วันจันทร์ที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2551

ใบความรู้ที่ 10

วัตต์มิเตอร์และวัตต์อาวร์มิเตอร์


สารบัญเนื้อหา
10.1 กำลังไฟฟ้า
10.2 วัตต์มิเตอร์
10.3 การต่อใช้งานวัตต์มิเตอร์
10.4 วาร์มิเตอร์
10.5 วัตต์อาวร์มิเตอร์

10.1 กำลังไฟฟ้า

กำลังไฟฟ้า (Electric Power) เป็นกำลังที่เกิดขึ้นจากการใช้ไฟฟ้า หาได้จากการใช้พลังงานไฟฟ้ามีหน่วยเป็นจูล (J) ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ในหนึ่งหน่วยเวลาเป็นวินาที (s) กำลังไฟฟ้าใช้อักษรย่อ P มีหน่วยเป็นวัตต์ (W) ความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้าเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

หรือ

เมื่อ P = กำลังไฟฟ้า หน่วยวัตต์ (W)
W = พลังงานไฟฟ้า หน่วยจูล (J)
t = เวลา หน่วยวินาที (s)

10.2 วัตต์มิเตอร์

วัตต์มิเตอร์ (Wattmeter) เป็นการสร้างรวมเอาโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ได้ในตัวเดียวกัน โครงสร้างของวัตต์มิเตอร์ใช้หลักการทำงานของอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์ หรือไดนาโมมิเตอร์ไฟฟ้า แสดงดังรูปที่10.1

รูปที่10.1 โครงสร้างของวัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์

จากรูป10.1 แสดงโครงสร้างของวัตต์มิเตอร์ แบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์ ส่วนประกอบของโครงสร้าง ประกอบด้วยขดลวด 3 ขด ขดลวด 2 ขดใหญ่ที่วางขนานกัน เป็นขดลวดคงที่ (Fixed Coil) หรือขดลวดกระแส (Current Coil) ส่วนตอนกลางของขดลวดคงที่ มีขดลวดอีกหนึ่งขดวางอยู่ในส่วนวงกลมที่ว่างเป็นขดลวดเคลื่อนที่ได้ (Moving Coil) หรือ ขดลวดแรงดัน (Voltage Coil) ขดลวดเคลื่อนที่นี้ถูกยึดติดกับแกนร่วมกับเข็มชี้และสปริง
ขดลวดคงที่หรือขดลวดกระแสนั้นทั้งสองขดถูกต่ออนุกรมกัน และต่อออกมาเพื่อวัดค่ากระแสของวงจร ส่วนขดลวดเคลื่อนที่หรือขดลวดแรงดันถูกต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน ทำหน้าที่จำกัดกระแสผ่านขดลวด และต่อออกมาเพื่อวัดค่าแรงดันของวงจร

10.3 การต่อใช้งานวัตต์มิเตอร์

การนำวัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์ไปต่อใช้งาน ต้องต่อวงจรทั้งขดลวดคงที่ (ขั้ว A, ±) และขดลวดเคลื่อนที่ (ขั้ว V, ±) เข้าด้วยกัน นำไปต่อกับภาระหรือโหลดที่ต้องการวัดค่า และต่อเข้าแหล่งจ่ายแรงดันของวงจร ลักษณะการต่อ แสดงดังรูปที่10.2

รูปที่10.2 การต่อวัตต์มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า

เมื่อจ่ายแรงดันเข้าวงจรทั้งขดลวดคงที่หรือขดลวดกระแส และขดลวดเคลื่อนที่หรือขดลวดแรงดัน เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นมา มีขั้วสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวดคงที่และขดลวดเคลื่อนที่ด้านที่วางอยู่ใกล้กันมีขั้วเหมือนกัน เกิดแรงผลักดันกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งสอง ทำให้ขดลวดเคลื่อนที่บ่ายเบนไป ชี้ค่ากำลังไฟฟ้าออกมา การที่ขดลวดเคลื่อนที่เกิดการบ่ายเบนไปมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับภาระที่นำมาต่อวงจรและแรงดันที่ป้อนให้วงจร คือขึ้นอยู่กับแรงดันและกระแสที่จ่ายผ่านเข้าวัตต์มิเตอร์

