ฉันจะคำนวณความเร็วเชิงมุม (RPM) ได้อย่างไร?

ปัจจัยที่กำหนดความเร็วของมอเตอร์แตกต่างกันไปตามประเภทของมอเตอร์ สำหรับมอเตอร์ AC อะซิงโครนัส ความเร็วซิงโครนัสคำนวณได้จากความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า (f) และจำนวนคู่ขั้ว (p) ผ่านสูตร ns = 120f/p ความเร็วในการทำงานจริงต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส และได้รับอิทธิพลจากโหลดอย่างมาก — เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น อัตราสลิปจะสูงขึ้น ทำให้ความเร็วลดลง; แรงดันสเตเตอร์ยังมีอิทธิพลทางอ้อม การลดแรงดันจะทำให้อัตราสลิปเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเร็วลดลง ความเร็วของมอเตอร์เซอร์โว (เช่น มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มอเตอร์ DC ไม่มีแปรงถ่าน) ถูกกำหนดโดยระบบควบคุมแบบวงปิด ซึ่งรวมถึงคำสั่งควบคุมจากคอมพิวเตอร์หลัก (ความถี่พัลส์หรือสัญญาณอนาล็อก) พารามิเตอร์ไดรเวอร์ (อัตราขยายวงความเร็ว ค่าจำกัดความเร็ว) ลักษณะโหลด (อัตราส่วนแรงบิดโหลดต่อความเฉื่อย) และความแม่นยำของระบบฟีดแบ็ก (ความละเอียดของเอ็นโคเดอร์) เป็นต้น นอกจากนี้ แรงดันบัสยังจำกัดความเร็วสูงสุด เนื่องจากแรงดันแบ็ก EMF เพิ่มขึ้นตามความเร็ว และจะถึงขีดจำกัดความเร็วเมื่อเข้าใกล้แรงดันบัส ความเร็วของมอเตอร์ DC ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเป็นหลัก เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ความเร็วจะเพิ่มขึ้น และเมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ความเร็วจะลดลง สามารถควบคุมความเร็วได้โดยใช้คอนโทรลเลอร์ PWM เพื่อปรับแรงดันอาร์เมเจอร์ นอกจากนี้ ระบบส่งกำลังกล (เช่น เกียร์ลดความเร็ว) จะเปลี่ยนความเร็วที่ส่งออกสุดท้าย อุณหภูมิแวดล้อมส่งผลต่อความต้านทานขดลวด และมีผลทางอ้อมต่อความเสถียรของความเร็ว พารามิเตอร์การออกแบบมอเตอร์ (เช่น วิธีการพันขดลวด โครงสร้างโรเตอร์) ก็ส่งผลต่อลักษณะความเร็วของมอเตอร์ มอเตอร์จะมีประสิทธิภาพสูงสุดและให้แรงบิดที่เสถียรเมื่อทำงานภายในช่วงความเร็วที่กำหนด หากทำงานนอกช่วงนี้มักจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง เกิดความร้อนสูงเกินไป หรือชิ้นส่วนสึกหรอเร็วขึ้น ดังนั้นจึงควรเลือกประเภทมอเตอร์และวิธีการควบคุมความเร็วให้เหมาะสมกับสภาพการใช้งาน

