Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Mikä on moottorin periaate?
- Kuinka vaihtovirtamoottori toimii?
- Kuinka monta tyyppiä moottoreita on?
- Voiko jokin vaihtovirtamoottori olla muuttuvan nopeuden?
Nikola Tesla keksi vaihtovirtamoottorit tai vaihtovirtamoottorit 1800-luvun lopulla. Vaihtovirtamoottorit eroavat tasavirta- tai tasavirtamoottoreista vaihtovirralla, joka muuttaa suuntaa. Vaihtomoottorit muuntavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Vaihtovirtamoottoreita käytetään edelleen paljon nyky-elämässä, ja saatat löytää niitä kodin laitteista ja välineistä.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Nikola Tesla keksi vaihtovirta- tai vaihtovirtamoottorit 1800-luvulla. Vaihtosuuntaisen moottorin teoria sisältää sähkömagneettien käytön virroilla voiman ja siten liikkeen aikaansaamiseksi.
Mikä on moottorin periaate?
Moottorin yksinkertaisin periaate on käyttää sähkömagneetteja, joissa on virta, luoda voimaa liikkua jotain - toisin sanoen muuntaa sähköenergia pyörivään mekaaniseen energiaan. Moottorit on asetettu sisämaisiin renkaisiin sijoitetuilla sähkömagneeteilla, joissa magneettien polaarisuus vaihtelee renkaissa pohjoisesta etelään. Roottorimagneetit liikkuvat, kun staattorimagneetit eivät. Näiden sähkömagneettien pohjois-etelä-napaisuuden on käännettävä jatkuvasti.
Kuinka vaihtovirtamoottori toimii?
Ennen Teslan keksintöjä tasavirtamoottorit olivat johtava moottorityyppi. Vaihtovirtamoottori toimii vaihtamalla vaihtovirta staattorikäämiin, jotka tuottavat pyörivän magneettikentän. Koska magneettikenttä pyörii tällä tavalla, vaihtovirtamoottori ei tarvitse virtaa tai mekaanista apua roottoriin kohdistamiseksi. Roottori pyörii magneettikentän kautta ja luo vääntömomentin moottorin vetoakselille. Pyörimisnopeus vaihtelee staattorissa olevien magneettinauvojen lukumäärän perusteella. Tätä nopeutta kutsutaan synkroniseksi nopeudeksi. Vaihtovirta-induktiomoottorit toimivat kuitenkin viiveellä tai liukumisella roottorin virran virtauksen sallimiseksi.
Eri vaihtovirtamoottoreilla on erilainen napojen lukumäärä ja siten vaihtelevat nopeudet toisiinsa verrattuna. Vaihtovirtamoottorin nopeus ei kuitenkaan ole itse muuttuva, vaan pikemminkin vakio. Tämä on toisin kuin monet tasavirtamoottorit. AC-moottorit eivät vaadi DC-moottorien tarvitsemia harjoja (virtakoskettimia) tai kommutaattoreita.
Teslan keksinnöt muuttivat huomattavasti moottorimaisemaa mahdollistaen tehokkaampien ja luotettavien laitteiden käytön. Nämä vaihtovirtamoottorit mullistivat teollisuuden ja valmistivat tietä monille 2000-luvulla käytetyille laitteille, kuten kahvimyllyille, suihkupuhaltimille, ilmastointilaitteille ja jääkaapeille.
Kuinka monta tyyppiä moottoreita on?
Useita AC-moottoreita on olemassa ja ne toimivat saman perusperiaatteen mukaisesti. Monet näistä moottoreista ovat variaatio induktion vaihtovirtamoottoreita, vaikka uudempi pysyvämagneettinen vaihtovirtamoottori eli PMAC toimii hiukan eri tavalla.
