વિદ્યુત-પ્રમાણ(power factor)મિટર

વિદ્યુત-પ્રમાણ(power factor)મિટર : નિવેશી (input) શક્તિનો કેટલો અંશ ઉપયોગી કાર્ય માટે વપરાય છે તે માપતું સાધન. તે ગતિમાન (moving) પ્રણાલીમાં બે ગૂંચળાં (coils) અને એક અથવા બે સ્થાયી (fixed) ગૂંચળાં ધરાવતું ઇલેક્ટ્રૉડાઇનૉમોમિટરનું રૂપાંતરિત (modified) રૂપ છે. ભારત અને અન્ય ઘણા દેશોમાં સામાન્ય રીતે પ્રત્યાવર્તી વીજપ્રવાહ (alternating current, a.c.) રૂપે વિદ્યુતના પુરવઠાને પ્રમાણિત કરવામાં આવ્યો છે. આમાં વિદ્યુતનું વહન પાઇપમાં વહેતા પાણીની માફક સ્થિર ન રહેતાં તે દ્રુત અનુક્રમણ (rapid succession) રૂપે એકબીજાને અનુસરતાં સાઇનવક્રીય (sinusoidal) તરંગોનો બનેલો હોય છે; દા. ત., કોઈ લાંબી દોરીના એક છેડાને કોઈ સ્થિર પદાર્થને બાંધી દઈ બીજા છેડાને ઉપરનીચે ગતિ આપવાથી ઉદ્ભવતા તરંગો.

વિદ્યુતશક્તિ (electric power) – એ વોલ્ટેજ અને વીજપ્રવાહના ગુણાકારના અનુપાતમાં હોય છે. આ બંનેને તેમના પોતાના સાઇનવક્રીય તરંગો વડે દર્શાવી શકાય છે. જો આ બંને તરંગો સંપૂર્ણ રીતે એકબીજાને સંપાતી હોય તો પરિપથનો વીજપ્રવાહ સંપૂર્ણપણે ઉપયોગી કાર્ય કરે છે એમ કહી શકાય. આને આભાસી શક્તિ (apparent power) કહે છે. જો બે તરંગો સોપાનબાહ્ય (પ્રાવસ્થા બાહ્ય, out of step) હોય તો તારમાં વહેતા વીજપ્રવાહનો અમુક ભાગ જ ઉપયોગી રીતે વપરાય છે. આને ખરેખરી શક્તિ (true power) કહે છે. ખરેખરી શક્તિ અને આભાસી શક્તિના ગુણોત્તરને વિદ્યુત-પ્રમાણ અથવા ‘પાવર-ફૅક્ટર’ (power factor, pf) કહે છે.

(rms = root mean square)

વૉટમિટર સરેરાશ પાવર દર્શાવે છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રૉડાઇનૅમોમિટર અથવા લોહ-વલિત્ર (iron-vane) સાધનો rms વોલ્ટેજ અને વીજપ્રવાહ દર્શાવે છે. સાઇનવક્રીય વોલ્ટેજ અને વીજપ્રવાહ હેઠળના સ્થિર-અવસ્થા(steady state)વાળા એ.સી. પરિપથ માટે, pf = cos θ હોય છે, જ્યાં θ એ વોલ્ટેજ અને વીજપ્રવાહ વચ્ચેનો પ્રાવસ્થાકોણ (phase angle) છે; દા. ત., જો એક વજન Wને ક્ષિતિજની (સમક્ષિતિજ, horizontal) દિશામાં ખસેડવું હોય તો તેના પર બળ પ્રયુક્ત કરવાની બે શક્ય રીતો છે. (આકૃતિ 1)

(1) ક્ષૈતિજ દિશામાં (F₁)

(2) ક્ષૈતિજ દિશા સાથે કોઈ ખૂણો બનાવતી હોય તેવી અન્ય દિશામાં (F₂)

એ સામાન્ય અનુભવ છે કે બીજા કિસ્સામાં થોડું વધારે બળ વાપરવું પડે છે, કારણ કે બીજા કિસ્સામાં જરૂરી બળ એ બે ઘટકોનો સમન્વય છે. તેમાં ક્ષૈતિજ દિશામાં લાગતા ઘટક ઉપરાંત લંબ દિશામાં પણ એક ઘટક લાગે છે. આ બે પૈકી ફક્ત ક્ષૈતિજ ઘટક જ વજનને ઇચ્છિત દિશામાં ખસેડે છે. વૈદ્યુતિક દૃષ્ટિએ F₂ અને F₁ વચ્ચેના કોણના કોસાઇન(કોટિજ્યા, cosine)ને પાવર-ફૅક્ટર કહે છે.

