এনার্জি মিটার কী এবং এর নির্মাণ ও কাজের নীতি কী?

সংজ্ঞা: একটি শক্তি মিটার হল যন্ত্র যা বৈদ্যুতিক লোড দ্বারা খরচ করা বৈদ্যুতিক শক্তি পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়। বৈদ্যুতিক শক্তি বলতে নির্দিষ্ট সময়ের জন্য লোড দ্বারা ব্যবহৃত মোট শক্তিকে বোঝায়। শক্তি মিটারগুলি গৃহস্থালী এবং শিল্প এসিসার্কিটে বিদ্যুৎ খরচ পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়। তারা আপেক্ষিকভাবে সস্তা এবং সঠিক।

শক্তি মিটারের নির্মাণ
একটি একক-ফেজ শক্তি মিটারের নির্মাণ নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে। 

শক্তি মিটারটি চারটি প্রধান উপাদান নিয়ে গঠিত, যথা:

• ড্রাইভিং সিস্টেম

• মুভিং সিস্টেম

• ব্রেকিং সিস্টেম

• রেজিস্টারিং সিস্টেম

প্রতিটি উপাদানের বিস্তারিত ব্যাখ্যা নিম্নে দেওয়া হল।

ড্রাইভিং সিস্টেম

ইলেকট্রোম্যাগনেটটি ড্রাইভিং সিস্টেমের মূল উপাদান হিসাবে কাজ করে। এটি তার কয়েল দিয়ে প্রবাহিত বৈদ্যুতিক প্রবাহ দ্বারা সক্রিয় হওয়া একটি অস্থায়ী চৌম্বক হিসাবে কাজ করে। এই ইলেকট্রোম্যাগনেটের কোর সিলিকন ইস্পাত ল্যামিনেশন দিয়ে নির্মিত।

ড্রাইভিং সিস্টেমে দুটি ইলেকট্রোম্যাগনেট রয়েছে। উপরের টি শান্ট ইলেকট্রোম্যাগনেট এবং নিচের টি সিরিজ ইলেকট্রোম্যাগনেট নামে পরিচিত।

• সিরিজ ইলেকট্রোম্যাগনেট লোড প্রবাহ দ্বারা সক্রিয় হয় যা কারেন্ট কয়েল দিয়ে প্রবাহিত হয়।

• শান্ট ইলেকট্রোম্যাগনেটের কয়েল সরাসরি পাওয়ার সাপ্লাই সঙ্গে সংযুক্ত, তাই এটি শান্ট ভোল্টেজের সাথে সমানুপাতিক একটি প্রবাহ বহন করে। এই কয়েলটি প্রেসার কয়েল নামেও পরিচিত।

চৌম্বকের মধ্যবর্তী অংশে একটি পরিবর্তনযোগ্য তামা ব্যান্ড রয়েছে। এই তামা ব্যান্ডের প্রধান ভূমিকা হল শান্ট চৌম্বক দ্বারা উৎপাদিত চৌম্বকীয় ফ্লাক্স এমনভাবে সাজানো যাতে এটি সরবরাহকৃত ভোল্টেজের সাথে সম্পূর্ণ লম্ব হয়।

মুভিং সিস্টেম

মুভিং সিস্টেমটি একটি অ্যালুমিনিয়াম ডিস্ক নিয়ে গঠিত, যা একটি অ্যালয় শাফ্টে স্থাপিত হয়। এই ডিস্কটি দুটি ইলেকট্রোম্যাগনেটের মধ্যে বায়ু ফাঁকে স্থাপিত হয়। চৌম্বকীয় ক্ষেত্র পরিবর্তিত হলে ডিস্কে এডি কারেন্ট উৎপন্ন হয়। এই এডি কারেন্টগুলি চৌম্বকীয় ফ্লাক্সের সাথে বিনিময় করে একটি বিক্ষেপণ টর্ক উৎপন্ন করে।

যখন বৈদ্যুতিক যন্ত্রপাতি শক্তি টেনে নেয়, অ্যালুমিনিয়াম ডিস্কটি ঘুরতে শুরু করে। নির্দিষ্ট সংখ্যক ঘূর্ণন পরে, ডিস্কটি লোড দ্বারা খরচ করা বৈদ্যুতিক শক্তির পরিমাণ নির্দেশ করে। ঘূর্ণন সংখ্যা নির্দিষ্ট সময় ব্যবধানে গণনা করা হয়, এবং ডিস্কটি কিলোওয়াট-ঘন্টায় শক্তি খরচ পরিমাপ করে।

