گشتاور مغناطیسی مقاومتی

گشتاور خودداری، که به آن گشتاور ترازنش هم می‌گویند، پدیده‌ای است که اجسام فرومغناطیسی زمانی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند تجربه می‌کنند. این گشتاور باعث می‌شود جسم فرومغناطیسی با جهت میدان مغناطیسی خارجی تراز شود. وقتی که به یک جسم فرومغناطیسی معرض یک میدان مغناطیسی خارجی است، این جسم یک میدان مغناطیسی داخلی تولید می‌کند. برهمکنش بین این میدان مغناطیسی القایی داخلی و میدان مغناطیسی خارجی منجر به گشتاور خودداری می‌شود که جسم را مجبور می‌کند تا خود را تا حد مطلوب با خطوط میدان مغناطیسی خارجی تراز کند. این ترازش زمانی رخ می‌دهد که سیستم به دنبال کمینه کردن خودداری مغناطیسی است که اندازه‌گیری مقاومت در برابر ایجاد جریان مغناطیسی درون جسم است.

گشتاور از برهمکنش بین دو میدان مغناطیسی ناشی می‌شود که باعث می‌شود جسم حول محوری که با جهت میدان مغناطیسی همسو است چرخانده شود. این گشتاور بر روی جسم عمل می‌کند و آن را مجبور می‌کند تا خود را به گونه‌ای تغییر دهد که خودداری مغناطیسی را کمینه کند و بدین ترتیب مسیر مطلوب‌ترین جریان مغناطیسی را فراهم کند.

این گشتاور به عنوان گشتاور برجستگی نیز شناخته می‌شود، زیرا تولید آن مستقیماً به ویژگی‌های برجستگی ماشین نسبت داده می‌شود. برجستگی به نامتقارن بودن هندسی و مغناطیسی درون ماشین اشاره دارد که تغییرات در خودداری مغناطیسی را ایجاد می‌کند و تولید این گشتاور را موجب می‌شود.

موتورهای خودداری اساساً بر گشتاور خودداری برای عملکرد خود متکی هستند. عملکرد موتور به تعامل مداوم و دوباره تراز کردن میدان‌های مغناطیسی، که توسط این گشتاور ممکن می‌شود، بستگی دارد تا حرکت چرخشی ایجاد شود. مقدار گشتاور خودداری می‌تواند با استفاده از یک فرمول خاص محاسبه شود که پارامترهای مختلفی مانند قدرت میدان‌های مغناطیسی، هندسه ماشین و ویژگی‌های ماده را در نظر می‌گیرد و اندازه‌گیری کمّی مهمی را برای طراحی، تحلیل و بهینه‌سازی موتورهای الکتریکی مبتنی بر خودداری فراهم می‌کند.

در زمینه محاسبات گشتاور خودداری، از نمادهای زیر استفاده می‌شود:

• Trel مقدار میانگین گشتاور خودداری را نشان می‌دهد.

• V ولتاژ اعمال شده را نشان می‌دهد که نقش حیاتی در تحریک موتور و تأثیرگذاری بر برهمکنش‌های میدان مغناطیسی دارد.

• f فرکانس خط را نشان می‌دهد که نرخ تغییرات میدان‌های مغناطیسی را تعیین می‌کند و بنابراین روی فرآیند تولید گشتاور تأثیر می‌گذارد.

• δrel زاویه گشتاور است که به درجه الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. این زاویه اختلاف فاز بین میدان‌های مغناطیسی استاتور و روتور را نشان می‌دهد و عامل کلیدی در محاسبه مقدار گشتاور خودداری است.

• K ثابت موتور است که پارامتری خاص موتور است که ویژگی‌های مرتبط با طراحی مانند هندسه مدار مغناطیسی و ویژگی‌های ماده را دربرمی‌گیرد.

گشتاور خودداری عمده در موتورهای خودداری تولید می‌شود. اصل اساسی تولید آن در این موتورها در تغییر خودداری مغناطیسی نهفته است. با حرکت روتور در میدان مغناطیسی استاتور، تغییرات در طول فاصله هوایی و هندسه مسیر مغناطیسی منجر به نوسانات در خودداری می‌شود. این تغییرات به نوبه خود گشتاور خودداری را تولید می‌کنند که چرخش موتور را موجب می‌شود.

حد پایداری موتورهای خودداری نسبت به زاویه گشتاور معمولاً از +δ/4 تا -δ/4 متغیر است. عملکرد در این محدوده زاویه‌ای مطمئن می‌کند که موتور عملکرد پایداری داشته باشد و مشکلاتی مانند توقف یا رفتار نامنظم را از بین ببرد.

از نظر ساختار، استاتور یک موتور خودداری شباهت زیادی به استاتور یک موتور القایی یک‌فازی دارد و دارای پیچه‌هایی است که برای ایجاد یک میدان مغناطیسی چرخان طراحی شده‌اند. روتور از سوی دیگر معمولاً از نوع دارای قفس است. این طراحی روتور ساده اما مؤثر، در ترکیب با ویژگی‌های مغناطیسی منحصر به فرد استاتور، امکان تولید و استفاده موثر از گشتاور خودداری را فراهم می‌کند و موتورهای خودداری را برای انواع کاربردهایی که اقتصادی بودن و عملکرد قابل اعتماد نیازهای کلیدی هستند مناسب می‌سازد.