เครื่องวดัพลังงานไฟฟ้าWatt - Hour Meter

Piyadanai Pachanapan, 303251 EE Instrument & Measurement, EE&CPE, NU

พลังงานไฟฟ้า (Electr ical Energy)

• ปริมาณการใชก้าํลงัไฟฟ้าทั้งหมดในช่วงระยะเวลาใดเวลาหนึ่ง

2

1

( ) ( )t

t

w t p t dt= ò

t1

t2

P(t)พลังงานไฟฟ้า คือ พืน้ที่ใต้

กราฟ

หน่วย W.h

1 unit = การใช้ไฟ 1000 W

ภายในเวลา 1 ชั่วโมง

เครื่องวดัพลังงานไฟฟ้า (Watt Hour Meter )

• เป็นเครื่องวดัไฟฟ้าชนิดเหนี่ยวนาํแบบจานหมุน (Disc Type)

• วดัไดเ้ฉพาะสญัญาณไฟฟ้ากระแสสลบั (AC Current)

เครื่องวดัไฟฟ้าชนิดเหนี่ยวนํา แบบ จานหมุน

• ส่วนประกอบ

ตวัต้านทาน ขดลวดเหนี่ยวนํา

แผ่นโลหะบางกลม มกัทําจาก Al หรือ Cu

• ส่วนประกอบด้านบน

หลกัการทาํงาน เครื่องวดัไฟฟ้าชนิดเหนี่ยวนํา แบบ จานหมุน

• ทาํงานไดเ้ฉพาะกระแสสลบั (AC) เท่านั้น

• กระแสในขดลวดทั้ง 2 ชุด จะทาํมุมเฟสต่างกนั 90o

1. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 0o - 90otw

2. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 90o - 180otw

3. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 180o - 270otw

4. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 270o - 360otw

จานหมุน หมุนได้อย่างไร ???

• การที่สนามแม่เหลก็ยา้ยจาก ขดลวด 1 2 กลบัไป-มา

เสมือนกบัสนามแม่เหลก็มีการเคลื่อนที่

• การที่สนามแม่เหลก็เคลื่อนที่ จะเหนี่ยวนาํใหเ้กิดกระแสไหลวน

(Eddy Current) ไหลวนขึ้นในจานหมุน (แผน่เหลก็)

• เมื่อกระแสไหลวนที่เกิดขึ้น ถูกเสน้แรงแม่เหลก็ไหลผา่น จะทาํ

ใหเ้กิดแรงบิด ( F = BIL )

• แรงบิดที่เกิดขึ้น จะส่งผลให้จานหมุน หมุนตามทิศทางแรงบิด

(กฎมือซา้ย)

กระแสไหลวน (Eddy Current)

การหาทศิทางกระแสไหลวน ในจานหมุน

• อาศยักฎมือขวาของเฟลมมิ่ง (Right Hand Rule’s Fleming)ใน

การหาทิศทางของกระแสไหลวน

• ความแตกต่างระหว่าง กฎมือซ้าย กับ กฎมือขวา

Left Hand Rule Right Hand Rule

(Generator Rule)

• จะหาทิศทางกระแสได ้ตอ้งรู้ทิศทางการเคลื่อนที่ของจานหมุนที่ตดั

กบัสนามแม่เหลก็ก่อน

• การที่สนามแม่เหลก็เคลื่อนที่จาก ขดลวด 1 ไป ขดลวด 2

พบวา่ จะมีความหมายเหมือนกบัวา่

“สนามแม่เหลก็หมุนนั้นอยูก่บัที่ แต่จานหมุนจะเคลื่อนที่ตดักบั

สนามแม่เหลก็ในทิศทางจาก ขดลวด 2 ไป ขดลวด 1”

• สนามแม่เหล็กเคลื่อนจากขดลวด 1 2

• จานหมุนเคลื่อนจาก ขดลวด 2 1

จากกฎมือขวา I

B

• ทิศทางกระแสไหลวน

กระแสไหลออก

• กระแสไหลวนจะสร้างสนามแม่เหลก็ลอ้มรอบตวัเอง

ทิศทางแรงบิด(ผลกั)

• กระแสไหลวนและสนามแม่เหลก็ที่เกิดขึ้นจะทาํใหเ้กิดแรงบิด/ผลกั

• กรณีเกิดสนามแม่เหลก็ที่ขดลวดที่ 2 กจ็ะหาทิศทางกระแสไหลวนเหมือน

กรณีเกิดสนามแม่เหลก็ในขดลวดที่ 1

• แรงบิดที่เกิดขึ้น จะทาํใหจ้านหมุน หมุน

• กรณีที่กระแสไหลในขดลวด มีทิศทางตรงขา้ม กจ็ะไดแ้รงบิด

เกิดขึ้นในทิศทางเดียวกนั

กระไหลในขดลวดที่ 1

กระไหลในขดลวดที่ 2

เครื่องวดัพลังงานไฟฟ้าชนิดเหนี่ยวนํา แบบ จานหมุน

(Watt Hour Meter )