ব্রেকিং সিস্টেম

অ্যালুমিনিয়াম ডিস্কের ঘূর্ণন ধীর করার জন্য একটি স্থায়ী চৌম্বক ব্যবহৃত হয়। ডিস্ক ঘুরলে এডি কারেন্ট উৎপন্ন হয়। এই এডি কারেন্টগুলি স্থায়ী চৌম্বকের চৌম্বকীয় ফ্লাক্সের সাথে বিনিময় করে একটি ব্রেকিং টর্ক উৎপন্ন করে।

এই ব্রেকিং টর্ক ডিস্কের গতিকে বিরোধী করে, এর ঘূর্ণন গতি হ্রাস করে। স্থায়ী চৌম্বকটি পরিবর্তনযোগ্য; এটি রেডিয়ালভাবে পুনর্বিন্যাস করে, ব্রেকিং টর্ক পরিবর্তন করা যায়।

রেজিস্ট্রেশন (গণনা মেকানিজম)

রেজিস্ট্রেশন বা গণনা মেকানিজমের প্রধান কাজ হল অ্যালুমিনিয়াম ডিস্কের ঘূর্ণন সংখ্যা রেকর্ড করা। ডিস্কের ঘূর্ণন লোড দ্বারা খরচ করা বৈদ্যুতিক শক্তির সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, যা কিলোওয়াট-ঘন্টায় পরিমাপ করা হয়।

ডিস্কের ঘূর্ণন বিভিন্ন ডায়ালের পয়েন্টারগুলিতে প্রেরণ করা হয় বিভিন্ন পড়া রেকর্ড করার জন্য। কিলোওয়াট-ঘন্টায় শক্তি খরচ ডিস্কের ঘূর্ণন সংখ্যা এবং মিটার ধ্রুবকের গুণফল দ্বারা গণনা করা হয়। ডায়াল বিন্যাস নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে।

শক্তি মিটারের কাজের নীতি

একটি শক্তি মিটারে একটি অ্যালুমিনিয়াম ডিস্ক রয়েছে, যার ঘূর্ণন লোডের শক্তি খরচ নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়। এই ডিস্কটি সিরিজ ইলেকট্রোম্যাগনেট এবং শান্ট ইলেকট্রোম্যাগনেটের মধ্যে বায়ু ফাঁকে স্থাপিত হয়। শান্ট চৌম্বকে একটি প্রেসার কয়েল রয়েছে, এবং সিরিজ চৌম্বকে একটি কারেন্ট কয়েল রয়েছে।

প্রেসার কয়েল সরবরাহকৃত ভোল্টেজের কারণে একটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্র উৎপন্ন করে, এবং কারেন্ট কয়েল লোড প্রবাহ দ্বারা প্রবাহিত হওয়ার কারণে একটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্র উৎপন্ন করে।

ভোল্টেজ (প্রেসার) কয়েল দ্বারা উৎপন্ন চৌম্বকীয় ক্ষেত্র কারেন্ট কয়েলের চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের চেয়ে 90° পিছনে থাকে। এই পর্যায় পার্থক্য অ্যালুমিনিয়াম ডিস্কে এডি কারেন্ট উৎপন্ন করে। এই এডি কারেন্টগুলি এবং সমন্বিত চৌম্বকীয় ক্ষেত্রগুলির মধ্যে বিনিময় একটি টর্ক উৎপন্ন করে, যা ডিস্কে ঘূর্ণন শক্তি প্রয়োগ করে। ফলে, ডিস্কটি ঘুরতে শুরু করে।

ডিস্কে প্রয়োগ করা ঘূর্ণন শক্তি কারেন্ট কয়েল দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট এবং প্রেসার কয়েলের উপর ভোল্টেজের সাথে সমানুপাতিক। ব্রেকিং সিস্টেমের স্থায়ী চৌম্বক ডিস্কের ঘূর্ণন নিয়ন্ত্রণ করে। এটি ডিস্কের গতিকে বিরোধী করে, যাতে ঘূর্ণন গতি প্রকৃত শক্তি খরচের সাথে সামঞ্জস্য থাকে। একটি সাইক্লোমিটার (রেজিস্টারিং মেকানিজম) তারপর ডিস্কের ঘূর্ণন সংখ্যা গণনা করে শক্তি ব্যবহার পরিমাপ করে।