10.4 วาร์มิเตอร์

กำลังไฟฟ้าที่วัดออกมาจากอุปกรณ์และวงจรที่ใช้กับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับมีด้วยกัน 3 ลักษณะ คือ กำลังไฟฟ้าจริง (True Power) หรือ PT กำลังไฟฟ้าตอบสนอง (Reactive Power) หรือ PR และกำลังไฟฟ้าปรากฏ (Apparent Power) หรือ PA ความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้าทั้ง 3 ลักษณะเขียนออกมาได้ แสดงดังรูปที่10.3

รูปที่10.3 กำลังไฟฟ้าลักษณะต่างๆ เหมือนกับอิมพีแดนซ์แบบต่างๆ ที่เกิดขึ้น

จากรูปที่10.3 แสดงกำลังไฟฟ้าลักษณะต่างๆ เกิดขึ้นในตำแหน่งที่วัดออกมาได้ต่างกัน จึงเรียกค่ากำลังไฟฟ้าที่ปรากฏขึ้นมาแตกต่างกัน กำลังไฟฟ้าแต่ละแบบเกิดขึ้นได้กับอุปกรณ์ในวงจรต่างชนิดกัน กำลังไฟฟ้าจริง (PT) เกิดขึ้นได้กับอุปกรณ์จำพวกตัวต้านทานบริสุทธิ์ (Pure Resistor) กำลังไฟฟ้าตอบสนอง (PR) เกิดขึ้นได้กับอุปกรณ์จำพวกตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ และกำลังไฟฟ้าปรากฏ (PA) เกิดขึ้นได้กับอุปกรณ์จำพวกอิมพีแดนซ์ต่างๆ ความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้าทั้ง 3 ค่าเขียนออกมาในรูปเวคเตอร์ของสมการและหน่วย แสดงดังรูปที่10.4

รูปที่10.4 ความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้าทั้ง 3 ค่าในรูปเวคเตอร์

จากรูปที่10.4 แสดงความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้าทั้ง 3 ค่าในรูปเวคเตอร์ กำลังไฟฟ้าจริง (PT) เป็นกำลังไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับตัวต้านทานบริสุทธิ์สามารถวัดออกมาได้จริงด้วยวัตต์มิเตอร์ เกิดจากแรงดันและกระแสที่มีทิศทางเดียวกัน หรือเกิดจากการคูณกันของแรงดันและส่วนประกอบของกระแสในรูป Elcos หน่วยของกำลังไฟฟ้านี้เป็นวัตต์ (W) ส่วนกำลังไฟฟ้าตอบสนอง (PR) เป็นกำลังไฟฟ้าเกิดกับอุปกรณ์จำพวกตัวเหนี่ยวนำ (XL) หรือ ตัวเก็บประจุ (Xc) หรือ เกิดจากการคูณกันของแรงดันและส่วนประกอบของกระแสที่ตอบสนองมีมุมต่างไป 90 องศา ในรูป Elsin หน่วยของกำลังไฟฟ้านี้เป็นวาร์ (Var) กำลังไฟฟ้าตอบสนองนี้วัตต์มิเตอร์ไม่สามารถวัดค่าออกมาได้ จึงต้องใช้วาร์มิเตอร์ (Varmeter) วัดค่าแทน และกำลังไฟฟ้าปรากฏ (PA) เป็นกำลังไฟฟ้าเกิดกับอุปกรณ์จำพวกอิมพีแดนซ์ต่างๆ เช่น RL,RC,LC และ RLC หรือเกิดจากการคูณกันของแรงดันและกระแสค่าจริงในวงจร ในรูป El หน่วยของกำลังไฟฟ้านี้เป็นโวลต์-แอมแปร์ (VA) วัดค่าออกมาได้ด้วยเอซีโวลต์มิเตอร์ และเอซีแอมมิเตอร์นำมาคูณกันโดยตรง

