Toimialatietoa

Mikä on sähkömoottori?

Sähkömoottori on sähköenergiaa liike-energiaksi muuttava laite. Sähkömoottorin toiminta perustuu sähköisiin magneetteihin, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois. Sähkömoottori sisältää kaksi perusosaa, akselin mukana pyörivän roottorin ja paikallaan pysyvän staattorin. Sähköinen magneettikenttä voidaan saada aikaan staattorissa tai roottorissa. Vastaparina voidaan käyttää toista sähkömagneettia tai kestomagneettia.

Sähkömoottorin mitoituksen perusteena on jatkuvan käytön nimellismomentti. Hetkellisesti sähkömoottori kestää nimellismomenttia suurempaa kuormitusta. Rajoittavia tekijöitä ovat moottorin maksimimomentti ja lämmönsietokyky. Tähän puolestaan vaikuttaa se, miten sähkömoottori on jäähdytetty. Ilmajäähdytys on yksinkertainen, mutta ei toimi pienillä kierrosnopeuksilla niin tehokkaasti kuin nestejäähdytys.

Yleisimmät sähkömoottorityypit

Tasavirtamoottori toimii nimensä mukaisesti tasavirralla. Tasavirtamoottoreissa muuttuva sähkökenttä roottorissa saadaan aikaan vaihtamalla magneettien napaisuutta kommutaattorin eli sähkövirran suunnankääntäjän avulla. Tasavirtamoottoreita on sekä harjallisia että harjattomia.

Harjallisissa tasavirtamoottoreissa napaisuuden vaihto tapahtuu mekaanisesti kommutaattorin harjojen avulla. Harjat ovat kuluvia osia, mikä lisää moottorin huoltotarvetta. Kommutaattorin harjat valmistetaan yleensä hiilestä tai metallista. Hiiliharjoja käytettäessä moottorin sisään syntyy hiilipölyä, mikä pitää saada puhallettua pois, jotta moottori ei tukkeudu.

Harjattomissa tasavirtamoottoreissa roottori on kestomagnetoitu ja kommutaattori toimii sähköisesti, minkä ansiosta kuluminen ja huoltotarve on vähäistä. Moottorista tulee kuitenkin monimutkaisempi, koska harjaton DC-moottori tarvitsee ohjauselektroniikan, joka tuntee muun muassa roottorin asennon tarkasti.

Tahtimoottori eli synkronimoottori on vaihtovirralla toimiva sähkömoottori, joka pyörii täsmälleen vaihtovirran taajuuden ja koneen napaluvun määräämässä tahdissa. Tahtimoottoreiden hyötysuhde on yleensä muutaman prosentin parempi kuin induktiomoottoreiden, mikä tarkoittaa myös pienempiä lämpöhäviöitä. Tahtimoottoreita kutsutaan myös vierasmagnetoiduiksi moottoreiksi, koska roottori magnetoidaan johtamalla magnetointivirta erillisestä piiristä suoraan roottorin käämitykselle.

Vierasmagnetoituja tahtimoottoreita käytetään silloin, kun tarvitaan suurta tehoa ja vääntömomenttia.

Kestomagneettitahtimoottorin roottorissa on kestomagneetit, jotka magnetoivat koneen. Magneetit voidaan asentaa joko roottorin pintaan liimaamalla tai upottamalla ne roottorilaminoinnin sisään. Kestomagneettimoottoreiden hyötysuhde on yleensä parempi kuin induktiomoottoreiden, sillä niiden roottorissa ei tapahdu juuri lainkaan häviöitä. Kestomagneettimoottorin vääntömomentti säilyy hyvänä myös mentäessä pienille pyörimisnopeuksille, eikä sen yhteyteen ei välttämättä tarvita alennusvaihteistoa. Suurissa nopeuksissa kestomagneettimoottoreiden käyttöä rajoittaa magneettien roottorissa kiinni pysyminen.

Teollisuuden yleisin sähkömoottori on asynkroni-oikosulkumoottori

Teollisuudessa yleisin sähkömoottori on vaihtovirralla toimiva oikosulkumoottori, joka muodostaa staattoriin roottorin ympärillä pyörivän magneettikentän. Kenttä aiheuttaa induktiolla roottorin käämeihin virran, jolloin magnetoitunut roottori pyrkii seuraamaan staattorin pyörivää magneettivuota ja saa aikaan roottorin pyörimisliikkeen. Induktion hyödyntämisen takia oikosulkumoottoria kutsutaan myös induktiomoottoriksi. Nimitys oikosulkumoottori puolestaan tulee siitä, että roottorin navat ovat oikosuljettuja keskenään. Oikosulkumoottorissa syntyy energiahäviöitä, koska roottorin magnetointivirta otetaan pyörimisliikkeestä ja se pyörii hieman jäljessä vaihtovirran synnyttämään magneettikentän pyörimisnopeuteen verrattuna. Tämän vuoksi oikosulkumoottoria kutsutaan myös epätahtimoottoriksi.

Lähde: Motiva