Yleisin vaihtovirtamoottori on erittäin monipuolinen kolmivaiheinen induktiomoottori. Tämä monivaiheinen moottori toimii viiveellä pikemminkin kuin synkronisella nopeudella. Tätä nopeuden eroa kutsutaan moottorin luisuksi. Roottorissa virtaavat indusoidut virrat aiheuttavat tämän luisun, joka vetää korkeaa virtaa alkaessaan. Liukumisen takia näitä moottoreita pidetään asynkronisina. Kolmivaiheisissa induktiomoottoreissa on suuri teho ja hyötysuhde, suuret käynnistysmomentit. Tällaiset moottorit tarvitsevat usein mekaanisen käynnistysvoiman roottorin liikuttamiseksi. Kolmivaiheiset induktiomoottorit ovat voimakkaita moottoreita, joita käytetään yleisesti teollisuuslaitteissa.
Oravakorimoottorit ovat tyyppisiä vaihtovirtamoottoreita, joissa roottorin alumiinia tai kuparia johtavat tangot sijaitsevat yhdensuuntaisesti akselin kanssa. Johtavien tankojen koko ja muoto vaikuttavat vääntömomenttiin ja nopeuteen. Nimi on johdettu laitteen muistutuksesta häkkiin.
Haavaroottorin induktiomoottori on eräänlainen vaihtovirtamoottori, joka koostuu roottorista, jolla on käämit eikä tankojen sijaan. Haavaroottorin induktiomoottorit tarvitsevat suuren käynnistysmomentin. Roottorin ulkopuolinen vastus vaikuttaa vääntömomentin nopeuteen.
Yksivaiheinen induktiomoottori on eräänlainen vaihtovirtamoottori, joka on valmistettu käynnistyskäämityksellä, joka on lisätty suorassa kulmassa päästaattorin käämiin. Yleismoottorit ovat yksivaihemoottoreita ja voivat toimia joko vaihtovirta- tai tasavirtavirralla. Kodin pölynimuri sisältää todennäköisesti yleismoottorin.
Kondensaattorimoottorit ovat AC-moottorin tyyppi, johon sisältyy kapasitanssin lisääminen vaihesiirron aikaansaamiseksi käämien välillä. Ne ovat käteviä koneille, jotka vaativat suurta käynnistysmomenttia, kuten kompressoreille.
Kondensaattorikäyttömoottorit ovat tyyppiä yksivaiheisia vaihtovirtamoottoreita, jotka tasapainottavat hyvää käynnistysmomenttia ja käyntiä. Nämä moottorit käyttävät kondensaattoreita, jotka on kytketty apukäynnistyskäämiin. Joistakin uunituulettimista löydät kondensaattorikäyttöisiä moottoreita. Kondensaattorin käynnistysmoottorit käyttävät kondensaattoria, jolla on käynnistyskäämi, joka voi luoda suurimman käynnistysmomentin. Molemmat tämäntyyppiset moottorit vaativat kytkimen lisäksi kahta kondensaattoria, joten niiden osat nostavat tällaisten moottorien hintaa. Jos kytkin otetaan pois, tuloksena oleva pysyvä jaettu kondensaattorimoottori toimii alhaisemmilla kustannuksilla, mutta käyttää myös pienempää käynnistysmomenttia. Tämäntyyppiset vaihtovirtamoottorit, vaikka ne ovat kalliimpia käyttää, toimivat hyvin korkean vääntömomentin tarpeisiin, kuten ilmakompressorit ja tyhjiöpumput.
Jaetun vaiheen moottorit ovat AC-moottori, joka käyttää pienimuotoista käynnistyskäämiä ja erilaista vastuskykyä reaktanssisuhteille. Tämä tuottaa vaihe-eron kapeiden johtimien kautta. Jaetun vaiheen moottorit antavat pienemmän käynnistysmomentin kuin muut kondensaattorimoottorit ja suuren käynnistysvirran. Siksi jakovaihemoottoreita käytetään tyypillisesti pienissä tuulettimissa, pienissä hiomakoneissa tai sähkötyökaluissa. Jaetun vaiheen moottoreiden hevosvoimaa voi saavuttaa jopa 1/3 hv.
