เครื่องวัดกำลังไฟฟ้าแบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์มีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ กับขดลวดเคลื่อนที่
รูปที่ 3.9 แสดงวงจรวัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์
จากรูปที่ 3.9
ขดลวดสนามแม่เหล็กที่อยู่กับที่ (Stationary Field Coil) จะต่ออนุกรมกับสาย (Line) ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดที่ขดลวดนี้จะขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าของ
โหลด ขดลวดนี้จะเรียกว่าขดลวดกระแสไฟฟ้า (Current Coil)ขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coil) ต่อคร่อมกับสายหรือโหลดทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดเคลื่อนที่เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าในขดลวดเคลื่อนที่ขดลวดนี้ เรียกว่าขดลวดแรงดัน ไฟฟ้า (Potential Coil)
การต่อวงจรดังรูปที่ 3.9 แสดงให้เห็นว่าแรงบิดชั่วขณะที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของเข็ม ส่วนใหญ่เกิดจากผลคูณของกระแสไฟฟ้าชั่วขณะใน ขดลวดกระแสกับแรง ดันไฟฟ้าชั่วขณะที่ขดลวดแรงดัน ดังนั้นสเกลของวัตต์มิเตอร์แลลอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์จึงมีขนาดช่องเท่า ๆกัน (Linear Scale) ต่างกับแอมมิเตอร์และโวลท์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรได นาโมมิเตอร์ ที่มีสเกล ซึ่งมีขนาดช่องไม่เท่ากัน
ในการใช้เครื่องวัดประเภทนี้ วัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การเบี่ยงเบนของเข็มไม่ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าในขดลวดกระแส และแรงดันในขดลวดแรงดัน เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor; cos q) ของโหลดที่ต้องการวัดอีกด้วย เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
การกำหนดสเกลของวัตต์มิเตอร์ชนิดนี้ จะต้องมีการเทียบค่าระหว่างมุมที่เกิดจากการเบี่ยงเบนของเข็มกับปริมาณของกำลังไฟฟ้าที่ต้องการทราบค่า (P) ค่าที่ได้จาก
การเทียบค่านี้เราเรียกว่า ค่าคงที่ของเครื่องวัด (Instrument Constance; Km) ดังนั้นถ้าเราทราบค่าปริมาณกำลังไฟฟ้า และค่าคงที่ของเครื่องวัด จะหามุมการเบี่ยงเบนของเข็มได้ดังนี้
ตัวอย่างที่ 12) วัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนาโทมิเตอร์ มีค่า Km = 8 องศา/วัตต์ เมื่อนำมาวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ขณะที่โหลดมีค่าแรงดัน
ไฟฟ้า 110V และกระแสไฟฟ้ามีค่า 0.05A; Power Factor มีค่า 0.8 จงหามุมเบี่ยงเบนของเข็มในเครื่องวัดนี้
3.7.2 การต่อวัตต์มิเตอร์ในระบบไฟฟ้า 1 เฟส
การต่อวัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนาโมมิเตอร์มีหลักการคือ พิจารณาทิศทางของกระแสไฟฟ้าชั่วขณะในขดลวดแต่ละตัว เพราะขดลวดนี้ทำหน้าที่กำหนด
ทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กซึ้งกำหนดทิศทางของแรงบิดที่ทำให้เข็มเบี่ยงเบน
รูปที่ 3.10 แสดงสัญลักษณ์แทนวัตต์มิเตอร์
จากรูปที่ 3.10 จะแสดงสัญลักษณ์ของวัตต์มิเตอร์ โดยจะเขียนขดลวดกระแสเพียงขดเดียวแทนสองขดเพื่อความสะดวกในการดู
รูปที่ 3.11 แสดงการนำวัตต์มิเตอร์มาต่อใช้งาน
ถ้าต่อวัตต์มิเตอร์เข้ากับวงจรดังรูปที่ 3.11 โดยกระแสไฟฟ้าที่โหลด ไหลผ่านขดลวดกระแส และแรงดันไฟฟ้าที่โหลดตกคร่อมขดลวดแรงดัน วัตต์มิเตอร์จะอ่าน
ค่ากำลังไฟฟ้าที่โหลดได้ การต่อวัตต์มิเตอร์แบบนี้ต้องให้กระแสไฟฟ้าที่โหลดเข้าที่ขั้วบวกของขดลวดกระแสส่วนขั้วบวกของขดลวดแรงดันต่อกับตำแหน่งที่แสดงไว้ดังรูปที่ 3.11 ส่ง
ผลให้เข็มของวัตต์มิเตอร์เคลื่อนตัวไปทางขวา
