Johdanto
Sähkökoneet ovat vastuussa sähköenergian muuttamisesta mekaaniseksi energiaksi. Se on tärkeä laite elektroniikka- ja konepajateollisuudessa, sillä sillä on keskeinen rooli monien elektronisten laitteiden, työkalujen ja koneiden rakentamisessa. Tämä artikkeli toimii aloittelijan oppaana sähkökoneiden maailmaan, sillä se tarkastelee erilaisia sähkökoneiden tyyppejä, sovelluksia ja paljon muuta.
Mitä ovat sähkömoottorit?
Sähkökoneet ovat laitteita, jotka muuntavat sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi, yleensä elektromagneettista periaatetta käyttäen. Useimmat sähkökoneet toimivat moottorin magneettikentän ja johdossa kierrettyjen sähkövirtojen vuorovaikutuksen kautta, jotta syntyy voimaa vääntömomentin muodossa, joka toimitetaan moottorin akselille.
Sähkökoneita voidaan käyttää tasavirtalähteillä (DC), kuten tasasuuntaajilla tai akkuilla, tai vaihtovirtalähteillä (AC), kuten sähkögeneraattoreilla, sähköverkoilla tai muuntajilla. Sähkökoneet voidaan luokitella niiden virtalähteen tyypin, rakenteen, sovelluksen ja liikeulostulon tyypin mukaan.
Sähkökoneiden avainkomponentit
Sähkökoneessa on erilaisia osia, mutta avainkomponentit ovat:
- Sähkökoneen laakerit: Roottori pyörii akselinsa ympäri moottorin kotelon laakereiden tuen ansiosta. Roottori pyörii akselinsa ympäri moottorin kotelon laakereiden tuen ansiosta.
- Sähkökoneen roottori: Roottori on moottorin osa, joka liikkuu ja tuottaa mekaanista energiaa. Se pitää periaatteessa johteita, jotka kuljettavat virtaa, ja staattorin magneettikenttä kohdistaa voiman akselin pyörittämiseksi.
Kuitenkin, muissa roottoreissa on pysyviä magneetteja, ja staattori pitää johtimet. Pysyvät magneetit tarjoavat korkean tehokkuuden laajemmalla tehoalueella ja työnopeudella.
Ilmaero rotorin ja staattorin välillä mahdollistaa sen pyörimisen. Erojen hengitys vaikuttaa merkittävästi moottorin sähköisiin ominaisuuksiin. Se tehdään yleensä mahdollisimman pieneksi, sillä suuri ero voi johtaa heikkoon suorituskykyyn. Sähkökoneet toimivat alhaisella tehofaktorilla pääasiassa suunnittelunsa vuoksi.
- Sähkökoneen staattori:Statori ympäröi roottoria ja sisältää kenttämagnetit. Nämä magneetit voivat olla joko sähkömagneetteja, jotka koostuvat kierretyistä johdoista rautaisesta ferromagneettisesta ytimestä tai pysyvistä magneeteista. Ne tuottavat magneettikentän, joka kulkee roottorin käämin läpi ja vaikuttaa siihen. Statorin rautaydin koostuu useista ohuista metallilevyistä, joissa on eristys, joita kutsutaan laminaateiksi. Laminaatit vähentävät energiahävikkiä, joka tapahtuu, jos käytetään kiinteää ydintä.
- Sähkökoneen armatuuri: Armatuur on valmistettu kierretystä langasta ferromagneettisella ytimellä. Kun sähkövirta kulkee langan läpi, se luo magneettikentän, joka vaikuttaa Lorentzin voimalla lankaan, mikä saa roottorin pyörimään ja tuottamaan mekaanista tehoa. Lankakeloja kääritään laminoidun rautaytimen ympärille magneettisten napojen luomiseksi, kun niitä syötetään virralla.
- Sähkökoneen kommutointi: Komutatori on pyörivä kytkin, joka säännöllisesti kääntää virran kulkua roottorin käämityksessä akselin pyöriessä, toimittaen vaihtelevaa tai tasavirtaa roottorille. Se koostuu sylinteristä, joka on valmistettu useista metallikontaktiosista armatuurissa. Sähkökontakteja, joita kutsutaan harjaksiksi, käytetään sähkövirran siirtämiseen roottorille. Nämä harjakset on valmistettu pehmeästä johtavasta materiaalista, kuten hiilestä, joka puristuu komutatoriin. Kun roottori pyörii, harjakset luovat liukukontakteja jokaisen peräkkäisen komutatoriosan kanssa, toimittaen virtaa roottorille. Lisäksi roottorin käämitykset on kytketty komutatoriosiin.
