الواطميتر لقياس معامل القدرة المنخفض - Low Power Factor Wattmeter

ما هو مقياس معامل القدرة المنخفض – Low Power Factor Wattmeter؟

مقياس معامل القدرة المنخفض هو أداة تُستخدم لقياس القيم المنخفضة لمعامل القدرة بدقة. قبل أن نتحدث عن مقياس معامل القدرة المنخفض، نحتاج إلى فهم سبب حاجتنا إلى “مقياس واط” لمعامل القدرة المنخفض في المقام الأول “على عكس مقياس التيار الكهربائي القياسي الواطميتر”. الجواب بسيط: مقياس الواطميتر القياسي “العادي” يعطي نتائج غير دقيقة. يوجد الآن حالتان رئيسيتان حيث لا يجب استخدام “مقياس واط عادي” في قياس معامل القدرة المنخفض:

• قيمة عزم الانحراف منخفضة للغاية على الرغم من أننّا نثير ملفات التيار والضغط بشكل كامل.

• أخطاء ناتجة عن محاثّة ملف الضغط.

يعطي السببان الموضحان أعلاه نتائج غير دقيقة للغاية وبالتالي لا ينبغي استخدام مقاييس واط عادية أو قياسية في قياس القيمة المنخفضة لمعامل القدرة. ومع ذلك، من خلال إجراء بعض التعديلات أو إضافة بعض الميزات الجديدة، يمكننا استخدام مقياس واطميتر إلكتروديناميكي معدل أو معامل قدرة منخفض لقياس معامل القدرة المنخفض بدقة.

شرح مقياس معامل القدرة المنخفض الواطميتر:

من الناحية المثالية، سنزيد معامل القدرة من خلال تصحيح معامل القدرة (power factor correction). لكن في بعض الأحيان لا يمكن رفع معامل القدرة بدرجة كافية “لأسباب فنية أو مخاوف تتعلق بالميزانية”. حيث نحتاج إلى إجراء تعديل، سوف تتم مناقشة هذه واحدة تلو الأخرى أدناه:

يتم تقليل المقاومة الكهربائية لملف ضغط الواطميتر العادي إلى قيمة منخفضة بحيث يتم زيادة التيار في دائرة ملف الضغط، ممّا يؤدي إلى ذلك. في هذه الفئة حالتان وهما:

في الفئة الأولى كلا طرفي الضغط، يتم توصيل الملف بجانب العرض “أي أنّ تيار الملف متصل على التوالي مع الحمل”. جهد التغذية يساوي الجهد عبر ملف الضغط. وبالتالي في هذه الحالة لدينا القدرة الموضحة بواسطة مقياس الواط الأول تساوي فقد القدرة في الحمل بالإضافة إلى فقد الطاقة في تيار الملف:

Mathematically P₁ = power consumed by load + I² R₁

في الفئة الثانية، لا يكون تيار الملف المتصل على التوالي مع الحمل والجهد عبر ملف الضغط ولا يساوي الجهد المطبق. الجهد عبر ملف الضغط يساوي الجهد عبر الحمل. هذه القوة التي يظهرها مقياس واط الثاني تساوي فقد الطاقة في الحمل بالإضافة إلى فقد الطاقة في ملف الضغط:

Mathematically P₂ = power consumed by load + I² R₂

من المناقشة أعلاه، نستنتج أنّه في كلتا الحالتين لدينا قدر من الأخطاء ومن ثمّ هناك حاجة لإجراء بعض التعديل في الدوائر المذكورة أعلاه للحصول على الحد الأدنى من الخطأ.

تعديل الدوائر الكهربائية للحصول على الحد الأدنى من الخطأ:

الدائرة المعدلة موضحة بالشرح أدناه:

• لقد استخدمنا هنا ملفًا خاصًا يسمّى “الملف التعويضي” (compensating coil)، وهو يحمل تيارًا يساوي مجموع تيارين، أي تيار الحمل بالإضافة إلى تيار ملف الضغط.

• يتم وضع ملف الضغط بحيث يتم معارضة المجال الناتج عن الملف التعويضي بواسطة المجال الذي ينتجه ملف الضغط كما هو موضح في الدائرة أعلاه. وبالتالي فإنّ صافي المجال يرجع إلى التيار (I) فقط. ومن ثمّ يمكن بهذه الطريقة تحييد الأخطاء التي يسببها ملف الضغط.

نطلب ملف تعويضي في الدائرة من أجل عمل مقياس معامل القدرة المنخفض. هذا هو التعديل الثاني الذي ناقشناه بالتفصيل أعلاه. الآن النقطة الثالثة تتعامل مع تعويض محاثة ملف الضغط، والذي يمكن تحقيقه عن طريق إجراء تعديل في الدائرة أعلاه.

معادلة مقياس معامل القدرة المنخفضة:

الآن، لنشتق تعبيرًا عن معامل التصحيح لتحريض ملف الضغط. ومن معامل التصحيح هذا، سنشتق تعبيرًا عن الخطأ بسبب تحريض ملف الضغط:

إذا أخذنا في الاعتبار محاثّة ملف الضغط، فليس لدينا جهد عبر الضغط في الطور مع الجهد المطبق. ومن ثمّ في هذه الحالة يتأخر بزاوية مقدارها:

b = tan^-1 (W_l/R+r_p)

حيث: (R) هي المقاومة الكهربائية المتصلة على التوالي مع ملف الضغط، (r_p) هي مقاومة ملف الضغط، وهنا نستنتج أيضًا أنّ التيار في تيار الملف يتأخر أيضًا بزاوية معينة مع التيار في ملف الضغط. وهذه الزاوية مُعطاة من خلال (C = A – b). في هذا الوقت، يتم إعطاء قراءة الفولتميتر بواسطة:

[VI cos(C) (dM/dx)]/K+R_p …… (1)

حيث: (R_p) هي (r_p + R) و(x) هي الزاوية. إذا تجاهلنا تأثير محاثّة الضغط، أي وضع (b = 0)، فلدينا تعبير عن القدرة الحقيقية كالتالي:

[VI cos(A) (dM/dx)]/K.R_p …… (2)

عند أخذ نسبة المعادلتين (2) و (1) لدينا تعبير عن معامل التصحيح كالتالي:

cos(A)/cos(b)cos(A-b)

ويمكن حساب خطأ معامل التصحيح هذا على النحو التالي:

Error = {1-(correction factor)} × (actual reading of the voltmeter)

عند استبدال قيمة معامل التصحيح واتخاذ التقريب المناسب، لدينا تعبير عن الخطأ مثل (VIsin (A) × tan (b)). نحن نعلم الآن أنّ الخطأ الناجم عن محاثة ملف الضغط يُعطى بالتعبير (e = VIsin (A) tan (b))، إذا كان معامل القدرة منخفضًا “أي في حالتنا قيمة (φ) كبيرة ومن ثمّ لدينا خطأ كبير”. وبالتالي من أجل تجنب هذا الخطأ، قمنا بتوصيل مقاومة السلسلة المتغيرة بمكثف في الدائرة أعلاه. تسمى هذه الدائرة النهائية المعدلة التي تمّ الحصول عليها “بمقياس معامل القدرة المنخفض”.