เครื่องวัดกำลังไฟฟ้า

เครื่องวดั กำลงั ไฟฟ้ำ วัตตม์ เิ ตอร์ (Wattmeter) เปน็ เครือ่ งมือวัดท่ใี ชส้ ำหรบั วัด กำลงั ไฟฟ้ำ (Power) กำลังไฟฟ้ำสำมำรถวัดได้ในรูปของแรงดันไฟฟำ้ และกระแสไฟฟ้ำ นำค่ำทไี่ ด้ท้ังสอง มำคำนวณหำกำลัง ไฟฟำ้ โดยใชส้ ูตรคำนวณ ดงั น้ี P =EI โดยที่ P คอื กำลงั ไฟฟำ้ มหี น่วยเปน็ วตั ต์ (W) E คือ แรงดันไฟฟ้ำ มีหนว่ ยเป็นโวลต์ (V) I คอื กระแสไฟฟำ้ มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

ถงึ แมจ้ ะใช้วิธกี ำรคำนวณจำกแรงดันไฟฟำ้ และกระแสไฟฟำ้ ทีว่ ดั ได้ในวิธกี ำร ดงั กลำ่ วก็ ตำม แตจ่ ะไมส่ ะดวกและเกดิ ควำมยงุ่ ยำกในกำรวดั คำ่ และกำรคำนวณหำค่ำ ดังนนั้ วัตตม์ ิเตอร์จงึ ถกู สรำ้ งข้นึ มำใชง้ ำน เพอ่ื ใช้วัดกำลังไฟฟ้ำไดโ้ ดยตรง โดยมีวงจรกำรใชง้ ำน ดังแสดงใน รปู ที่ 1 รูปที่ 1 วงจรวัตตม์ ิเตอรใ์ นกำรต่อวัดกำลังไฟฟำ้

จำกรูปท่ี 1 เปน็ โครงสร้ำงของวตั ต์มเิ ตอร์ แบบอิเล็กโทรไดนำโมมเิ ตอร์ ส่วนประกอบจะประกอบด้วยขดลวด 3 ขวด ขดลวด 2 ขวดใหญ่ที่วำงขนำนกันจะเปน็ ขดลวดคงท่ี (Fixed Coils) หรอื ขดลวดกระแส (Current Coils) ส่วนตอนกลำงของ ขดลวดคงทจ่ี ะมขี ดลวดเคลือ่ นทไ่ี ด้ (Moving Coil) หรอื ขดลวดแรงดัน (Voltage Coil) วำงอยู่ภำยในวงกลมของขดลวดคงท่ี โดยท่ีขดลวดเคล่ือนท่ีจะมแี กนยดึ ตดิ พรอ้ มเข็มชีแ้ ละ สปรงิ ก้นหอย

กำรนำอิเล็กโทรไดนำโมมิเตอร์ไปทำเป็นวัตต์มิเตอร์จะต้องต่อวงจรทั้งขดลวดคงที่ และ ขดลวดเคล่ือนท่ีเข้ำด้วยกัน พร้อมต่อตัวต้ำนทำน (R) และโหลดเข้ำวงจร จึงจะได้ วงจรวัตต์มิเตอร์ข้ึนมำ ดังรูป วงจรวัตต์มิเตอร์ ซ่ึงจะมีขั้วต่อใช้งำน 4 ข้ัว เป็นข้ัวต่อ แหล่งจ่ำยไฟไปต่อแหล่งจ่ำย ไฟฟ้ำ 2 ขั้ว และข้ัวต่อโหลด 2 ข้ัว กำรต่อใช้งำนจะต้องนำ วัตต์มิเตอร์ด้ำนที่ต่อโหลดไปต่อเข้ำกับโหลดที่ต้องกำรวัดกำลังไฟฟ้ำ เม่ือมีกระแสไฟฟ้ำ ผ่ำนเข้ำวงจร ทำให้ขดลวดคงที่หรือขดลวดกระแสทั้ง 2 ขดเกิดสนำมแม่เหล็กขึ้น และขดลวดเคลื่อนท่ีหรือขดลวดแรงดัน ก็เกิดสนำมแม่เหล็กข้ึน เช่นกัน เกิดกำรผลักกัน ของสนำมแมเ่ หล็กระหวำ่ งขดลวดคงทก่ี ับขดลวดเคล่ือนท่ี ทำให้ขดลวดเคล่ือนท่ีบ่ำยเบนไป กำรที่ขดลวดเคล่ือนที่จะบ่ำยเบนไปมำกหรือน้อยข้ึนอยู่กับโหลดที่นำมำต่อ และแรงดัน ท่ีปอ้ นเข้ำมำ

วัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนำโมมิเตอร์นี้สำมำรถนำไปวัดกำลังไฟฟ้ำได้ ทั้งกำลังไฟฟ้ำของวงจรกระแสตรง และกำลังไฟฟ้ำของวงจรกระแสสลับ เพรำะขดลวด ทั้งขดลวดแรงดันและ ขดลวดกระแสสำมำรถรับแรงดัน ได้ทั้งไฟฟ้ำกระแสตรงและไฟฟ้ำ กระแสสลับ แต่ต้องระมัดระวังในกำรใช้ต้องไม่ให้กระแสท่ีผ่ำนขดลวดกระแสเกินกว่ำพิกัด ของมิเตอร์ที่บอกไว้ และต้องไม่ให้แรงดันที่ป้อนเข้ำขดลวดแรงดันเกินกว่ำพิกัดของมิเตอร์ ที่บอกไว้ ดังน้นั ในกำรใช้วัตต์มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้ำ จึงควรตอ่ แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ร่วม ในวงจรดว้ ย เพอ่ื เปน็ ตวั แสดงค่ำของกระแสและแรงดนั ทัง้ หมดท่ีจะผำ่ นวัตต์มิเตอร์

วัตต์มิเตอร์ท่ีใช้ในกำรทดลองใบงำนน้ี เป็นวัตต์มิเตอร์ชนิดเฟสเดียว (Singlephase Wattmeter) ถูกสร้ำงข้ึนมำให้สำมำรถวดั แรงดันและวัดกระแสได้ 2 ย่ำน คือ วัดกระแสได้ 0.2 A และ 1 A วัดแรงดนั ได้ 120 V. และ 240 V. แบบหนึ่ง อีกแบบหนึ่ง วัดกระแสได้ 1 A และ 5 A วัดแรงดันได้ 120 V. และ 240 V. กำรอ่ำนค่ำกำลังไฟฟ้ำจำก วัตต์มิเตอร์ที่ถูกต้องจะต้องอ่ำนค่ำจำกหน้ำปัดสเกลในตำแหน่งท่ีเข็มมิเตอร์ช้ีค่ำ นำมำคูณ ร่วมกับค่ำตัวคูณในตำรำงที่แนบติดมำกับตัววัตต์มิเตอร์ ซ่ึงจะข้ึนอยู่กับค่ำแรงดันและ ค่ำกระแสท่ีต่อวัดจำกข้ัวต่อของวัตต์มิเตอร์ ตำรำงแสดงค่ำท่ีตั้งวัดและค่ำตัวคูณของวัตต์ มิเตอร์ แสดงไวใ้ นตำรำงท่ี 1

ตำรำงท่ี 1 คำ่ ตวั คูณคงท่ี กำรตอ่ วตั ต์มเิ ตอร์ เพ่อื วดั กำลงั ไฟฟ้ำจะต่อไดด้ งั แสดงในรูปที่ 2 รูปที่ 2 กำรตอ่ ใช้งำนของวตั ตม์ ิเตอร์