Tänapäeval on võimatu ette kujutada inimtsivilisatsiooni ja kõrgtehnoloogilist ühiskonda ilma elektrita. Üks peamisi seadmeid, mis tagavad elektriseadmete töö, on mootor. See masin on leidnud kõige laiema leviku: tööstusest (ventilaatorid, purustid, kompressorid) kuni kodukasutuseni (pesumasinad, puurid jne). Mis on aga elektrimootori tööpõhimõte?
Sihtkoht
Elektrimootori tööpõhimõte ja selle peamised eesmärgid on tehnoloogiliste protsesside sooritamiseks vajaliku mehaanilise energia ülekandmine tööorganitele. Mootor ise toodab seda tänu võrgust tarbitavale elektrile. Põhimõtteliselt on elektrimootori tööpõhimõte elektrienergia muundamine mehaaniliseks energiaks. Selle poolt ühes ajaühikus tekitatud mehaanilise energia hulka nimetatakse võimsuseks.
Vaatusedmootorid
Sõltuv alt toitevõrgu omadustest saab eristada kahte peamist mootoritüüpi: alalis- ja vahelduvvoolul. Levinumad alalisvoolumasinad on jada-, sõltumatu ja segaergutusega mootorid. Vahelduvvoolumootorite näideteks on sünkroonsed ja asünkroonsed masinad. Vaatamata näilisele mitmekesisusele põhineb elektrimootori seade ja tööpõhimõte mis tahes otstarbel juhi ja voolu ja magnetvälja või püsimagneti (ferromagnetilise objekti) koosmõjul magnetväljaga.
Praegune silmus – mootori prototüüp
Põhipunkti sellises küsimuses nagu elektrimootori tööpõhimõte võib nimetada pöördemomendi ilmnemiseks. Seda nähtust saab käsitleda vooluga raami näitel, mis koosneb kahest juhist ja magnetist. Juhtidele antakse vool läbi kontaktrõngaste, mis on fikseeritud pöörleva raami teljele. Kuulsa vasaku käe reegli kohaselt mõjuvad raamile jõud, mis loovad telje ümber pöördemomendi. See pöörleb selle kogujõu mõjul vastupäeva. Teatavasti on see pöörlemismoment otseselt võrdeline magnetinduktsiooni (B), voolutugevusega (I), kaadri pindalaga (S) ning sõltub jõujoonte ja viimase telje vahelisest nurgast. Suuna muutuva hetke toimel raam aga võngub. Mida saab teha püsiva loomiseksjuhised? Siin on kaks võimalust:
- muutke raamis oleva elektrivoolu suunda ja juhtmete asukohta magneti pooluste suhtes;
- muutke välja enda suunda, samal ajal kui raam pöörleb samas suunas.
Esimest valikut kasutatakse alalisvoolumootorite puhul. Ja teine on vahelduvvoolumootori põhimõte.
Voolu suuna muutmine magneti suhtes
Selleks, et vooluga raami juhis laetud osakeste liikumissuunda muuta, on vaja seadet, mis määraks selle suuna olenev alt juhtide asukohast. Seda konstruktsiooni rakendatakse libisevate kontaktide abil, mille eesmärk on anda ahelale voolu. Kui üks rõngas asendab kaks, kui raam pöörleb pool pööret, muutub voolu suund vastupidiseks ja pöördemoment säilitab selle. Oluline on märkida, et üks rõngas on kokku pandud kahest poolest, mis on üksteisest isoleeritud.
DC masina disain
Ül altoodud näide on alalisvoolumootori tööpõhimõte. Päris masin on muidugi keerulisema konstruktsiooniga, kus armatuurimähise moodustamiseks kasutatakse kümneid raame. Selle mähise juhid asetatakse silindrilise ferromagnetilise südamiku spetsiaalsetesse soontesse. Mähiste otsad on ühendatud isoleeritud rõngastega, mis moodustavad kollektori. Mähis, kommutaator ja südamik on armatuur, mis pöörleb mootori enda korpusel olevates laagrites. Ergastusmagnetvälja tekitavad püsimagnetite poolused, mis asuvad korpuses. Mähis on ühendatud vooluvõrku ja seda saab sisse lülitada kas ankruahelast sõltumatult või järjestikku. Esimesel juhul on elektrimootoril iseseisev ergutus, teisel - järjestikune. Samuti on olemas segaergastuse konstruktsioon, kui korraga kasutatakse kahte tüüpi mähisühendust.
