เครื่องวัดความเร็วรอบไฟฟ้า

นิยามและประเภทของเทียบความเร็ว

นิยาม

เทียบความเร็วเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดความเร็วรอบหรือความเร็วมุมของเครื่องจักรที่เชื่อมต่ออยู่ หลักการการทำงานของเทียบความเร็วนี้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและเพลาของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เมื่อเพลาหมุน การเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (EMF) ในวงจรป้อนที่วางไว้ภายในสนามแม่เหล็กคงที่ของแม่เหล็กถาวร ขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำขึ้นอยู่โดยตรงกับความเร็วรอบของเพลา ทำให้สามารถวัดความเร็วของเครื่องจักรได้

ประเภทของเทียบความเร็ว

เทียบความเร็วสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: เครื่องกลและไฟฟ้า

• เทียบความเร็วแบบเครื่องกล: ชนิดนี้วัดความเร็วรอบของเพลาในหน่วยรอบต่อนาที (RPM) ให้การบ่งชี้ทางกลโดยตรงของความเร็วรอบ มักผ่านลิงค์ทางกลและเข็มบนมาตรวัดที่สอบเทียบแล้ว

• เทียบความเร็วแบบไฟฟ้า: เทียบความเร็วแบบไฟฟ้าแปลงความเร็วมุมเป็นแรงดันไฟฟ้า เทียบกับเทียบความเร็วแบบเครื่องกล เทียบความเร็วแบบไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการ เช่น ความแม่นยำสูงกว่า การรวมระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ได้ง่าย และสามารถส่งข้อมูลความเร็วไปยังระยะทางไกลได้ ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดความเร็วรอบของเพลา ขึ้นอยู่กับลักษณะของแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ เทียบความเร็วแบบไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองย่อย:

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC ประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญหลายอย่าง: แม่เหล็กถาวร อาร์เมเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ แปรง สต็อกเกอร์ตัวแปร และโวลต์มิเตอร์วงจรเคลื่อนที่ เพื่อวัดความเร็วของเครื่องจักร จะเชื่อมต่อเพลาของเครื่องจักรกับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

หลักการการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อคอนดักเตอร์วงจรป้อนเคลื่อนที่ภายในสนามแม่เหล็ก จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (EMF) ในคอนดักเตอร์ ขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับสองปัจจัย: ปริมาณฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมโยงกับคอนดักเตอร์และความเร็วรอบของเพลา เมื่อเพลาหมุน อาร์เมเจอร์ภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC จะเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร สร้าง EMF ที่สัดส่วนกับความเร็วรอบของเพลา แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า DC โดยคอมมิวเตเตอร์และแปรง ซึ่งสามารถวัดได้โดยโวลต์มิเตอร์วงจรเคลื่อนที่หรือทำการประมวลผลต่อไปโดยวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการใช้งานต่างๆ

การทำงานและการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC อาร์เมเจอร์หมุนภายในสนามแม่เหล็กคงที่ของแม่เหล็กถาวร เมื่ออาร์เมเจอร์หมุน กระบวนการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้น เหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (emf) ในวงจรป้อนที่พันรอบอาร์เมเจอร์ สำคัญคือ ขนาดของ emf ที่เหนี่ยวนำนี้สัดส่วนกับความเร็วรอบของเพลาที่อาร์เมเจอร์เชื่อมต่อ; ยิ่งเพลาหมุนเร็ว แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำก็จะมากขึ้น

คอมมิวเตเตอร์ร่วมกับแปรงมีบทบาทสำคัญในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แปลงกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ที่เกิดขึ้นในวงจรป้อนอาร์เมเจอร์เป็นกระแสไฟฟ้าตรง (DC) การแปลงนี้เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากช่วยให้การวัดสัญญาณไฟฟ้าได้ง่ายและสม่ำเสมอมากขึ้น โวลต์มิเตอร์วงจรเคลื่อนที่จะถูกนำมาใช้เพื่อวัด emf ที่เหนี่ยวนำ ให้ผลลัพธ์ที่สามารถวัดได้และสอดคล้องกับความเร็วรอบของเพลา

สิ่งที่สำคัญคือ ขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำมีข้อมูลสำคัญ กำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของเพลา ตัวอย่างเช่น ขั้วบวกอาจแสดงถึงการหมุนตามเข็มนาฬิกา ในขณะที่ขั้วลบอาจหมายถึงการหมุนทวนเข็มนาฬิกา เพื่อปกป้องโวลต์มิเตอร์และรับรองการวัดที่ถูกต้อง ตัวต้านทานจะถูกต่ออนุกรมกับโวลต์มิเตอร์ ตัวต้านทานนี้จำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าที่อาจสูงเกินไปที่เกิดขึ้นจากอาร์เมเจอร์ ป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์วัดและรักษาความสมบูรณ์ของการวัด

แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC สามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

ที่ E – แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น
Φ – ฟลักซ์ต่อขั้วในเวเบอร์
P- จำนวนขั้ว
N – ความเร็วในหน่วยรอบต่อนาที
Z – จำนวนคอนดักเตอร์ในวงจรป้อนอาร์เมเจอร์
a – จำนวนทางเดินขนานในวงจรป้อนอาร์เมเจอร์

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC และการแนะนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC
ข้อดีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC มีประโยชน์หลายประการ ดังนี้:

• การบ่งชี้ทิศทางการหมุนของเพลา: ขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนของทิศทางการหมุนของเพลา คุณสมบัตินี้ให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับพลศาสตร์การหมุนของเครื่องจักรที่วัด ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบและควบคุมระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