Varjostettujen napojen moottorit ovat erään tyyppisiä edullisia, yksivaiheisia induktiomoduuleja, joissa on yksi käämi. Varjostettujen napojen moottorit luottavat kuparista valmistetun varjokelan varjostamattomien ja varjostettujen osien väliseen magneettiseen vuotoon. Näitä käytetään parhaiten pieninä kertakäyttöisinä moottoreina, jotka eivät vaadi pitkää käyttöaikaa tai suurta vääntömomenttia.
Synkronimoottorit ovat niin kutsuttuja, koska niiden tuottamat magneettinavat kääntävät roottoria synkronisella nopeudella. Napaparien lukumäärä määrää synkronisen moottorin nopeuden. Synkronisten moottorien alatyyppeihin kuuluvat kolmivaiheiset ja yksisynkroniset moottorit.
Hystereesimoottorit ovat terässylintereitä, joissa ei ole käämiä tai hampaita. Näillä moottoreilla on tasainen vääntömomentti ja ne toimivat sujuvasti, joten niitä käytetään usein kelloissa.
Useimmat vaihtovirtamoottorit käyttävät sähkömagneetteja, koska ne eivät heikennä, toisin kuin kestomagneetit. Uudemmat tekniikat ovat kuitenkin tehneet kestomagneettimoottorimoottoreista käyttökelpoisia ja jopa edullisempia tietyissä olosuhteissa. Pysyviä magneettiventtiilejä tai PMAC-moottoreita käytetään sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa vääntömomenttia ja nopeutta. Nämä ovat luotettavia, suosittuja moottoreita, joita käytetään nykyään. Magneetit asennetaan roottoriin joko sen pinnalle tai sen laminaatioihin. PMAC-laitteissa käytetyt magneetit on valmistettu harvinaisista maametallielementeistä. Ne tuottavat enemmän vuota kuin induktiomagneetit. PMAC: t ovat synkronisia koneita, jotka toimivat suurella hyötysuhteella ja toimivat riippumatta siitä, ovatko vääntömomentin tarpeet muuttuvat vai vakiona. PMAC-moottorit toimivat viileämmissä lämpötiloissa kuin muut vaihtovirtamoottorit. Tämä auttaa vähentämään moottorin osien kulumista. Suuren hyötysuhteensa takia PMAC-yhdisteet käyttävät vähemmän energiaa. Tämän tehokkaan moottorin pitkäaikainen käyttö kompensoi lopulta korkeammat käyttökustannukset.
Voiko jokin vaihtovirtamoottori olla muuttuvan nopeuden?
Yksi tasavirtamoottoreiden vetovoima on se, että niiden nopeutta voidaan muuttaa. Vaihtovirtamoottorit eivät kuitenkaan yleensä käy vaihtelevalla nopeudella. Ne ajavat vakionopeudella kuormasta riippumatta. Tämä on hyödyllistä tarkan nopeuden ylläpitämiseksi. Tietyt sovellukset takaavat kuitenkin nopeuden muutoksen. Yritykset muuttaa vaihtovirtamoottoreiden nopeutta voivat johtaa niiden vaurioitumiseen tai ylikuumenemiseen. On kuitenkin tapoja kiertää nämä kysymykset ja tehdä vaihtovirran moottori muuttuvalla nopeudella. Mekaanisia ratkaisuja vaihtovirtamoottorien nopeuden muuttamiseksi on olemassa. Tämä voidaan tehdä joissain laitteissa hihnapyörien avulla, kuten sorvilla. Toinen mekaaninen ratkaisu on käyttöakselin käyttö.
Monet nykypäivän koneista toimivat edelleen Nikola Teslan alkuperäisten AC-induktiomoottorin periaatteiden mukaisesti. Nämä moottorit ovat kestäneet aikatestauksen mukautuvuuden ja kestävyyden vuoksi. Suunnittelijat pyrkivät tekemään moottoreista tehokkaampia vähentämällä kulumista ja lämmöntuotantoa, mikä säästää ympäristöä ja alentaa kustannuksia.