Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Mis on mootori põhimõte?
- Kuidas vahelduvvoolu mootor töötab?
- Kui palju on mootoritüüpe?
- Kas mõni vahelduvvoolu mootor võib olla muutuva kiirusega?
Nikola Tesla leiutas vahelduvvoolumootorid ehk vahelduvvoolumootorid 19. sajandi lõpus. Vahelduvvoolu mootorid erinevad alalisvoolu või alalisvoolu mootoritest vahelduvvoolu kasutamisel, mis muudab suunda. Vahelduvvoolumootorid muudavad elektrienergia mehaaniliseks energiaks. Vahelduvvoolumootoreid kasutatakse tänapäeval endiselt laialdaselt ja võite neid leida oma kodu seadmetest ja vidinatest.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Vahelduvvoolu mootorid või vahelduvvoolumootorid leiutas Nikola Tesla 19. sajandil. Vahelduvvoolumootori teooria hõlmab jõu ja seetõttu liikumise loomiseks vooludega elektromagnetide kasutamist.
Mis on mootori põhimõte?
Mootori lihtsaim põhimõte on kasutada vooludega elektromagneteid, et tekitada jõudu millegi liigutamiseks - teisisõnu, elektrienergia muundamiseks pöörlemiseks mehaaniliseks energiaks. Mootorid seatakse sisse pesatud rõngastega elektromagnetidega, magnetide polaarsus vaheldub rõngastes põhjast lõunasse. Rootorimagnetid liiguvad, samas kui staatorimagnetid mitte. Nende elektromagnetide põhja-lõuna polaarsus peab pidevalt pöörduma.
Kuidas vahelduvvoolu mootor töötab?
Enne Tesla leiutisi oli mootori peamiseks tüübiks alalisvoolumootorid. Vahelduvvoolu mootor töötab vahelduvvoolu abil staatori mähistele, mis tekitavad pöörleva magnetvälja. Kuna magnetväli pöörleb sel viisil, ei vaja vahelduvvoolumootor rootori rakendamiseks jõudu ega mehaanilist abi. Rootor pöörleb magnetvälja kaudu ja tekitab pöördemomendi mootori veovõllile. Pöörlemiskiirus varieerub sõltuvalt staatori magnetiliste pooluste arvust. Seda kiirust nimetatakse sünkroonkiiruseks. Vahelduvvoolu induktsioonimootorid töötavad rootori voolu võimaldamiseks aga viivituse või libisemisega.
Erinevatel vahelduvvoolu mootoritel on erinev pooluste arv ja seetõttu erinevad kiirused üksteisega võrreldes. Vahelduvvoolumootori kiirus ei ole iseenesest muutuv, vaid pigem konstantne. See on vastupidine paljudele alalisvoolumootoritele. Vahelduvvoolumootorid ei vaja alalisvoolumootoritele vajalikke harju (toitekontakte) ega kommutaatoreid.
Tesla leiutised muutsid mootorite maastikku tunduvalt, võimaldades tõhusamaid ja töökindlamaid seadmeid. Need vahelduvvoolumootorid panid pöörde tööstussektorisse ja sillutasid teed kasutamiseks paljudes 21. sajandil kasutatavates seadmetes, nagu kohviveskid, dušifännid, kliimaseadmed ja külmikud.
Kui palju on mootoritüüpe?
On olemas mitut tüüpi vahelduvvoolumootoreid, mis töötavad sama põhimõtte järgi. Paljud neist mootoritest on vahelduvpingemootorite variatsioonid, ehkki hilisem püsimagnetiga vahelduvvoolumootor ehk PMAC töötab pisut teistmoodi.
Kõige tavalisem vahelduvvoolu mootor on väga mitmekülgne kolmefaasiline induktsioonimootor. See mitmefaasiline mootor töötab pigem hilinemisega kui sünkroonkiirusel. Seda kiiruse erinevust nimetatakse mootori libisemiseks. Rootoris voolavad indutseeritud voolud põhjustavad selle libisemise, mis tõmbab selle alguses suure voolu. Libisemise tõttu peetakse neid mootoreid asünkroonseteks. Kolmefaasilised induktsioonimootorid on suure võimsuse ja efektiivsusega, suure käivitusmomendiga. Sellised mootorid vajavad rootori liikumiseks sageli mehaanilist käivitusjõudu. Kolmefaasilised induktsioonmootorid on võimsad mootorid, mida tavaliselt kasutatakse tööstuslikes seadmetes.
Orava puurmootorid on vahelduvvoolumootorid, milles rootoril asuvad alumiiniumi või vaske juhtivad vardad asuvad võlliga paralleelselt. Juhtivate kangide suurus ja kuju mõjutavad pöördemomenti ja kiirust. Nimi tuleneb seadme sarnasusest puuriga.
Haava rootori induktsioonmootor on selline vahelduvvoolumootor, mis koosneb pigem mähistega kui ka varrastega rootorist. Haava rootori induktsioonimootorid vajavad suurt käivitusmomenti. Rootoriväline vastupidavus mõjutab pöördemomendi kiirust.
Ühefaasiline induktsioonmootor on omamoodi vahelduvvoolumootor, mille käivitusmähis on põhistaatori mähisele täisnurga all lisatud. Universaalmootorid on ühefaasilised mootorid ja võivad töötada kas vahelduvvoolu või alalisvoolu kaudu. Teie kodu tolmuimeja sisaldab tõenäoliselt universaalmootorit.