આદર્શ દૃષ્ટિએ pfનું મૂલ્ય એક (1) (unit) હોવું જોઈએ. એટલે કે ઉત્પાદિત થયેલ બધી શક્તિ ઉપયોગી રીતે વપરાઈ છે એમ કહી શકાય; પણ વપરાશી છેડે આવેલાં રેફ્રિજરેટર, મોટર-પંપ, ટ્યૂબલાઇટ, પંખા જેવાં સાધનોમાંના પ્રેરણીય વીજબોજ(inductive load)ને કારણે વીજપ્રવાહ-તરંગ વોલ્ટેજ-તરંગથી પાછળ રહી જાય છે અને આથી pf એક (1) કરતાં ઓછો જોવા મળે છે. આને પશ્ર્ચગામી (lagging) પાવર-ફૅક્ટર કહે છે. આવો પાવર ઘણો નીચો હોય તો તે પ્રણાલીઓ માટે મુશ્કેલીઓ ઊભી કરે છે; દા. ત., જો વિદ્યુત-પ્રમાણ (pf) 0.8 હોય તો તેનો અર્થ એ થાય કે નિવેશી શક્તિનો 0.8મો અથવા 80 % હિસ્સો જ ઉપયોગી કાર્ય કરે છે. આના અવલોકન માટે pf મીટરને ગ્રાહકના પરિસરમાં મૂકવામાં આવે છે. pf નિયત મર્યાદાથી ઓછો હોય તો તેને માટે દંડ (penalty) કરવામાં આવે છે. યોગ્ય જગાએ ધારિત્ર (capacitor) સમૂહો લગાવવાથી pf સુધારી શકાય છે.

હાલ બે પ્રકારના pf-મીટરો પ્રાપ્ય છે : (1) ઇલેક્ટ્રૉડાઇનેમિક pf મિટર : તે ડાઇનૅમોમિટરના સિદ્ધાંત ઉપર કાર્ય કરે છે. આકૃતિ 2માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે, સાધનમાં એક સ્થિર (stationary) કુંડલી હોય છે જે એકસરખું ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવા માટે બે સરખા વિભાગ F₁ અને F₂માં વહેંચાયેલી હોય છે. કુંડલીઓ પુરવઠા-પ્રવાહ (supply current) Iને લઈ જાય છે, ગતિમય (moving) કુંડલી C₁ ને C₂ અને F₁ અને F₂માં વિકસિત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે. આ કુંડલીઓ સામાન્ય શાફ્ટદર્શક(shaft-pointer)ને ચુસ્તપણે જોડાયેલી હોય છે. કુંડલી C₁ને પુરવઠા વોલ્ટેજ સાથે શ્રેણીમય (series) અવરોધ R1 સાથે જોડાયેલી હોય છે. કુંડલી C₂ એ શ્રેણી પ્રેરણ (series inductance) L ધરાવે છે. R અને Lનાં મૂલ્યો એવી રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે કે C₁ અને C₂ના ઍમ્પિયર-આંટા (amp-turns) સરખા રહે.

જો વીજબોજ  pf એક (1) હોય એટલે કે પુરવઠા-પ્રવાહ પુરવઠા વોલ્ટેજ સાથે એક પ્રાવસ્થા(phase)માં હોય તો વીજપ્રવાહ એ I₁ સાથે પ્રાવસ્થામાં હોય છે, પણ I₂ એ 90° પાછળ હોય છે. આથી કુંડલીઓ F₁ અને F₂ની સમાન ચુંબકીય અક્ષ સાથે હારમાં ગોઠવવાનો પ્રયત્ન કરે છે. તે જ પ્રમાણે pfનાં અન્ય મૂલ્યો માટે પણ આવી જ ગતિ (movement) ઉત્પન્ન થાય છે. દર્શક વીજબોજ pfનું સાચું મૂલ્ય દર્શાવે છે.

થ્રી ફેઝ (three phase) વીજબોજ ઉપરના ઉપયોગ માટે સાધનને C₁ અને C₂ એકબીજાથી 120°ના ખૂણે હોય તે પ્રમાણે રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. (આકૃતિ 2ઇ) સાધનને આવૃત્તિ અને તરંગસ્વરૂપમાંના ફેરફારની અસર થતી નથી.

(2) ચલિત (moving) લોહપંખ (iron-vane) pf-મિટર : આમાં ત્રણ સ્થાયી (fixed) કુંડલી R, Y અને B એકબીજાથી 120°ના ખૂણે મૂકવામાં આવેલી હોય છે. (આકૃતિ 3 અ) તેઓ તુલ્યકાલિકીય (synchronously) પરિભ્રમિત (rotating) ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરશે. આ ત્રણ કુંડલીઓનાં કેન્દ્ર આગળ એક સ્થાયી કુંડલી મૂકવામાં આવે છે અને તે લાઇન વોલ્ટેજમાંના ઉચ્ચ અવરોધ R સાથે શ્રેણી(series)માં જોડાયેલી હોય છે. આ કુંડલી લોખંડના પંખ (vanes) V₁ અને V₂ વાળો લોખંડનો નળાકાર C અને દર્શક ધરાવે છે. તે જ ત્રાક (spindle) મંદકારક (damping) પંખો અને દર્શક ધરાવે છે. પણ તેમાં નિયંત્રક સ્પ્રિન્ગો હોતી નથી.

કુંડલી B વડે ઉત્પન્ન થતો અભિવાહ (flux) ત્રણ કુંડલીઓ દ્વારા ઉદભવતા અભિવાહો સાથે પારસ્પરિક ક્રિયા કરે છે અને વીજબોજના pf-કોણ પ્રમાણે સ્થાન લે છે.

આવાં pf મીટરો પ્રમાણમાં વધુ વપરાય છે, કારણ કે રચનાની દૃષ્ટિએ તે ટકાઉ (robust) અને સસ્તાં હોય છે. આવા મીટરનો માપક્રમ 360 અંશ સુધીનો હોય છે અને તેનાં હલનચલન કરતાં ભાગો સાથે વિદ્યુતીય જોડાણ હોતું નથી.

પદ્મકાન્ત ચીમનલાલ તલાટી, કપિલ ગજાનન જાની, અનુ. જ. દા. તલાટી