وات‌سنج با ضریب توان پایین: چیست؟ (و چرا استفاده می‌شود)
واتمتر با عامل توان پایین چیست؟
واتمتر با عامل توان پایین یک دستگاه است که برای اندازه‌گیری دقیق مقادیر پایین عامل توان استفاده می‌شود. قبل از مطالعه بیشتر درباره واتمتر با عامل توان پایین، باید بدانیم چرا به چنین دستگاهی نیاز داریم (در مقایسه با یک واتمتر الکترودینامیکی استاندارد)
پاسخ ساده است: واتمتر استاندارد نتایج غیردقیقی را ارائه می‌دهد.
حالا دو وضعیت اصلی وجود دارد که نباید از یک واتمتر معمولی برای اندازه‌گیری عامل توان پایین استفاده کنیم:
مقدار گشتاور انحرافی بسیار کم است حتی اگر سیم‌پیچ‌های جریان و فشار به طور کامل تحریک شوند.
خطاهای ناشی از القای سیم‌پیچ فشار.
دو دلیل فوق منجر به نتایج بسیار غیردقیق می‌شوند بنابراین نباید از واتمترهای معمولی یا معمولی برای اندازه‌گیری مقادیر پایین عامل توان استفاده کنیم.
با انجام برخی تغییرات یا افزودن برخی ویژگی‌های جدید می‌توانیم از یک واتمتر الکترودینامیکی اصلاح شده یا با عامل توان پایین برای اندازه‌گیری دقیق عامل توان پایین استفاده کنیم.
به طور مثالي، ما عامل توان را از طریق اصلاح عامل توان افزایش می‌دهیم. اما گاهی اوقات امکان بالا بردن عامل توان به حد کافی وجود ندارد (به دلیل مسائل فنی یا نگرانی‌های بودجه‌ای).
در اینجا قصد داریم بحث کنیم که کدام تغییرات لازم است. این تغییرات به ترتیب زیر مورد بحث قرار می‌گیرند:
(۱) مقاومت الکتریکی سیم‌پیچ فشار واتمتر معمولی به یک مقدار کم کاهش یافته است به طوری که جریان در مدار سیم‌پیچ فشار افزایش می‌یابد. در این دسته دو حالت و نمودارها ظاهر می‌شوند که در زیر نشان داده شده‌اند:
در اولین دسته، هر دو سر سیم‌پیچ فشار به سمت تأمین متصل شده‌اند (یعنی سیم‌پیچ جریان در سری با بار). ولتاژ تأمین برابر با ولتاژ روی سیم‌پیچ فشار است. بنابراین در این حالت توان نشان داده شده توسط اولین واتمتر برابر با تلفات توان در بار به اضافه تلفات توان در سیم‌پیچ جریان است.
در دسته دوم، سیم‌پیچ جریان در سری با بار نیست و ولتاژ روی سیم‌پیچ فشار با ولتاژ اعمال شده برابر نیست.
ولتاژ روی سیم‌پیچ فشار برابر با ولتاژ روی بار است. این توان نشان داده شده توسط دومین واتمتر برابر با تلفات توان در بار به اضافه تلفات توان در سیم‌پیچ فشار است.
از بحث فوق نتیجه می‌گیریم که در هر دو حالت خطاهایی وجود دارد بنابراین نیاز به انجام برخی تغییرات در مدارهای فوق برای کمینه کردن خطا وجود دارد.
مدار اصلاح شده در زیر نشان داده شده است:
در اینجا از یک سیم‌پیچ جبرانی خاص استفاده کرده‌ایم که جریانی برابر با مجموع دو جریان یعنی جریان بار به اضافه جریان سیم‌پیچ فشار دارد.
سیم‌پیچ فشار به گونه‌ای قرار داده شده است که میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ جبرانی توسط میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ فشار مخالفت می‌کند به طوری که در نمودار مدار فوق نشان داده شده است.
بنابراین میدان خالص فقط به جریان I وابسته است. بنابراین به این ترتیب خطاها ناشی از سیم‌پیچ فشار می‌توانند خنثی شوند.
(۲) نیاز به سیم‌پیچ جبرانی در مدار برای ساخت واتمتر با عامل توان پایین است. این دومین تغییر است که در بالا به طور جزئی بحث شده است.
(۳) حالا نقطه سوم به جبران القای سیم‌پیچ فشار می‌پردازد که می‌تواند با انجام تغییرات در مدار فوق به دست آید.
حالا بیایید یک عبارت برای عامل اصلاح القای سیم‌پیچ فشار بدست آوریم. و از این عامل اصلاح، یک عبارت برای خطا ناشی از القای سیم‌پیچ فشار استخراج می‌کنیم.
اگر القای سیم‌پیچ فشار را در نظر بگیریم ولتاژ روی سیم‌پیچ فشار با ولتاژ اعمال شده همزمان نیست.
بنابراین در آن حالت با یک زاویه تأخیر دارد
که در آن R مقاومت الکتریکی سری با سیم‌پیچ فشار است، rp مقاومت سیم‌پیچ فشار است، در اینجا نتیجه می‌گیریم که جریان در سیم‌پیچ جریان نیز با جریان در سیم‌پیچ فشار با یک زاویه تأخیر دارد. و این زاویه توسط C = A – b داده می‌شود. در این زمان خواندن ولتمتر به صورت زیر است
که در آن Rp (rp+R) است و x زاویه است. اگر اثر القای سیم‌پیچ فشار را نادیده بگیریم یعنی b = 0 قرار دهیم عبارت برای توان واقعی به صورت زیر است
با گرفتن نسبت معادلات (۲) و (۱) عبارت برای عامل اصلاح به صورت زیر است:
و از این عامل اصلاح خطا می‌توان محاسبه کرد به صورت زیر
با جایگذاری مقدار عامل اصلاح و گرفتن تقریب مناسب عبارت خطا به صورت VIsin(A)*tan(b) است.
حالا می‌دانیم که خطا ناشی از القای سیم‌پیچ فشار با عبارت e = VIsin(A) tan(b) داده می‌شود، اگر عامل توان پایین باشد (یعنی در مورد ما مقدار φ بزرگ است بنابراین خطا بزرگ است).
بنابراین برای جلوگیری از این وضعیت، یک مقاومت سری متغیر با خازن به صورت نشان داده شده در نمودار فوق متصل کرده‌ایم.
این مدار اصلاح شده نهایی که به دست آمده است واتمتر با عامل توان پایین نامیده می‌شود.
یک واتمتر با عامل توان پایین مدرن طراحی شده است به طوری که دقت بالایی در اندازه‌گیری عامل توان حتی کمتر از ۰.۱ ارائه می‌دهد.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
