Kuinka sähkömoottorit toimivat

Sähkömoottorit ovat sähkökoneita, jotka muuttavat sähkön mekaaniseksi energiaksi (vääntömomentiksi). Ne tuottavat voimaa kuljettaakseen mekaanista laitetta, usein niiden kokoon verrattuna pitkiä matkoja. Niitä käytetään monissa sovelluksissa teollisuuskoneista päivittäisiin kodinkoneisiin, ja ne ovat keskeinen osa monissa autoissa. Niitä voidaan käyttää myös käänteisesti generaattoreina energian talteen ottamiseksi, joka muuten menettäisi kitkan ja lämmön vuoksi.

Sähkömoottorit

Johdinkäämien läpi kulkeva sähkövirta luo magneettikenttiä, jotka houkuttelevat ja hylkivät toisiaan, luoden tarvittavan voiman moottorin pyörittämiseksi. Virta kulkee moottorin kahden olennaisen osan läpi: kenttäkäämin ja ankkurikäämin. Kenttäkäämit muodostavat kiinteän magneettikentän, kun taas ankkurikäämit on kytketty siihen niin, että virta voi jatkuvasti pyörittää akselia. Ankkurin käämit voidaan luokitella sen mukaan, miten kenttä- ja ankkurikäämit kytketään, ja valittavana on useita liitäntätyyppejä jännitteen, toiminnan ja sovelluksen mukaan.

Useimmat sähkömoottorit käyttävät joko tasavirtaa (DC) tai vaihtovirtaa (AC). DC-moottoreissa on kestomagneetti, joka tuottaa magneettikentän. AC-moottoreissa on ferromagneettinen ydin, joka sisältää napoja, jotka syntyvät pyörittämällä käämiä. Napat luodaan kohdistamalla vaihtovirta ankkurikäämiin tietyllä kuviolla, joka pyörii akselin mukana. Sydämen navoissa on ulokkeita, joita kutsutaan pohjoiseksi ja eteläksi, ja kun käämit pyörivät akselin mukana, ne tuottavat kullekin napalle eri magneettikentän vaiheita. Tämä pyörivä magneettikenttä saa roottorin kehittämään oman pyörimismomenttinsa.

sähkömoottorit toimivat

Tärkeä osa sähkömoottoria on kommutaattori, joka on pyörivä sähkökytkin, joka syöttää roottoriin virtaa. Se koostuu useista metallisista kosketinsegmenteistä ankkurissa, ja sähkökoskettimet, joita kutsutaan “harjoiksi”, on valmistettu pehmeästä johtavasta materiaalista, kuten hiilestä, painetaan jokaista vasten. Kun kommutaattori pyörii, se kääntää ajoittain virran kulkua roottorin käämeissä ja syöttää roottoriin uusia magneettinapoja puolen kierroksen välein.

Staattori sisältää johdinkeloja, jotka on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen. Kun virta kulkee näiden kelojen läpi, ne synnyttävät magneettikentän. Roottori, joka on usein valmistettu sarjasta magneetteja, sijoitetaan staattorin magneettikenttään. Kun staattorin magneettikenttä on vuorovaikutuksessa roottorin magneettikentän kanssa, syntyy voima, joka saa roottorin pyörimään.

Kommutaattorilla varustetuissa moottoreissa, kuten DC-moottoreissa, kommutaattori muuttaa ajoittain roottorin käämien läpi kulkevan virran suuntaa. Tämä virran suunnan vaihto varmistaa roottorin jatkuvan pyörimisen.

Sitä vastoin AC-moottorit, kuten oikosulkumoottorit, toimivat sähkömagneettisen induktion periaatteella. Vaihtovirta staattorissa luo muuttuvan magneettikentän, joka indusoi roottoriin virtoja, mikä saa aikaan pyörimisliikkeen.

Sähkömoottoreille on laaja käyttökohde eri toimialoilla kodinkoneista teollisuuskoneisiin ja kuljetusjärjestelmiin. Niiden tehokkuus, luotettavuus ja hallittavuus tekevät niistä korvaamattomia nykyaikaisessa tekniikassa, ja ne edistävät merkittävästi jokapäiväistä elämäämme ja erilaisia teknologisia edistysaskeleita.

Jotta roottori pyörii, se on kohdistettava staattorin kenttänapojen kanssa. Roottorin navat syntyvät sen ankkurikäämien läpi kulkevasta virrasta, jotka myös jännittyvät peräkkäin. Kun jokainen käämi saa jännitteen, se lähettää magneettivuonsa lähimpänä olevien roottorin napojen läpi. Tämä kohdistus luo vääntömomentin ja pitää roottorin pyörimässä.