Sähkökoneiden tyypit
Sähkökoneita on useita erilaisia tyyppejä, ja ne eroavat toisistaan johtimien ja kentän järjestelyn sekä mekaanisten tuotosten, väännön, nopeuden ja sijainnin hallinnan osalta. Joitakin tärkeimpiä sähkökoneiden tyyppejä käsitellään alla.
- DC-moottorit
DC-moottori on mikä tahansa pyörivä kone, joka muuntaa sähköenergiaa tasavirrasta (DC) mekaaniseksi energiaksi. DC-moottoreita käytettiin yleisesti, koska niitä voidaan käyttää tasavirran valaistusjärjestelmistä. DC-moottorin nopeutta voidaan säätää laajalla alueella joko muuttamalla jännitettä tai muuttamalla virran voimakkuutta sen kenttäkäämissä.
Pieniä tasavirtamoottoreita käytetään laitteissa, kuten työkaluissa ja leluissa, kun taas suuria käytetään hissien ja nostureiden vetämiseen, sähköajoneuvoihin ja teräksen rullamyllyjen käyttövoimaan.
- AC Moottorit
AC-moottori on sähkömoottori, joka toimii vaihtovirralla. Siinä on ulkoinen staattori, jossa on keloja, jotka luovat magneettikentän. Sisäinen roottori on kiinnitetty akseliin luodakseen toisen pyörivän magneettikentän.
On olemassa kaksi päätyyppiä AC-moottoreita: synkroniset ja induktiomoottorit. Induktiomoottori tai asynkroninen moottori perustuu täysin pieneen nopeuseroon roottorin akselin nopeuden ja staattorin pyörivän magneettikentän välillä, jota kutsutaan liukumiseksi, mikä johtaa roottorin AC-käämin virtaan.
- 12V Moottorit
12V DC-moottori on edullinen ja pieni, mutta tarpeeksi voimakas käytettäväksi monissa sovelluksissa. 12V DC-moottorit ovat yleensä harjattomia ja voivat toimia ilman harjoja sähkövirran siirtämiseen. 12V DC-moottorin ainutlaatuinen ominaisuus on sen käyttöjännite.
- Askelmoottorit
Askelmoottori, jota kutsutaan myös askelmoottoriksi, on sähkömekaaninen laite, joka muuntaa sähköpulssit tarkkoiksi mekaanisiksi liikkeiksi. Harjaton tasavirta moottori jakaa täydellisen kierroksen useisiin vastaaviin askeliin. Se on luonteenomaista, että se muuntaa sarjan syöttöpulsseja neliöaaltoina tarkasti määritellyiksi lisäyksiksi akselin pyörimisposition suhteen.
Askelmoottori koostuu hammastetuista sähkömagneeteista, jotka ympäröivät keskellä olevaa roottoria, joka on hammasrattaan muotoinen rautapala. Mikro-ohjain tai ulkoinen ohjauspiiri syöttää virtaa sähkömagneeteille.
- Teollisuusmoottorit
Teolliset sähkömoottorit muuntavat sähköenergiaa mekaaniseksi voimaksi, tuottaen pyörivää tai lineaarista voimaa. Vaikka tasavirta (DC) syöttää joitakin teollisia moottoreita, ne saavat usein virran vaihtovirrasta (AC), kuten sähköverkoista tai generaattoreista.
Teollisen moottorin komponentteihin kuuluvat roottori, staattori, käämi, ilmarako ja kommutointi. Muita moottorityyppejä, joista sinun tulee tietää, ovat yksivaiheiset moottorit, servomoottorit, 3-vaiheiset moottorit, 2HP sähkömoottorit, 1HP sähkömoottorit ja harjattomat moottorit.
Sähkökoneiden sovellukset
Sähkökoneita käytetään pääasiassa erilaisissa sovelluksissa, kuten tuulettimissa ja työstökoneissa, pumpuissa, generaattoreissa, sähkötyökaluissa, siirtolaitteissa, kompressoreissa, turbiineissa, rullamyllyissä, aluksissa ja paperitehtaissa.
Sähkökone on tärkeä erilaisissa sovelluksissa, kuten korkean jännitteen AC-lämmityksessä, jäähdytys- ja ilmanvaihtolaitteissa, moottoriajoneuvoissa ja kodinkoneissa.
Standardisoidut moottorit tarjoavat sopivaa mekaanista energiaa teolliseen käyttöön. Sovelluksia ovat työstökoneet, sähkötyökalut, teollisuusfanit, puhaltimet ja pumput, kodinkoneet, ajoneuvot ja levysoittimet.
Pieniä moottoreita käytetään yleisesti sähköisissä kelloissa, kun taas regeneratiivista jarrutusta käytetään usein vetomoottoreissa. Sähkökoneita käytetään regeneratiivisessa jarrutuksessa vetomoottoreissa käänteisesti generaattoreina, jotka palauttavat energiaa, joka muuten voisi hävitä kitkan ja lämmön vuoksi.