Kuinka sähkömoottorit toimivat
Kuinka sähkömoottorit
Sähkömoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi magneettikenttien ja sähkövirtojen vuorovaikutuksella johdinkäämeissä. Tämä voima kohdistaa pyörivän liikkeen moottorin akseliin, joka puolestaan käyttää laitteita ja koneita. Niitä voidaan käyttää tasavirralla (DC) akuista, tasasuuntaajista tai sähköverkosta tai vaihtovirrasta (AC).
Sähkömoottorit voivat tuottaa erilaisia nopeuksia riippuen siitä, miten ne on rakennettu ja millä laitteilla ne on suunniteltu toimimaan. Niitä käytetään monilla teollisuudenaloilla, kuten maataloudessa, kuljetuksissa ja teollisuudessa. Niitä löytyy myös kodinkoneista ja laitteista, kuten pesukoneista, pölynimureista ja hiustenkuivaajasta.
Sähkömoottorissa on kaksi pääosaa – kiinteä osa, jota kutsutaan staattoriksi, ja liikkuva osa, joka tunnetaan nimellä roottori. Staattorit on varustettu kestomagneeteilla, kun taas roottori on varustettu sähkömagneeteilla, jotka voivat olla joko pysyviä tai valmistettuja lankakeloista ferromagneettisen rautasydämen ympärillä.
Roottorin käämit saavat jännitteen järjestyksessä niiden napojen magnetoimiseksi. Kunkin roottorikäämin navat on sijoitettu lähelle staattorin jännitteisiä magneetteja, jolloin virta pääsee kulkemaan kentän ja ankkurikäämien läpi. Tämä luo vääntömomentin, joka puolestaan saa roottorin pyörimään. Pyörimisvoimaa voidaan muuttaa säätämällä ankkurin ja kenttäkäämien virtaa.
Kuinka sähkömoottorit toimivat
Roottorin pyörittämiseen tarvittavan vääntömomentin luomiseksi on välttämätöntä antaa virtaa ensimmäiselle sähkömagneetille lyhyen aikaa. Tämä synnyttää magneettisen voiman, joka kohdistaa hammaspyörän hampaat ensimmäiseen sähkömagneettiin ja siirtää ne marginaalisesti seuraaviin. Tämä toistetaan jokaisen roottorin liikkeen puolikierroksen lopussa.
Tällä hetkellä tämä tapahtuu, jokaisen sähkömagneetin kenttä kääntyy – aivan kuten kääntäisi elektronien virtauksen akussa jokaisella spinillä. Tämä sallii virran kulkea ankkurikäämien läpi vastakkaisiin suuntiin ja ylläpitää niiden välistä magneettista vetovoimaa.
Roottorin synnyttämää pyörimisvoimaa voidaan muokata säätämällä virtalähteen jännitettä sekä teknologioilla, kuten taajuusmuuttajilla. DC-moottorin nopeutta voidaan säätää myös pulssinleveysmodulaatiolla.
Kommutaattori on moottorin olennainen osa. Se auttaa kääntämään roottorin läpi kulkevan virran suunnan, mikä puolestaan pysäyttää harjojen välisen kitkan ja mahdollistaa roottorin vapaan pyörimisen. Joissakin moottoreissa roottori on varustettu kestomagneeteilla ja harjat on kiinnitetty kommutaattoriin. Muissa tapauksissa kommutaattori on integroitu roottoriin eikä sitä tarvitse vaihtaa. Tämän tyyppiset moottorit tunnetaan harjattomina DC-moottoreina tai AC-oikosulkumoottoreina. Niitä käytetään sovelluksissa, jotka eivät vaadi suurta vääntömomenttia, kuten vaihtovirtalaitteissa ja kodintarvikkeissa. Ne ovat myös suosittuja sähköajoneuvoissa ja muissa sovelluksissa, jotka vaativat korkeampaa tehokkuutta.