3.7.3 การต่อวัตต์มิเตอร์ในระบบไฟฟ้า 3 เฟสการต่อวัตต์มิเตอร์เพื่อวัดค่ากำลังไฟฟ้า 3 เฟส ทำได้ 2 วิธี คือ ใช้วัตต์มิเตอร์ 3 เครื่อง และใช้วัตต์มิเตอร์ 2 เครื่อง 1. การใช้วัตต์มิเตอร์ 3 เครื่อง (Three Wattmeter Method) การใช้วัตต์มิเตอร์ 3 เครื่องเพื่อวัดกำลังไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้าที่มีโหลดต่อแบบ Y ชนิด 3 เฟส 4 สาย ดังรูปที่ 3.12
รูปที่ 3.12 แสดงการวัดกำลังไฟฟ้าโดยใช้วัตต์มิเตอร์ 3 เครื่อง
จากรูปที่ 3.12 ก) จะเห็นว่าขดกระแสของวัตต์มิเตอร์ทั้งสามตัวต่ออนุกรมกับสาย A, B และ C เพื่อวัดกระแสที่สาย (IL) ซึ่งเป็นการวัดกระแสในแต่ละเฟส ส่วน
ขดลวดแรงดันของวัตต์มิเตอร์ทั้งสามต่อขั้วบวกเข้าที่สาย A, B และ C ขั้วลบต่อกับสาย N ลักษณะเช่นนี้ขดลวดแรงดันของเครื่องวัดทั้งสามเครื่องจะต่อแบบ Y เพื่ออ่านค่าแรงดันไฟ
ฟ้าในแต่ละเฟส สมมติว่ากระแสไฟฟ้า A (IL) ล้าหลังแรงดันไฟฟ้าเฟส VAN เป็นมุม qA และกระแสไฟฟ้าเฟส B และ C (IB และ IC) นำหน้าแรงดันไฟฟ้า VBN และ VCN เป็นมุม
qB และ qC ตามลำดับ จะเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมได้ดังรูปที่ 3.12 ข) เมื่อนำสมการ P = VI cos เซต้า มาร่วมพิจารณาจะได้
จากสมการ ทำให้ทราบว่าวัตต์มิเตอร์ WA, WB และ WC อ่านค่ากำลังไฟฟ้าเฟส A, B และ C ตามลำดับ ดังนั้น สมการค่ากำลังไฟฟ้าทั้ง 3 เฟส (PT) จึงเป็นดังนี้
2.) การใช้วัตต์มิเตอร์ 2 เครื่อง (Two Wattmeter Method)
การต่อวัตต์มิเตอร์ 2 เครื่องแสดงในรูปที่ 3.13
รูปที่ 3.13 แสดงการใช้วัตต์มิเตอร์ 2 เครื่องต่อวัดกำลังไฟฟ้า 3 เฟส
3.8 หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้กับเครื่องวัด (Instrument Transformer)
ในระบบที่มีแรงดันสูงมาก (High Voltage System) จะนำเครื่องวัดมาวัดปริมาณไฟฟ้าโดยตรงไม่ได้ เนื่องจากย่านการวัดของเครื่องวัดมีขอบเขตจำกัด ดังนั้นจึงต้อง
มีอุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับเครื่องมือวัดนั้นๆเสียก่อน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้กับเครื่องวัด วึ่งช่วบป้องกันความเสียหายแก่เครื่องวัดและป้องกันอันตรายแก้ผู้ใช้เครื่องวัดหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้กับเครื่องวัดแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า และหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า 3.8.1 หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า (Potential Transformer; P.T.) หม้อแปลงไฟฟ้า มีหลักการทำงานเหมือนกับหม้อแปลงกำลังไฟฟ้า (Power Transformer) ทั่วไป ทำหน้าที่ แปลงแรงดันไฟฟ้าที่ต่อคร่อมกับขดลวดปฐมภูมิ ของหม้อแปลงไฟฟ้าให้ต่ำลง เพื่อให้เหมาะสมกับย่านการวัดของโวลท์มิเตอร์
สมการพื้นฐานที่แสดงอัตราส่วนของ P.T. เป็นดังนี้
เมื่อ
3.8.2 หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer; C.T.) หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า จะได้รับการออกแบบสำหรับต่ออนุกรมกับสาย ที่มีกระแสไฟฟ้าสูง
(High Current) ทำหน้าที่แปลงกระแสไฟฟ้าให้ต่ำลง เพื่อให้เหมาะสมกับย่านการวัดของแอมมิเตอร์ และวัตต์มิเตอร์
รูปที่ 3.14 แสดงลักษณะของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า C.T.สมการพื้นฐานที่แสดงอัตราส่วนของ C.T. คือ
เมื่อ
ตัวอย่างที่ 13) จงหากระแสไฟฟ้า, แรงดันไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าของโหลด ที่ทำให้เครื่องวัดอ่านค่าได้ดังรูปที่ 3.15
รูปที่ 3.15
กระแสของโหลด = ค่าที่อ่านได้จากแอมมิเตอร์ X อัตราส่วนของ C.T.
แรงดันของโหลด = ค่าที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์ X อัตราส่วนของ P.T.
กำลังของโหลด = ค่าที่อ่านได้จากวัตต์มิเตอร์ X อัตราส่วน C.T. X อัตราส่วน P.T.