มีหลายวิธีในการตรวจสอบความเร็วของมอเตอร์ ซึ่งต้องเลือกตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำ ต้นทุน และสถานการณ์การใช้งาน ในแง่ของการวัดเครื่องมือระดับมืออาชีพ มาตรวัดความเร็วหมุนเหวี่ยงเหมาะสำหรับมอเตอร์ความเร็วปานกลางและต่ำตามหลักการของแรงเหวี่ยง ใช้งานง่าย แต่มีความแม่นยำโดยเฉลี่ย วิธีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้การหมุนของดิสก์ฟันเพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและความเร็วในการหมุนสามารถทำได้โดยการวัดความถี่และความแม่นยำสูงและช่วงการใช้งานกว้าง การวัดแบบไม่สัมผัสโฟโตอิเล็กทริกสร้างพัลส์โดยการปิดกั้นแสงผ่านแผ่นดิสก์ที่มีรูหรือแถบซึ่งมีความแม่นยำสูง แต่มีความไวต่อการรบกวนจากแสงโดยรอบ กฎเอฟเฟกต์ฮอลล์เปลี่ยนสนามแม่เหล็กโดยการหมุนดิสก์แม่เหล็กเพื่อให้แรงดันเอาต์พุตขององค์ประกอบฮอลล์เปลี่ยนไปและการตอบสนองรวดเร็วและความแม่นยำดี เครื่องวัดความเร็วแฟลชทำให้ชิ้นส่วนที่หมุนดูนิ่งผ่านแฟลชแบบซิงโครนัส ใช้งานง่าย แต่ใช้งานได้ซับซ้อนเล็กน้อย เครื่องวัดความเร็วเลเซอร์หรือการสั่นสะเทือนแบบพกพาและแม่นยำเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่หลากหลาย ในบรรดาเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปมัลติมิเตอร์สามารถวัดได้ทางอ้อม： วัดสัญญาณเซ็นเซอร์ความเร็วด้วยไฟล์ความถี่และคำนวณความเร็วรวมกับจำนวนเสามอเตอร์ วัดความถี่ EMF หลังเมื่อมอเตอร์สามเฟสปิดเครื่องและใช้สูตรเพื่อประเมินความเร็วแบบซิงโครนัส มอเตอร์ขนาดเล็กสามารถคำนวณได้โดยการสังเกตจำนวนการแกว่งตัวชี้เมื่อโรเตอร์หมุนผ่านเกียร์มิลลิแอมป์ ในสถานการณ์ยานพาหนะ มาตรวัดความเร็วรอบบนแผงหน้าปัดของรถยนต์จะแสดงความเร็วรอบเครื่องยนต์โดยตรง รถยนต์ไฟฟ้าสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ผ่านจอแสดงผลดิจิตอล หรือทดสอบแบบไม่มีโหลด (การทำงานที่ราบรื่นและไม่มีเสียงรบกวน) การทดสอบโหลด (กำลังเพียงพอ) และฟังเสียง (เสียงหึ่มที่ราบรื่น) เพื่อตรวจสอบว่าความเร็วเป็นปกติหรือไม่ ในการเลือกจริงจำเป็นต้องรวมความแม่นยำต้นทุนความสะดวกสบายในการติดตั้งและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมตัวอย่างเช่นวิธีโฟโตอิเล็กทริกไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้าและกฎหมายแม่เหล็กไฟฟ้าจำเป็นต้องติดตั้งส่วนประกอบเช่นแผ่นฟัน

RPM มีความหมายทั่วไปสองประการ ประการแรกคือ revolutions per minute (จำนวนรอบต่อนาที) ซึ่งเป็นหน่วยวัดความเร็วของวัตถุหมุน และใช้กันอย่างแพร่หลายในวงการยานยนต์ ตัววัดความเร็วบนแผงควบคุมเครื่องยนต์ก็จะแสดงค่านี้ ความเร็วรอบสูงขึ้นหมายถึงจำนวนครั้งที่เครื่องยนต์ทำงานต่อหน่วยเวลาเพิ่มมากขึ้น และกำลังส่งออกก็จะมากขึ้น แต่อาจตามมาด้วยการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นและการสึกหรอของชิ้นส่วนที่มากขึ้นได้ ผู้ขับขี่มักสังเกตค่านี้เพื่อกำหนดจังหวะการเปลี่ยนเกียร์ เพื่อให้เกิดสมดุลระหว่างกำลังส่งออกและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ประการที่สองคือชื่อย่อของ Red Hat Package Manager ซึ่งเป็นกลไกการจัดการแพคเกจซอฟต์แวร์ในระบบ Linux สามารถดำเนินการติดตั้ง ถอดถอน และอัปเกรดซอฟต์แวร์ได้ สามารถตรวจสอบการพึ่งพาอาศัยกันอัตโนมัติและบันทึกข้อมูลซอฟต์แวร์ ทำให้การบำรุงรักษาระบบสะดวกยิ่งขึ้น ในบริบทยานยนต์ ความหมายแรกเป็นที่คุ้นเคยมากกว่าในหมู่คนทั่วไป เพราะสะท้อนสถานะการทำงานของเครื่องยนต์ได้อย่างชัดเจน และมีคุณค่าอย่างมากในการอ้างอิงสำหรับการขับขี่และการประเมินสมรรถนะของรถ เช่น นักแข่งรถจะปรับกลยุทธ์การขับตามความเร็วรอบเพื่อให้มั่นใจในกำลังส่งออกที่เหมาะสมที่สุด