Kondensaatormootorid on vahelduvvoolumootorid, millega kaasneb mahtuvuse lisamine, et tekitada faasinihe mähiste vahel. Need on mugavad masinate jaoks, mis vajavad suurt käivitusmomenti, näiteks kompressorid.
Kondensaatormootorid on ühefaasilised vahelduvvoolumootorid, mis tasakaalustavad head käivitusmomenti ja töötamist. Need mootorid kasutavad kondensaatoreid, mis on ühendatud abikäivitusmähistega. Mõnedest ahjuventilaatoritest leiate kondensaatormootorid. Kondensaatori stardimootorid kasutavad käivitusmähisega kondensaatorit, mis võib tekitada suurima käivitusmomendi. Mõlemad seda tüüpi mootorid vajavad lisaks lülitile kahte kondensaatorit, nii et nende osad tõstavad selliste mootorite hinda. Lüliti äravõtmise korral töötab saadud püsikondensaatori mootor väiksemate kuludega, kuid kasutab ka väiksemat käivitusmomenti. Seda tüüpi vahelduvvoolumootorid, kuigi nende kasutamine on kallimad, sobivad hästi ka suure pöördemomendiga vajaduste jaoks, näiteks õhukompressorid ja vaakumpumbad.
Jagatud faasimootorid on vahelduvvoolumootorid, mis kasutavad väikese läbimõõduga käivitusmähist ja erinevat takistussuhet reageerimise suhtes. See annab faasierinevuse kitsaste juhtide kaudu. Jagatud faasimootorid annavad madalama käivitusmomendi kui teised kondensaatorimootorid ja kõrge käivitusvoolu. Seetõttu kasutatakse jagatud faasimootoreid tavaliselt väikestes ventilaatorites, väikestes veskites või elektritööriistades. Jagatud faasimootorite hobujõud võivad ulatuda kuni 1/3 hj.
Varjutatud poolusega mootorid on odava hinnaga ühefaasilised ühefaasilised sisselaskega vahelduvvoolumootorid. Varjutatud poolusega mootorid sõltuvad vasest valmistatud varjutusmähise varjutamata ja varjutatud osade vahelisest magnetvoogust. Neid saab kõige paremini kasutada väikeste ühekordselt kasutatavate mootoritena, mis ei vaja pikka tööaega ega suurt pöördemomenti.
Sünkroonmootoreid nimetatakse nii, kuna nende tekitatavad magnetpoolused pöörlevad rootori poole sünkroonkiirusel. Pooluste paaride arv määrab sünkroonmootori kiiruse. Sünkroonmootorite alamtüüpideks on kolmefaasilised ja ühe sünkroonmootorid.
Hüstereesimootorid on terasest silindrid, millel pole mähiseid ega hambaid. Nendel mootoritel on püsiv pöördemoment ja need töötavad sujuvalt, seetõttu kasutatakse neid sageli kellade valmistamisel.
Enamik vahelduvvoolu mootoreid kasutab elektromagneteid, kuna need erinevalt püsimagnetitest ei nõrgene. Uuemad tehnoloogiad on aga muutnud püsimagnetitega vahelduvvoolumootorid elujõuliseks ja teatud tingimustes isegi eelistatavamaks. Püsimagnetitega vahelduvvoolu mootoreid või PMAC-sid kasutatakse täpse pöördemomendi ja pöörlemiskiiruse jaoks vajalike rakenduste korral. Need on usaldusväärsed ja populaarsed mootorid, mida tänapäeval kasutatakse. Magnetid paigaldatakse rootorile kas selle pinnale või selle lamineerimistesse. PMAC-des kasutatavad magnetid on valmistatud haruldastest muldmetallidest. Nad tekitavad rohkem voogu kui induktsioonmagnetid. PMAC-id on sünkroonsed masinad, mis töötavad suure tõhususega ja toimivad sõltumata sellest, kas pöördemomendi vajadused on muutuvad või püsivad. PMAC-id töötavad jahedamatel temperatuuridel kui teised vahelduvvoolumootorid. See aitab vähendada mootori osade kulumist. Nende kõrge efektiivsuse tõttu tarbivad PMAC-id vähem energiat. Selle efektiivse mootori pikaajaline töö kompenseerib lõppkokkuvõttes suuremad kulud.
Kas mõni vahelduvvoolu mootor võib olla muutuva kiirusega?
Alalisvoolumootorite üheks vaatamisväärsuseks on asjaolu, et nende kiirust saab muuta. Vahelduvvoolumootorid ei kipu tavaliselt muutuva kiirusega töötama. Nad sõidavad konstantsel kiirusel olenemata koormusest. See on kasulik täpse kiiruse säilitamiseks. Teatud rakendused tagavad siiski muutuva kiiruse. Katsed vahelduvvoolumootorite kiirust muuta võivad põhjustada nende kahjustusi või ülekuumenemist. Siiski on võimalusi nende probleemide lahendamiseks ja muutuva kiirusega vahelduvvoolumootori valmistamiseks. Mehaanilisi lahendusi vahelduvvoolumootorite kiiruse muutmiseks on olemas. Mõnes seadmes saab seda teha rihmarataste abil, näiteks treipingi abil. Veel üks mehaaniline lahendus on tungraua kasutamine.
Paljud tänapäeva masinad töötavad endiselt Nikola Tesla originaalse vahelduvvoolu induktsioonimootori põhimõtete alusel. Need mootorid on kohanemisvõime ja vastupidavuse tõttu ajaproovile vastu pidanud. Insenerid soovivad mootoreid efektiivsemaks muuta, vähem kulumist ja soojust tekitades, pakkudes keskkonnale madalamaid kulusid ja madalamat jalga.