• การใช้โวลต์มิเตอร์แบบธรรมดา: โวลต์มิเตอร์แบบ DC ทั่วไปสามารถใช้วัดแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ ความง่ายในการวัดอุปกรณ์นี้ลดความซับซ้อนและค่าใช้จ่ายในการตั้งระบบวัด ทำให้เข้าถึงและใช้งานได้ง่ายสำหรับหลากหลายการใช้งาน

ข้อเสียของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC

แม้จะมีข้อดี แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC ก็มีข้อเสียบางประการที่ต้องพิจารณา:

• ความต้องการบำรุงรักษา: คอมมิวเตเตอร์และแปรง ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการแปลงกระแสไฟฟ้าสลับที่เกิดขึ้นในอาร์เมเจอร์เป็นกระแสไฟฟ้าตรง ต้องการการบำรุงรักษาเป็นประจำ ตลอดเวลา ส่วนประกอบเหล่านี้อาจประสบกับการสึกหรอจากการเสียดสีทางกลและอาร์คไฟฟ้า ทำให้ประสิทธิภาพลดลงและอาจเกิดความผิดพลาดหากไม่ได้รับการบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม

• ปัญหาเรื่องความต้านทานขาออกและขาเข้า: ความต้านทานขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC มักจะสูงกว่าความต้านทานขาเข้า ในสถานการณ์ที่กระแสไฟฟ้าสูงถูกเหนี่ยวนำในคอนดักเตอร์อาร์เมเจอร์ อาจทำให้สนามแม่เหล็กคงที่ของแม่เหล็กถาวรบิดเบี้ยว ความบิดเบี้ยวนี้อาจทำให้การวัด emf ที่เหนี่ยวนำไม่แม่นยำ และทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดความเร็วรอบของเพลา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC

การพึ่งพาคอมมิวเตเตอร์และแปรงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว DC ทำให้เกิดข้อจำกัดหลายประการ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC ถูกพัฒนาขึ้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC มีอาร์เมเจอร์ที่คงที่และสนามแม่เหล็กที่หมุน ดีไซน์นี้ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้คอมมิวเตเตอร์และแปรง จึงสามารถแก้ไขปัญหาการบำรุงรักษาและการทำงานที่เกี่ยวข้องกับเทียบความเร็ว DC ได้

เมื่อสนามแม่เหล็กที่หมุนสัมผัสกับวงจรป้อนที่คงที่ของสเตเตอร์ จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (EMF) ทั้งขนาดและความถี่ของ EMF ที่เหนี่ยวนำมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วของเพลา ความสัมพันธ์นี้ทำให้สามารถวัดความเร็วมุมได้โดยการวิเคราะห์ขนาดหรือความถี่ของสัญญาณไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ

วงจรต่อไปนี้ถูกใช้เพื่อวัดความเร็วของโรเตอร์โดยเน้นที่ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ แรกเริ่ม แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำจะถูกแปลงจากกระแสไฟฟ้าสลับเป็นกระแสไฟฟ้าตรง จากนั้น แรงดันไฟฟ้าที่ถูกแปลงจะผ่านตัวกรองคาปาซิเตอร์ ซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ถูกแปลงมีความราบรื่นและวัดได้แม่นยำมากขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วรอบของเพลา

โรเตอร์แบบถ้วยลากของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC
เทียบความเร็ว AC แบบถ้วยลากแสดงในรูปด้านล่าง

• โครงสร้างและคุณลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC
  สเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบความเร็ว AC ติดตั้งด้วยสองวงจรป้อนที่แตกต่างกัน: วงจรป้อนอ้างอิงและวงจรป้อนแนวตั้งฉาก วงจรป้อนเหล่านี้ตั้งอยู่ที่มุม 90 องศาต่อกัน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อการทำงานที่แม่นยำ โรเตอร์ของเทียบความเร็วทำจากถ้วยอลูมิเนียมบางและตั้งอยู่ภายในโครงสร้างสนามแม่เหล็ก
  โรเตอร์ที่สร้างจากวัสดุที่มีความเหนี่ยวนำสูงมีแรงเฉื่อยต่ำ ทำให้ตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็วรอบ ไฟฟ้าจะถูกป้อนเข้าไปในวงจรป้อนอ้างอิง ในขณะที่สัญญาณขาออกจะถูกดึงจากวงจรป้อนแนวตั้งฉาก เมื่อโรเตอร์หมุนภายในสนามแม่เหล็ก จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในวงจรป้อน (วงจรป้อนแนวตั้งฉาก) ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำนี้สัดส่วนกับความเร็วรอบของโรเตอร์ สร้างกลไกที่เชื่อถือได้ในการวัดความเร็วมุม
  ข้อดี
  แรงดันไฟฟ้าขาออกไม่มีริบบิ้น: เทียบความเร็ว AC แบบถ้วยลากเป็นที่รู้จักว่าสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ไม่มีริบบิ้น แรงดันไฟฟ้าขาออกที่ราบรื่นนี้ทำให้การวัดความเร็วมีความแม่นยำและสม่ำเสมอ ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการการวัดความเร็วที่แม่นยำ
  ราคาถูก: ข้อดีอีกประการคือมีราคาถูก ทำให้เทียบความเร็ว AC แบบถ้วยลากเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานหลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการความประหยัดโดยไม่ต้องเสียคุณสมบัติพื้นฐาน
  ข้อเสีย
  อย่างไรก็ตาม เทียบความเร็ว AC แบบถ้วยลากมีข้อจำกัดสำคัญ เมื่อโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วสูง ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาออกและความเร็วขาเข้าจะไม่เป็นเชิงเส้น ความไม่เป็นเชิงเส้นนี้อาจทำให้เกิดความไม่แม่นยำในการวัดความเร็ว หากไม่ได้คำนึงถึงอย่างเหมาะสม อาจจำกัดการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานการณ์ที่ต้องการความเร็วสูงและความแม่นยำสูงในการวัดความเร็วรอบ