শক্তি মিটারের তত্ত্ব

প্রেসার কয়েলে অপেক্ষাকৃত বেশি সংখ্যক প্রতিক্রিয়া রয়েছে, যা এটিকে অত্যন্ত ইনডাক্টিভ করে। প্রেসার কয়েলের চৌম্বকীয় সার্কিটে খুব কম এয়ার-গ্যাপ দৈর্ঘ্যের কারণে একটি খুব কম রিলাকট্যান্স পথ রয়েছে। প্রেসার কয়েল দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট \(I_p\) সরবরাহকৃত ভোল্টেজ দ্বারা প্রবাহিত হয়, এবং কয়েলের উচ্চ ইনডাক্টেন্সের কারণে সরবরাহকৃত ভোল্টেজের প্রায় 90° পিছনে থাকে।

কারেন্ট \(I_p\) দুটি চৌম্বকীয় ফ্লাক্স \(\Phi_p\) উৎপন্ন করে, যা আরও বিভক্ত হয় \(\Phi_{p1}\) এবং \(\Phi_{p2}\) এ। \(\Phi_{p1}\) এর প্রধান অংশ কম রিলাকট্যান্সের কারণে পাশের ফাঁক দিয়ে প্রবাহিত হয়। \(\Phi_{p2}\) ফ্লাক্স ডিস্ক দিয়ে প্রবাহিত হয় এবং একটি ড্রাইভিং টর্ক উৎপন্ন করে যা অ্যালুমিনিয়াম ডিস্ককে ঘুরায়।

\(\Phi_p\) ফ্লাক্স প্রয়োগকৃত ভোল্টেজের সাথে সমানুপাতিক এবং ভোল্টেজের পিছনে 90° পর্যায়ে থাকে। যেহেতু এই ফ্লাক্স পর্যায়বর্তী, এটি ডিস্কে একটি এডি কারেন্ট \(I_{ep}\) উৎপন্ন করে।

লোড প্রবাহ কারেন্ট কয়েল দিয়ে প্রবাহিত হলে একটি ফ্লাক্স \(\Phi_s\) উৎপন্ন হয়। এই ফ্লাক্স ডিস্কে একটি এডি কারেন্ট \(I_{es}\) উৎপন্ন করে। এডি কারেন্ট \(I_{es}\) \(\Phi_p\) ফ্লাক্সের সাথে বিনিময় করে, এবং এডি কারেন্ট \(I_{ep}\) \(\Phi_s\) ফ্লাক্সের সাথে বিনিময় করে, ফলে আরেকটি টর্ক উৎপন্ন হয়। এই দুটি টর্ক বিপরীত দিকে কাজ করে, এবং নেট টর্ক তাদের মধ্যে পার্থক্য।

শক্তি মিটারের ফেজর ডায়াগ্রাম নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে।

ধরা যাক
V - প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ
I - লোড প্রবাহ
∅ - লোড প্রবাহের ফেজ কোণ
\(I_p\) - লোডের প্রেসার কোণ
Δ - সরবরাহকৃত ভোল্টেজ এবং প্রেসার কয়েল ফ্লাক্সের মধ্যে ফেজ কোণ
f - ফ্রিকোয়েন্সি
Z - এডি কারেন্টের ইমপিডেন্স
∝ - এডি কারেন্ট পথের ফেজ কোণ
\(E_{ep}\) - ফ্লাক্স দ্বারা উৎপন্ন এডি কারেন্ট
\(I_{ep}\) - ফ্লাক্সের কারণে এডি কারেন্ট
\(E_{ev}\) - ফ্লাক্সের কারণে এডি কারেন্ট
\(I_{es}\) - ফ্লাক্সের কারণে এডি কারেন্ট

ডিস্কের নেট ড্রাইভিং টর্ক নিম্নরূপে প্রকাশ করা হয়

যেখানে \(K_1\) - ধ্রুবক

\(\Phi_1\) এবং \(\Phi_2\) ফ্লাক্সগুলির মধ্যে ফেজ কোণ। শক্তি মিটারের জন্য, আমরা \(\Phi_p\) এবং \(\Phi_s\) নেই।