واتمیتر با ضریب توان پایین: چیست؟ (و چرا استفاده می‌شود)

وات متر با عامل قدرت کم چیست؟

وات متر با عامل قدرت کم یک دستگاه است که برای اندازه‌گیری دقیق مقادیر کم عامل قدرت استفاده می‌شود. قبل از مطالعه بیشتر درباره وات متر با عامل قدرت کم، نیاز به فهمیدن دلیل استفاده از آن (به جای یک الکترودینامومتر وات متر استاندارد) را داریم.

پاسخ ساده است: وات متر استاندارد نتایج غیردقیقی ارائه می‌دهد.

حالا دو وضعیت اصلی وجود دارد که نباید از یک وات متر معمولی برای اندازه‌گیری عامل قدرت کم استفاده کنیم:

1. مقدار گشتاور تحریک بسیار کم است حتی اگر ما کویل‌های جریان و فشار را به طور کامل تحریک کنیم.

2. خطاهای ناشی از القای کویل فشار.

دو دلیل فوق نتایج بسیار غیردقیقی ارائه می‌دهند، بنابراین نباید از وات مترهای معمولی یا معمولی برای اندازه‌گیری مقادیر کم عامل قدرت استفاده کنیم.

با انجام برخی اصلاحات یا افزودن برخی ویژگی‌های جدید، می‌توانیم از یک وات متر الکترودینامیکی اصلاح شده یا وات متر با عامل قدرت کم برای اندازه‌گیری دقیق عامل قدرت کم استفاده کنیم.

در ایده‌آل، عامل قدرت را از طریق اصلاح عامل قدرت افزایش می‌دهیم. اما گاهی اوقات امکان رسیدن به عامل قدرت بالاتر (به دلایل فنی یا بودجه‌ای) وجود ندارد.

در اینجا قصد داریم مکان‌هایی را که نیاز به اصلاح دارند، بحث کنیم. این موارد به ترتیب زیر مورد بررسی قرار می‌گیرند:

(۱) مقاومت الکتریکی کویل فشار وات متر معمولی به مقدار پایینی کاهش یافته تا جریان در مدار کویل فشار افزایش یابد. در این دسته دو حالت و نمودارهایی وجود دارد که در زیر نشان داده شده‌اند:

در اولین دسته هر دو سر کویل فشار به سمت تغذیه متصل می‌شوند (یعنی کویل جریان در سری با بار). ولتاژ تغذیه برابر با ولتاژ روی کویل فشار است. بنابراین در این حالت قدرت نشان داده شده توسط اولین وات متر برابر با تلفات قدرت در بار به اضافه تلفات قدرت در کویل جریان است.

در دسته دوم، کویل جریان در سری با بار نیست و ولتاژ روی کویل فشار با ولتاژ اعمال شده برابر نیست.

ولتاژ روی کویل فشار برابر با ولتاژ روی بار است. قدرت نشان داده شده توسط دومین وات متر برابر با تلفات قدرت در بار به اضافه تلفات قدرت در کویل فشار است.

از بحث فوق می‌توان نتیجه گرفت که در هر دو حالت خطاهایی وجود دارد، بنابراین نیاز به انجام برخی اصلاحات در مدارهای فوق برای کمینه کردن خطا وجود دارد.

مدار اصلاح شده در زیر نشان داده شده است:
ما در اینجا از یک کویل خاص به نام کویل جبرانی استفاده کرده‌ایم که جریانی برابر با مجموع دو جریان (یعنی جریان بار به اضافه جریان کویل فشار) دارد.

کویل فشار به گونه‌ای قرار گرفته است که میدان تولید شده توسط کویل جبرانی با میدان تولید شده توسط کویل فشار مخالفت می‌کند، همان‌طور که در نمودار مدار فوق نشان داده شده است.

بنابراین میدان نهایی فقط به جریان I بستگی دارد. بنابراین با این روش خطاها ناشی از کویل فشار می‌توانند خنثی شوند.

(۲) نیاز به کویل جبرانی در مدار برای ساخت وات متر با عامل قدرت کم است. این اصلاح دومی است که در بالا به طور مفصل بحث شده است.

(۳) حالا نقطه سوم به جبران القایی کویل فشار می‌پردازد که می‌تواند با انجام اصلاحات در مدار فوق به دست آید.

حالا بیایید یک عبارت برای عامل جبرانی کویل فشار بدست آوریم. و از این عامل جبرانی، یک عبارت برای خطا ناشی از القایی کویل فشار بدست می‌آوریم.

اگر القایی کویل فشار را در نظر بگیریم، ولتاژ روی کویل فشار با ولتاژ اعمال شده در فاز نیست.

بنابراین در آن صورت با یک زاویه تاخیر می‌کند

که در آن R مقاومت الکتریکی سری با کویل فشار است، rp مقاومت کویل فشار است. در اینجا نیز نتیجه می‌گیریم که جریان در کویل جریان نیز با یک زاویه با جریان در کویل فشار تاخیر می‌کند. و این زاویه توسط C = A – b تعیین می‌شود. در این زمان خواندن ولتمتر به صورت زیر است

که در آن Rp (rp+R) است و x زاویه است. اگر اثر القایی کویل فشار را نادیده بگیریم (یعنی b = 0 قرار دهیم)، عبارتی برای قدرت واقعی به دست می‌آوریم

با گرفتن نسبت معادلات (۲) و (۱) عبارتی برای عامل جبرانی به صورت زیر به دست می‌آوریم:

و از این عامل جبرانی می‌توان خطا را محاسبه کرد

با جایگزینی مقدار عامل جبرانی و گرفتن تقریب مناسب، عبارتی برای خطا به صورت VIsin(A)*tan(b) به دست می‌آید.

حالا می‌دانیم که خطا ناشی از القایی کویل فشار با عبارت e = VIsin(A) tan(b) تعیین می‌شود، اگر عامل قدرت کم باشد (یعنی در مورد ما مقدار φ بزرگ است و بنابراین خطا بزرگ است).

بنابراین برای جلوگیری از این وضعیت، یک مقاومت سری متغیر با یک خازن به صورت نشان داده شده در نمودار فوق متصل کرده‌ایم.

مدار اصلاح شده نهایی که به دست می‌آید به عنوان وات متر با عامل قدرت کم شناخته می‌شود.

یک وات متر با عامل قدرت کم مدرن طراحی شده است به گونه‌ای که دقت بالایی در اندازه‌گیری عامل قدرت حتی کمتر از ۰.۱ ارائه می‌دهد.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.