หน่วยวัดความเร็วคืออะไร?

สูตรการคำนวณความเร็วรอบของมอเตอร์คือ n = 60f/p โดยที่ n หมายถึงความเร็วรอบ (หน่วยเป็นรอบต่อนาที) f คือความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า (หน่วยเป็นเฮิร์ตซ์) และ p คือจำนวนคู่ขั้วของสนามแม่เหล็กหมุนของมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าเป็น 50 เฮิร์ตซ์ และจำนวนคู่ขั้วเป็น 2 ความเร็วรอบของมอเตอร์จะเท่ากับ 60 × 50 ÷ 2 = 1500 รอบต่อนาที สูตรนี้ใช้หลักๆ ในการคำนวณความเร็วรอบตามทฤษฎีของมอเตอร์ซิงโครนัส สำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัส เนื่องจากมีสลิป (slip) ความเร็วรอบจริงจะต่ำกว่าค่าทฤษฎีเล็กน้อย ความเร็วรอบแปรผันตรงกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ความถี่สูงขึ้นความเร็วรอบก็เพิ่มขึ้น และแปรผกผันกับจำนวนคู่ขั้ว จำนวนคู่ขั้วมากขึ้นความเร็วรอบก็ลดลง ในการใช้งานจริง สามารถปรับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า (เช่น การใช้เครื่องแปลงความถี่) หรือเลือกมอเตอร์ที่มีจำนวนคู่ขั้วต่างกัน เพื่อปรับความเร็วรอบให้เหมาะสมกับความต้องการใช้งาน เช่น ในระบบขับเคลื่อนรถยนต์ การปรับความเร็วรอบมอเตอร์อย่างเหมาะสมจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการส่งกำลังและลดการใช้พลังงานได้

ความเร็วรอบของมอเตอร์กระแสตรงไม่ใช่ค่าคงที่ ทฤษฎีแล้วความเร็วรอบจะถูกกำหนดโดยสูตร n=(U - Iₐ*Rₐ)/(Kₑ*Φ) โดย U คือแรงดันไฟฟ้าที่ปลายอาร์เมเจอร์ Iₐ คือกระแสอาร์เมเจอร์ Rₐ คือความต้านทานวงจรอาร์เมเจอร์ Kₑ คือค่าคงที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าของมอเตอร์ (ถูกกำหนดโดยโครงสร้าง) และ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็กกระตุ้น ในการใช้งานจริง ช่วงความเร็วรอบของมอเตอร์กระแสตรงแต่ละประเภทมีความแตกต่างกัน เช่น มอเตอร์กระแสตรงขนาดเล็กรุ่น NIDEC DMN37H6HFPB มีความเร็วรอบกำหนดที่ 3800 รอบต่อนาที และสามารถทำความเร็วสูงสุดได้ถึง 4800 รอบต่อนาที ส่วนมอเตอร์กระแสตรงที่ใช้ในยานยนต์พลังงานใหม่ยุคแรกๆ โดยทั่วไปมีความเร็วรอบสูงสุดอยู่ในช่วง 5000-8000 รอบต่อนาที นอกจากนี้ ความเร็วสามารถปรับได้ด้วยวิธีการควบคุมความเร็ว ตัวอย่างเช่น การปรับแรงดันไฟฟ้าของกระดูกสามารถบรรลุการควบคุมความเร็วที่ราบรื่นแบบไม่มีขั้นตอนต่ำกว่าความเร็วที่กำหนด และการควบคุมความเร็วสนามที่อ่อนแอสามารถทำให้ความเร็วสูงกว่าค่าที่กำหนด (แต่ช่วงแคบและจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงความเร็วสูงเกินไป) ความร้อนของอุปกรณ์ การสึกหรอ ฯลฯ) ค่าที่แท้จริงของความเร็วจะได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก เช่น โหลดและความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ และจำเป็นต้องกำหนดตามสถานการณ์การใช้งานเฉพาะและวิธีการควบคุมความเร็ว

