แรงบิดจากความไม่เต็มใจ

แรงบิดความไม่เต็มใจ หรือที่เรียกว่าแรงบิดการจัดแนว เป็นปรากฏการณ์ที่วัตถุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกนีติกพบเมื่อถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก แรงบิดนี้ทำให้วัตถุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกนีติกจัดแนวตามทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอก เมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก วัตถุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกนีติกจะสร้างสนามแม่เหล็กภายในเป็นผลตอบสนอง การโต้ตอบระหว่างสนามแม่เหล็กภายในที่เกิดขึ้นและสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดแรงบิดความไม่เต็มใจ ทำให้วัตถุเปลี่ยนทิศทางจนกระทั่งจัดแนวอย่างเหมาะสมกับเส้นสนามแม่เหล็กภายนอก การจัดแนวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากระบบพยายามลดความไม่เต็มใจทางแม่เหล็ก ซึ่งเป็นการวัดความต้านทานในการสร้างฟลักซ์แม่เหล็กภายในวัตถุ

แรงบิดเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กสองสนาม ทำให้วัตถุหมุนรอบแกนที่จัดแนวตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก แรงบิดนี้กระทำต่อวัตถุ ทำให้มันเปลี่ยนตำแหน่งในรูปแบบที่ลดความไม่เต็มใจทางแม่เหล็ก ทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กไหลได้อย่างราบรื่นที่สุด

แรงบิดนี้ยังเรียกว่าแรงบิดความเด่นชัด เนื่องจากการสร้างขึ้นโดยตรงจากคุณสมบัติความเด่นชัดของเครื่องจักร ความเด่นชัดหมายถึงความไม่สมมาตรทางเรขาคณิตและแม่เหล็กภายในเครื่องจักร สร้างความแปรผันในความไม่เต็มใจทางแม่เหล็กที่ขับเคลื่อนการสร้างแรงบิดนี้

มอเตอร์ความไม่เต็มใจพึ่งพาแรงบิดความไม่เต็มใจอย่างหลักในการทำงาน ความสามารถในการทำงานของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับการโต้ตอบและการจัดแนวใหม่ของสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง โดยใช้แรงบิดนี้เพื่อสร้างการเคลื่อนที่แบบหมุน ขนาดของแรงบิดความไม่เต็มใจสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรเฉพาะ ซึ่งพิจารณาพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ทรงเรขาคณิตของเครื่องจักร และคุณสมบัติของวัสดุ ให้ค่าเชิงปริมาณที่สำคัญสำหรับการออกแบบ การวิเคราะห์ และการปรับแต่งมอเตอร์ไฟฟ้าที่พึ่งพาแรงบิดความไม่เต็มใจ

ในบริบทของการคำนวณแรงบิดความไม่เต็มใจ สัญลักษณ์ต่อไปนี้ถูกใช้:

• Trel แทนค่าเฉลี่ยของแรงบิดความไม่เต็มใจ

• V หมายถึงแรงดันที่ใช้ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการให้พลังงานกับมอเตอร์และมีผลต่อการโต้ตอบของสนามแม่เหล็ก

• f หมายถึงความถี่ของสายไฟ กำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและมีผลต่อกระบวนการสร้างแรงบิด

• δrel คือมุมแรงบิด วัดเป็นองศาไฟฟ้า มุมนี้แสดงถึงความแตกต่างของเฟสระหว่างสนามแม่เหล็กสเตเตอร์และโรเตอร์ และเป็นปัจจัยสำคัญในการคำนวณขนาดของแรงบิดความไม่เต็มใจ

• K คือค่าคงที่ของมอเตอร์ พารามิเตอร์เฉพาะของมอเตอร์ที่รวมคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ เช่น ทรงเรขาคณิตของวงจรแม่เหล็กและคุณสมบัติของวัสดุ

แรงบิดความไม่เต็มใจส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในมอเตอร์ความไม่เต็มใจ หลักการพื้นฐานในการสร้างแรงบิดนี้ในมอเตอร์เหล่านี้อยู่บนความแปรผันของความไม่เต็มใจทางแม่เหล็ก เมื่อโรเตอร์เคลื่อนที่ภายในสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ การเปลี่ยนแปลงความยาวช่องว่างอากาศและความเรขาคณิตของเส้นทางแม่เหล็กทำให้เกิดความแปรผันในความไม่เต็มใจ ความแปรผันเหล่านี้ทำให้เกิดแรงบิดความไม่เต็มใจ ซึ่งขับเคลื่อนการหมุนของมอเตอร์

ขีดจำกัดความเสถียรของมอเตอร์ความไม่เต็มใจ ในความสัมพันธ์กับมุมแรงบิด มักอยู่ระหว่าง +δ/4 ถึง -δ/4 การทำงานภายในช่วงมุมนี้ทำให้มอเตอร์สามารถทำงานอย่างมั่นคง หลีกเลี่ยงปัญหาเช่น การหยุดนิ่งหรือพฤติกรรมที่ไม่สม่ำเสมอ

ในแง่ของการสร้าง สเตเตอร์ของมอเตอร์ความไม่เต็มใจคล้ายคลึงกับมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียว มีขดลวดที่ออกแบบมาเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่หมุน ขณะที่โรเตอร์มักเป็นประเภทกระรอก การออกแบบโรเตอร์ที่ง่ายแต่มีประสิทธิภาพนี้ ร่วมกับคุณสมบัติแม่เหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ของสเตเตอร์ ทำให้สามารถสร้างและใช้แรงบิดความไม่เต็มใจได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มอเตอร์ความไม่เต็มใจเหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้งานหลากหลายที่ต้องการความคุ้มค่าและการทำงานที่เชื่อถือได้