Sähkömoottoreiden perusteet
Sähkömoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Useimmat sähkömoottorit kehittävät mekaanista vääntömomenttia toisiinsa nähden suorassa kulmassa kuljettavien johtimien ja magneettikentän vuorovaikutuksessa. Tärkeimmät sähkömoottorityypit eroavat toisistaan johtimien ja kentän sijoittelutapojen sekä mekaanisen lähtömomentin, nopeuden ja sijainnin ohjauksessa.
Tavallisessa sähkömoottorissa on kaksi mekaanista osaa, kiinteä staattori ja liikkuva roottori. Siinä on myös kaksi sähkökomponenttia, magneettisarja ja ankkuri, jotka on kytketty muodostamaan piiri yksivaiheisella virtalähteellä.
Ankkuri on valmistettu lankakäämeistä, jotka on kierretty laminoidun, magneettisesti “pehmeän” ferromagneettisen ytimen ympärille. Kun virta kulkee näiden kelojen läpi, ne muodostavat roottoriin napoja, jotka ovat vuorovaikutuksessa staattorin kiinteiden magneettikenttien kanssa. Näiden kahden kentän välinen voima saa roottorin pyörimään jatkuvasti. Kommutaattori kytkee virran käämiin siten, että jokainen roottorivirran puolijakso sisältää yhden positiivisen ja yhden negatiivisen virran. Tämä johtaa tässä kuvassa näkyvään vaihtuvaan magneettikentän kuvioon.
perusteet
Sähkömoottori on suunniteltu antamaan nimellisvääntömomenttinsa laajalla nopeus- ja kuormitusalueella. On kuitenkin tärkeää huomata, että jatkuvan akselin maksimivääntömomenttia rajoittavat aina magneettisydämen kyky kyllästyä, turvallinen käyttölämpötilan nousu sekä jännite, napaparien lukumäärä ja herätetaajuus. Sitä rajoittaa myös konetyypille sallittu suurin aktiivinen virta, koska suurempi aktiivinen virta johtaa suurempaan magneettisydänvuon tiheyteen ja vähentää tehokkuutta.
Joissakin tapauksissa moottori saattaa joutua antamaan lyhyitä vääntömomentteja, kuten kiihdyttääkseen sähköajoneuvon levosta. Näissä tapauksissa moottori on optimoitava tiettyä käyttötarkoitusta varten. Ilmaraon mitat, ytimen materiaali ja taustaraudan syvyys, käämitysraot ja sydämen magneettivuon tiheys vaikuttavat sen kykyyn välittää nämä vääntömomenttipurkaukset kestomagneettikokoonpanoa kyllästymättä tai vahingoittamatta.
Sähkömoottorit ovat välttämättömiä laitteita, jotka muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi ja ohjaavat erilaisia päivittäin kohtaamiamme koneita ja järjestelmiä. Sähkömoottorien perusperiaatteet ovat sähkömagneettinen vuorovaikutus ja pyörivä liike.
Sähkömoottorit koostuvat ytimessä kiinteästä osasta, joka tunnetaan nimellä staattori, ja pyörivästä osasta, roottorista. Staattorissa on lankakeloja, jotka synnyttävät magneettikentän, kun virta kulkee niiden läpi. Tämä magneettikenttä on vuorovaikutuksessa roottorin kestomagneettien tai sähkömagneettien kanssa aiheuttaen voiman, joka käynnistää pyörimisen. Tätä pyörimistä ohjaa Flemingin vasemman käden sääntö, jossa magneettikentän suunta, virta ja tuloksena oleva liike ovat yhteydessä toisiinsa.
On olemassa erilaisia sähkömoottoreita, joista jokainen on räätälöity tiettyihin sovelluksiin. Tasavirtamoottorit (DC) luottavat jatkuvaan virtaan, kun taas vaihtovirtamoottorit (AC) muuttavat virran suuntaa ajoittain, mikä mahdollistaa tehokkaamman tehonjaon. Harjatut moottorit käyttävät fyysisiä harjoja virran siirtämiseen roottoriin, kun taas harjattomissa moottoreissa tämä tapahtuu elektronisesti, mikä vähentää kulumista ja huoltoa.
Sähkömoottoreilla on keskeinen rooli teollisuudessa, joka kattaa muun muassa valmistuksen, kuljetuksen, robotiikan ja muilla aloilla. Ne ovat tärkeitä komponentteja kaikessa kodinkoneista sähköajoneuvoihin ja tarjoavat tehokkuutta, luotettavuutta ja tarkkuutta sähköenergian muuntamisessa hyödylliseksi mekaaniseksi työksi.
Sen lisäksi, että sähkömoottorit ovat tehokkaita ja vähän hukkalämpöä tuottavia koneita, niillä on monia muita etuja. Ne vaativat esimerkiksi vähemmän huoltoa ja ovat hiljaisempia kuin kaasumoottorit. Ne voivat toimia myös suljetuissa tiloissa, koska ne eivät tuota pakokaasuja. Lopuksi niitä voidaan käyttää päinvastoin generaattoreina energian talteen ottamiseksi, joka muuten häviäisi kitkana ja lämmön muodossa. Tämä ominaisuus tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, kuten sähköajoneuvojen regeneratiiviseen jarrutukseen.