RPM ของเครื่องยนต์ (Revolutions Per Minute) หมายถึงจำนวนครั้งที่เพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์หมุนครบรอบในหนึ่งนาที ซึ่งเป็นตัวชี้วัดหลักของความเร็วในการทำงานของเครื่องยนต์ และสะท้อนสถานะการทำงานของเครื่องยนต์โดยตรง สำหรับเครื่องยนต์สี่จังหวะ จำนวนครั้งที่ทำงานจะเท่ากับความเร็วรอบหารด้วย 2 ในขณะที่เครื่องยนต์สองจังหวะจะมีความเร็วรอบเท่ากับจำนวนครั้งที่ทำงาน ความเร็วรอบไม่เพียงส่งผลต่อแรงบิดที่ส่งออกจากเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังสัมพันธ์กับความเร็วรถทางอ้อม—เมื่อเกียร์อยู่ตำแหน่งคงที่ ความเร็วรอบที่สูงขึ้นจะทำให้ความเร็วรถเพิ่มขึ้นตาม แต่อุปกรณ์เกียร์ทำให้ความเร็วรถแตกต่างกันได้ในเกียร์ต่าง ๆ แม้จะมีความเร็วรอบเท่ากัน ในการใช้งานประจำวัน ควรให้ความสำคัญกับช่วงความเร็วรอบที่เหมาะสม: เมื่อสตาร์ทเครื่องขณะเย็น ความเร็วรอบเดินเบาควรอยู่ระหว่าง 800-1200 rpm หากต่ำหรือสูงกว่านี้อาจแสดงว่าสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ผิดปกติ; ระหว่างขับขี่ควรหลีกเลี่ยงความเร็วรอบต่ำกว่า 2000 rpm เพื่อป้องกันกำลังไม่เพียงพอและการสะสมคาร์บอน; ความเร็วรอบเกิน 4000 rpm จะทำให้เวลาการเผาไหม้สั้นลง น้ำมันเชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ และสิ้นเปลืองน้ำมันมากขึ้น; ช่วง 2200-3500 rpm เป็นช่วงทำงานที่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจสูงสุดของเครื่องยนต์ ซึ่งให้ทั้งสมรรถนะและประหยัดน้ำมัน ควรพยายามขับขี่ในช่่วงนี้เป็นหลัก นอกจากนี้ เส้นสีแดงบนมาตรวัดความเร็วรอบแสดงถึงความเร็วรอบสูงสุดของเครื่องยนต์ ซึ่งบ่งชี้ระดับสมรรถนะของเครื่องยนต์ได้อย่างชัดเจน การควบคุมความเร็วรอบอย่างเหมาะสมจะช่วยยืดอายุการใช้งานเครื่องยนต์และเพิ่มประสิทธิภาพการขับขี่ทางเศรษฐกิจ

การย่อของสัญญาณความเร็วรอบเครื่องยนต์คือ RPM ซึ่งเป็นคำย่อจากภาษาอังกฤษ "Revolutions Per Minute" หมายถึงจำนวนรอบต่อนาที ในวงการยานยนต์ RPM มักใช้แสดงจำนวนรอบหมุนของเครื่องยนต์หรือชิ้นส่วนที่หมุนต่อนาที ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่สะท้อนสถานะการทำงานของเครื่องยนต์ ผู้ขับขี่สามารถดูค่าความเร็วรอบเครื่องยนต์จากตัวเลข RPM บนแผงหน้าปัด เพื่อเลือกจังหวะเปลี่ยนเกียร์ที่เหมาะสมและรักษาสมดุลระหว่างกำลังขับเคลื่อนกับประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง นอกจากนี้ ระบบ ECU ของเครื่องยนต์ยังใช้สัญญาณ RPM ในการปรับจังหวะการจุดระเบิดและเวลาการฉีดเชื้อเพลิง เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมั่นคง สัญญาณ RPM โดยทั่วไปจะถูกเก็บและส่งโดยเซ็นเซอร์ตำแหน่งเพลาข้อเหวี่ยง (หรือเซ็นเซอร์ความเร็วรอบเครื่องยนต์) ประเภทเซ็นเซอร์ที่พบทั่วไป ได้แก่ เซ็นเซอร์แบบแม่เหล็ก เซ็นเซอร์แบบแสง และเซ็นเซอร์แบบฮอลล์ ซึ่งทำงานโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือสัญญาณพัลส์จากชิ้นส่วนที่หมุน

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