• มีส่วนประกอบดงันี้

• ขดลวดทองแดงจะส่งผลให้กระแสที่ไหลในขดลวดแรงดัน มีมุมเฟส

ตามหลงัไป 90o (เป็นการต่อตวั L)

• แม่เหลก็ถาวรจะคอยสร้างแรงบิดหน่วง

สร้างแรงบิดหน่วง

การทํางานของ เครื่องวดัพลังงานไฟฟ้าชนิดเหนี่ยวนํา

แบบ จานหมุน

• เมื่อจ่ายแรงดนัไฟฟ้า (V) เขา้ไป กระแสจะแบ่งไหลเป็น 2 ส่วน

- IV จะไหลผา่นขดลวดแรงดนั

- IA จะไหลผา่นขดลวดกระแส

• กระแสที่ไหลผา่นขดลวดแรงดนั (IV) จะมีมุมเฟสลา้หลงั

แรงดนั (V) และ กระแส IA เป็นมุม 90o

• รูปคลื่นไซน์ และ เฟสเซอร์ไดอะแกรม

1. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 0o - 90otw

2. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 90o - 180otw

SN

N

3. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 180o - 270otw

4. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 270o - 360otw

SS N

• คู่ขั้วแม่เหลก็ไฟฟ้าเคลื่อนที่จาก ล่าง บน

• สนามแม่เหลก็ไฟฟ้าที่เคลื่อนที่จะเหนี่ยวนาํใหเ้กิดกระแสไหลวนใน

จานหมุน ซึ่งสามารถหาทิศทางไดจ้ากกฎมือขวาของเฟลมมิ่ง

• การที่คู่ขั้วแม่เหลก็เคลื่อนที่จาก ล่าง บน เสมือนกบั จานหมุน

เคลื่อนที่จาก บน ล่าง (ตรงขา้มกนั)

• กระแสไหลวนจะสร้างสนามแม่เหลก็ไฟฟ้ารอบลอ้ม ซึ่งจะทาํใหเ้กิด

แรงบิด (ผลกั) ทาํใหจ้านหมุน หมุนได้

• เสน้แรงแม่เหลก็ไฟฟ้าจะเคลื่อนที่จาก ขวา ซา้ย

กรณี. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 0o - 90otw

• ทิศทางของกระแสไหลวน ( อยูร่ะหวา่ง 0o – 90o) tw

N NS S

• ทิศทางการหมุนของจานหมุน (ดา้นบน)

1. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 0o - 90otw

N N

S S

2. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 90o - 180otw

N NS S

3. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 180o - 270otw

N N

S S

4. เมื่อ อยูร่ะหวา่ง 270o - 360otw

N NS S

การคาํนวณค่าพลังงานไฟฟ้าจาก Watt-Hour Meter

• กาํลงัไฟฟ้า จะส่งผลต่อขนาดกระแสที่ไหลใน Watt - Hour Meter

• กระแสที่ไหลใน Watt - Hour Meter จะส่งผลต่อค่าทอร์ค ซึ่งจะ

ส่งผลโดยตรงกบัความเร็วของการหมุนจาน

• ความเร็วของการหมุนจาน ก็จะเป็นสัดส่วนกับกาํลังเฉลี่ยใน

ช่วงเวลาที่กาํหนด

จานหมุนไว เลขมิเตอร์หมุนไว มีการใชพ้ลงังานมาก

การคาํนวณค่ากําลังไฟฟ้าจาก Watt-Hour Meter

• สามารถใช ้Watt Hour Meter วดัการใชก้าํลงัไฟฟ้าทั้งหมดของ

ระบบได ้โดยอาศยั ค่าคงที่ของมิเตอร์ไฟฟ้า (Cz)

•ค่าคงที่ของมิเตอร์ไฟฟ้า (Cz) จะบอกถึงจาํนวนรอบที่แป้นหมุน

ของมิเตอร์ไฟฟ้าจะตอ้งหมุนต่อพลงังานไฟฟ้า 1 kWh ค่านี้จะบอก

ไวท้ี่ป้ายกาํกบัมิเตอร์ไฟฟ้าทุกเครื่อง ทาํให้สามารถใช ้Watt-Hour

Meter วดักาํลงัไฟฟ้าได ้โดยใชน้าฬิกาจบัเวลาช่วย

• สามารถคาํนวณกาํลงัไฟฟ้า (P)ไดจ้ากสูตร

1000 3600

Z

nPC t´ ´

=´

Watt

เมื่อ n คือ จาํนวนรอบ

t คือ เวลา (วนิาที)

CZ คือ ค่าคงที่ของมิเตอร์ไฟฟ้า

ตวัอย่างที่ 1

ในการใชเ้ตาไฟฟ้าเตาหนึ่ง ทาํใหแ้ป้นหมุนของมิเตอร์ไฟฟ้าหมุนไป

เป็นจาํนวน 25 รอบในเวลา 1 นาที จงคาํนวณหาค่ากาํลงัไฟฟ้า (P)

เมื่อ CZ = 1000

วธิีทาํ1000 3600

Z

nPC t´ ´

=´

1000 25 36001000 60´ ´

=´

1500 W=