10.5 วัตต์อาวร์มิเตอร์

วัตต์อาวร์มิเตอร์ (Watthour Meter) เป็นมิเตอร์ที่ทำงานด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ถูกสร้างขึ้นมาให้ใช้งานเป็นมิเตอร์วัดการใช้พลังงานไฟฟ้าในบ้านเรือน ในโรงงานอุตสาหกรรมและในที่ต่างๆ ที่ต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงาน โดยวัดพลังงานไฟฟ้าออกมาเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง หรือกิโลวัตต์อาวร์ (Kilowatthours ; kWh) รูปร่างของวัตต์อาวร์มิเตอร์ แสดงดังรูปที่10.5

รูปที่10.5 วัตต์อาวร์มิเตอร์

หลักการทำงานของวัตต์อาวร์มิเตอร์เหมือนกับมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้าที่ทำงานด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้า เช่น วัตต์มิเตอร์ มีส่วนประกอบเหมือนกันคือ ประกอบด้วยขดลวดกระแสและขดลวดแรงดัน แต่ก็มีส่วนที่แตกต่างกันบ้างในการแสดงค่าการวัดปริมาณไฟฟ้าออกมา ของวัตต์มิเตอร์แสดงค่าออกมาในลักษณะเข็มชี้บ่ายเบนชี้ค่าออกมาบนสเกล ส่วนของวัตต์อาวร์มิเตอร์แสดงค่าออกมา โดยใช้แม่เหล็กหน่วงการเคลื่อนที่ของจานหมุน และใช้ชุดเฟืองไปขับเข็มชี้ให้แสดงค่าออกมาบนสเกล หรืออาจใช้ชุดเฟืองไปขับชุดตัวเลขให้แสดงค่าออกมา โครงสร้างของชุดให้กำเนิดสนามแม่เหล็ก และจานหมุนของวัตต์อาวร์มิเตอร์ แสดงดังรูปที่10.6

รูปที่10.6 ชุดกำเนิดสนามแม่เหล็กและจานหมุนของวัตต์อาวร์มิเตอร์

จากรูปที่10.6 แสดงชุดกำเนิดสนามแม่เหล็กและจานหมุนของวัตต์อาวร์มิเตอร์ โครงสร้างประกอบด้วย ขดลวดกระแสต่อแบบอนุกรมกับวงจร และขดลวดแรงดันต่อแบบขนานกับวงจร ขดลวดทั้ง 2 ชุดถูกพับไว้บนโครงโลหะที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เกิดเป็นวงจรแม่เหล็ก 2 ชุด แผ่นจานอะลูมิเนียมกลมแบนถูกวางอยู่ในช่องว่างของสนามแม่เหล็กขดลวดกระแสและขดลวดแรงดัน เกิดกระแสไหลวน (Eddy Current) ในแผ่นจานอะลูมิเนียม แรงต้านของกระแสไหลวนและสนามแม่เหล็กของขดลวดแรงดันทำให้เกิดแรงผลักขึ้นบนแผ่นจานอะลูมิเนียม แผ่นจานอะลูมิเนียมจึงหมุน แรงที่เกิดขึ้นเป็นสัดส่วนระหว่างความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดแรงดันและกระแสไหลวนในแผ่นจานอะลูมิเนียม ซึ่งจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดที่พัน จำนวนรอบของการหมุนแผ่นจานอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับพลังงานที่ใช้ไปของภาระที่ต่ออยู่ในเวลาที่แตกต่างกัน แกนที่ยึดติดกับแผ่นจานอะลูมิเนียมถูกต่อไว้กับเฟือง พ่วงต่อไปยังเข็มชี้ชี้สเกลออกมาในแต่ละค่า และถูกปรับแต่งให้อ่านค่าออกมาเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh)

3 ความคิดเห็น:

pinokkeo กล่าวว่า...

ขอบคุณมากครับสำหรับข้อมูล เป็นประโยชน์มากเลยครับ

chakkri กล่าวว่า...

ขอบคุณมากครับสำหรับข้อมูล

Unknown กล่าวว่า...

อยากรู้วัตต์มิเตอร์แบบดิจิตอลอะคับ
จะทำรายงานหาไม่เจอเรย