Sünkroonmasin
Sünkroonmootori tööpõhimõte on tekitada pöörlev magnetväli. Seejärel peate sellele väljale asetama juhid, mis on sujuv alt voolujoonelised suunas pideva vooluga. Tööstuses väga lai alt levinud sünkroonmootori tööpõhimõte põhineb ül altoodud näitel vooluga ahelaga. Magneti tekitatud pöörlemisväli moodustatakse vooluvõrku ühendatud mähiste süsteemi abil. Tavaliselt kasutatakse kolmefaasilisi mähiseid, kuid ühefaasilise vahelduvvoolumootori tööpõhimõte ei erine kolmefaasilisest, välja arvatud võib-olla faaside endi arvu poolest, mis ei ole konstruktsiooniomadusi arvestades oluline. Mähised asetatakse staatori piludesse, nihutades ümbermõõtu. Seda tehakse pöörleva magnetvälja tekitamiseks tekkinud õhupilus.
Sünkronism
Väga oluline punkt on elektrimootori sünkroonne tööül altoodud konstruktsioon. Kui magnetväli interakteerub rootorimähises oleva vooluga, moodustub mootori pöörlemisprotsess ise, mis on staatoril moodustunud magnetvälja pöörlemise suhtes sünkroonne. Sünkroonsus säilib kuni maksimaalse pöördemomendi saavutamiseni, mis on põhjustatud takistusest. Kui koormus suureneb, võib masin sünkroonist välja minna.
Asünkroonmootor
Asünkroonse elektrimootori tööpõhimõte on pöörleva magnetvälja ja suletud raamide (kontuuride) olemasolu rootoril - pöörleval osal. Magnetväli moodustatakse samamoodi nagu sünkroonmootoris - staatori soontes paiknevate mähiste abil, mis on ühendatud vahelduvpingevõrku. Rootori mähised koosnevad tosinast suletud ahelaga raamist ja neil on tavaliselt kahte tüüpi teostus: faas ja lühis. Vahelduvvoolumootori tööpõhimõte mõlemas versioonis on sama, muutub ainult disain. Oravapuuriga rootori (tuntud ka kui oravapuuri) puhul valatakse mähis sula alumiiniumiga piludesse. Faasimähise valmistamisel tuuakse iga faasi otsad välja libisevate kontaktrõngaste abil, kuna see võimaldab vooluahelasse lisada täiendavaid takisteid, mis on vajalikud mootori pöörlemissageduse reguleerimiseks.
Veojõumasin
Veomootori tööpõhimõte on sarnane alalisvoolumootori omaga. Toitevõrgust antakse vool astmelisele trafole. Edasikolmefaasiline vahelduvvool edastatakse spetsiaalsetesse veoalajaamadesse. Seal on alaldi. See muundab vahelduvvoolu alalisvooluks. Vastav alt skeemile viiakse see läbi ühe polaarsusega kontaktjuhtmetele, teine - otse rööbastele. Tuleb meeles pidada, et paljud veomehhanismid töötavad sagedusel, mis erineb väljakujunenud tööstuslikust (50 Hz). Seetõttu kasutatakse elektrimootori jaoks sagedusmuundurit, mille tööpõhimõte on sageduste teisendamine ja selle karakteristiku juhtimine.
Ülestõstetud pantograafi juures antakse pinge kambritesse, kus asuvad käivitusreostaadid ja kontaktorid. Kontrollerite abil ühendatakse reostaadid veomootoritega, mis asuvad pöördvankrite telgedel. Neist liigub vool läbi rehvide rööbastele ja naaseb seejärel veojõu alajaama, lõpetades nii elektriahela.
