مترهای القایی
اصل کار و ساختار اندازهگیریکنندههای نوع القایی بسیار ساده و قابل فهم است که به همین دلیل در اندازهگیری انرژی در محیطهای خانگی و صنعتی به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. در تمام اندازهگیریکنندههای القایی، دو پارامغناطیس وجود دارد که توسط دو جریان متناوب مختلف روی یک دیسک فلزی ایجاد میشوند. به دلیل پارامغناطیسهای متناوب، یک emf القایی ایجاد میشود، emf ایجاد شده در یک نقطه (مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است) با جریان متناوب دیگر طرف تعامل میکند که منجر به ایجاد گشتاور میشود.
به طور مشابه، emf ایجاد شده در نقطه دوم با جریان متناوب در نقطه اول تعامل میکند که منجر به ایجاد گشتاور مجدد ولی در جهت مخالف میشود. بنابراین، به دلیل این دو گشتاور که در جهات مختلف هستند، دیسک فلزی حرکت میکند.
این اصل کار پایهای اندازهگیریکنندههای نوع القایی است. حال بیایید عبارت ریاضی برای گشتاور انحراف را بدست آوریم. فرض کنید پارامغناطیس ایجاد شده در نقطه اول F1 و پارامغناطیس در نقطه دوم F2 باشد. حال مقادیر لحظهای این دو پارامغناطیس را میتوان به صورت زیر نوشت:
که در آن، Fm1 و Fm2 به ترتیب مقادیر حداکثر پارامغناطیسها F1 و F2 هستند، B اختلاف فاز بین دو پارامغناطیس است.
ما میتوانیم عبارت emfهای القایی در نقطه اول را به صورت زیر بنویسیم
در نقطه دوم. بنابراین ما عبارت جریانهای ادی در نقطه اول را به صورت زیر داریم
که در آن K ثابتی است و f فرکانس است.
بیایید نمودار فازی را به صورت واضح نشان دهیم که F1، F2، E1، E2، I1 و I2 را نشان میدهد. از نمودار فازی، واضح است که I1 و I2 به ترتیب با E1 و E2 با زاویه A تأخیر دارند.
زاویه بین F1 و F2 B است. از نمودار فازی، زاویه بین F2 و I1 (90-B+A) و زاویه بین F1 و I2 (90 + B + A) است. بنابراین ما عبارت گشتاور انحراف را به صورت زیر مینویسیم
به طور مشابه عبارت Td2 به صورت زیر است،
گشتاور کل Td1 – Td2 است، با جایگذاری مقدار Td1 و Td2 و سادهسازی عبارت به صورت زیر میشود
که به عنوان عبارت عمومی برای گشتاور انحراف در اندازهگیریکنندههای نوع القایی شناخته میشود. حالا دو نوع از اندازهگیریکنندههای القایی وجود دارد و به صورت زیر نوشته میشوند:
نوع یکفازی
نوع سهفازی اندازهگیریکنندههای القایی.
در اینجا ما قصد داریم به صورت دقیق درباره اندازهگیریکنندههای نوع یکفازی القایی صحبت کنیم. در زیر تصویر اندازهگیریکنندههای نوع یکفازی القایی آورده شده است.
اندازهگیریکنندههای نوع یکفازی القایی شامل چهار سیستم مهم است که به صورت زیر نوشته میشوند:
سیستم محرک:
سیستم محرک شامل دو الکترومغناطیس است که روی آنها پیچهای فشار و جریان پیچیده شدهاند، همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است. پیچ که شامل جریان بار است پیچ جریان نامیده میشود در حالی که پیچ که موازی با ولتاژ تغذیه است (یعنی ولتاژ روی پیچ مشابه ولتاژ تغذیه است) پیچ فشار نامیده میشود. نوارهای سایهدار روی آنها پیچیده شدهاند همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است تا زاویه بین پارامغناطیس و ولتاژ اعمال شده ۹۰ درجه باشد.
سیستم متحرک:
برای کاهش اصطکاک به میزان زیاد، از اندازهگیریکنندههای انرژی با محور شناور استفاده میشود، اصطکاک به میزان زیاد کاهش یافته است زیرا دیسک چرخان که از مواد بسیار سبک مانند آلومینیوم ساخته شده است با هیچ سطحی تماس ندارد. آن در هوا شناور است. یک سوال باید در ذهن ما مطرح شود که چگونه دیسک آلومینیوم در هوا شناور میشود؟ برای پاسخ به این سوال ما باید جزئیات ساختاری این دیسک ویژه را ببینیم، در واقع آن شامل مغناطیسهای کوچک در هر دو سطح بالا و پایین است. مغناطیس بالا به یک الکترومغناطیس در محور بالا جذب میشود در حالی که مغناطیس سطح پایین نیز به مغناطیس محور پایین جذب میشود، بنابراین به دلیل این نیروهای مخالف دیسک آلومینیوم چرخان سبک شناور میشود.
سیستم ترمز:
یک مغناطیس دائمی برای ایجاد گشتاور ترمز در اندازهگیریکنندههای انرژی یکفازی القایی استفاده میشود که در نزدیکی گوشه دیسک آلومینیوم قرار دارد.
سیستم شمارش:
اعداد مشخص شده روی اندازهگیریکننده متناسب با چرخشهای انجام شده توسط دیسک آلومینیوم هستند، عملکرد اصلی این سیستم ثبت تعداد چرخشهای انجام شده توسط دیسک آلومینیوم است. حال بیایید به عملکرد عملی اندازهگیریکننده یکفازی القایی نگاهی بیندازیم. برای درک کار این اندازهگیریکننده، بیایید نمودار زیر را در نظر بگیریم:
در اینجا ما فرض کردهایم که پیچ فشار بسیار القایی است و شامل تعداد زیادی دور است. جریان در پیچ فشار Ip است که با یک زاویه ۹۰ درجه از ولتاژ تأخیر دارد. این جریان پارامغناطیس F را ایجاد میکند. F به دو بخش Fg و Fp تقسیم میشود.
F
