عبارت جریان لحظه‌ای می‌تواند به صورت I2 = v / Rp نوشته شود که Rp مقاومت سیم پیچ فشار است.

اگر اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان الکتریکی وجود داشته باشد، عبارت جریان لحظه‌ای از طریق سیم پیچ جریان می‌تواند به صورت زیر نوشته شود:

از آنجا که جریان از طریق سیم پیچ فشار بسیار کمتر از جریان از طریق سیم پیچ جریان است، جریان از طریق سیم پیچ 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 انحراف می‌تواند با انتگرال‌گیری از گشتاور لحظه‌ای در محدوده ۰ تا T، که T دوره زمانی چرخه است، بدست آید.

گشتاور کنترلی توسط Tc = Kx داده می‌شود که K ثابت فنر و x مقدار نهایی پایدار انحراف است.

مزایا

• مقیاس تا حدی یکنواخت است.

• آنها می‌توانند برای اندازه‌گیری هر دو نوع کمیت AC و DC استفاده شوند چون مقیاس برای هر دو کالیبره شده است.

خطاها

• خطاها در القای سیم پیچ فشار.

• خطاها ممکن است به دلیل ظرفیت سیم پیچ فشار باشند.

• خطاها ممکن است به دلیل اثرات القایی متقابل باشند.

• خطاها ممکن است به دلیل اتصالات (یعنی سیم پیچ فشار بعد از سیم پیچ جریان متصل شده) باشند.

• خطا به دلیل جریان‌های ادی.

• خطا به دلیل ارتعاش سیستم متحرک.

• خطا به دلیل دما.

• خطا به دلیل میدان مغناطیسی غیرمرغوب.