จำนวนขั้วของมอเตอร์ หมายถึงจำนวนขั้วแม่เหล็กที่เกิดขึ้นหลังจากมีกระแสไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ ขั้วแม่เหล็กมักปรากฏเป็นคู่ N และ S เสมอ ดังนั้นจำนวนขั้วจึงมักเป็นจำนวนคู่ เช่น 2, 4, 6, 8 เป็นต้น จำนวนคู่ขั้วแม่เหล็กเป็นครึ่งหนึ่งของจำนวนขั้ว โดยใช้สัญลักษณ์ p แทน (เช่น มอเตอร์ 4 ขั้วมีจำนวนคู่ขั้วแม่เหล็ก p=2) จำนวนขั้วส่งผลโดยตรงต่อความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ สูตรความสัมพันธ์หลักคือ ความเร็วซิงโครนัส n₀=60f/p (f คือความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า เช่น 50Hz) ความเร็วซิงโครนัสของมอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วต่างกันมีความแตกต่างชัดเจน: มอเตอร์ 2 ขั้วมีความเร็วซิงโครนัส 3000 รอบ/นาที มอเตอร์ 4 ขั้ว 1500 รอบ/นาที 6 ขั้ว 1000 รอบ/นาที 8 ขั้ว 750 รอบ/นาที ในขณะที่ความเร็วจริงของมอเตอร์อะซิงโครนัสจะต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสเล็กน้อย (สลิป 2%-5%) จากมุมมองการใช้งาน มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วน้อยจะมีความเร็วสูงแต่แรงบิดน้อย เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงและโหลดต่ำ (เช่น พัดลม เครื่องพิมพ์) ส่วนมอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วมากจะมีความเร็วต่ำแต่แรงบิดมาก เหมาะสำหรับการใช้งานที่ความเร็วต่ำและโหลดสูง (เช่น ลิฟต์ เครื่องมือไฟฟ้า) นอกจากนี้จำนวนขั้วยังส่งผลต่อการกระจายฟลักซ์แม่เหล็กและคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กผิวของมอเตอร์ สำหรับมอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วสูง เส้นทางฟลักซ์แม่เหล็กจะซับซ้อนกว่าแต่มีการกระจายสม่ำเสมอมากกว่า ฟลักซ์แม่เหล็กต่อขั้วจะน้อยกว่า จึงต้องปรับสมดุลประสิทธิภาพผ่านการปรับพารามิเตอร์ เช่น จำนวนรอบขดลวด ขนาดแกนเหล็ก เป็นต้น ในด้านสนามแม่เหล็กผิว มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วสูงจะมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กช้ากว่า กระจายสม่ำเสมอแต่ค่าสูงสุดต่ำกว่า ในขณะที่มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วต่ำจะมีลักษณะตรงกันข้าม การออกแบบจำนวนขั้วที่เหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพ แรงบิด และความเสถียรของมอเตอร์ได้

หน่วยของความเร็วแตกต่างกันไปตามสถานการณ์การใช้งาน หน่วยความเร็วพื้นฐานในระบบหน่วยสากล (SI) คือ เมตรต่อวินาที (m/s) ซึ่งมักใช้ในวงการวิชาการ เช่น ฟิสิกส์ วิศวกรรม และอื่นๆ ในวงการขนส่งประจำวัน โดยเฉพาะในกฎระเบียบการจำกัดความเร็วทางถนนของประเทศไทย หน่วยที่ใช้กันที่สุดคือ กิโลเมตรต่อชั่วโมง (km/h) เช่น ในกฎระเบียบการจราจรล่าสุดที่บังคับใช้ในพื้นที่กรุงเทพมหานคร กำหนดชัดเจนว่า ทางถนนส่วนใหญ่จำกัดความเร็วของยานพาหนะไม่เกิน 60 กิโลเมตร/ชั่วโมง และพื้นที่รอบๆ สถานที่ราชการจำกัดความเร็วไม่เกิน 50 กิโลเมตร/ชั่วโมง นอกจากนี้ ยังมีหน่วยความเร็วสำหรับวงการเฉพาะ เช่น "นอต" (knot) ที่ใช้กันทั่วไปในวงการการเดินเรือและการบิน (1 นอต เท่ากับ 1 ไมล์ทะเลต่อชั่วโมง ประมาณ 0.5144 เมตรต่อวินาที) และหน่วย "มัค" (Mach) ที่ใช้แสดงความเร็วสัมพัทธ์กับความเร็วเสียง (1 มัค ประมาณเท่ากับ 1,225 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) แต่หน่วยเหล่านี้มักใช้น้อยในระบบขนส่งทางถนนธรรมดา