Alalisvoolumootor

Allikas: Vikipeedia
Alalisvoolumootor
Püsimagnetergutusega alalisvoolumootori ristlõige
Harjadega alalisvoolumootor tekitab pöördemomendi alalisvoolu toiteallikast saadava energiaga kasutades vaheldamiseks mehaanilist kommutaatorit ja püsimagnetite poolt tekistatud staatori magnetvälja. Moment tekib Lorentzi jõu tõttu. Kuna sellise lihtne ühefaasilise rootoriga kahepooluselise mootori kommutaatoril on ainult kaks lamelli siis väli vaheldub iga poolpöörde ehk 180 kraadi järel.

Alalisvoolumootor (ka alalisvoolumasin) on elektrimootor, mis töötab alalisvooluga.

Harjadega ehk kommutaatoriga alalisvoolumasin on kommutaatormasina alaliik mis on ettenähtud tööks alalisvooluga. Sarnase ehituse ja tööpõhimõttega on ka vahelduvvoolu kommutaatormasinad mida kasutatakse laialdaselt elektrilistes tööriistades (mikserid, trellid jms). Mõned kommutaatormootorid võivad töötada mõlema vooluliigiga ja neid nimetatakse universaal-kommutaatormootoriteks.

Liigitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alalisvoolumootoreid liigitatakse vastavalt ergutusviisile:

  • Püsimagnetergutusega
  • Elektrilise ergutusega

Alalisvoolumasinate matemaatilised alused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alalisvoolumasina (alalisvoolumootori) ankrumähise ja ergutusmähise (väljamähise) skeem.

Vastavalt Oomi seadusele kehtib ankruahela pingete kohta diferentsiaalvõrrand:

L_A \frac{\mathrm d i_A(t)}{\mathrm dt} = -R_A\ i_A(t) - U_\mathrm{ind} + U_A \qquad \text{(1)}

Kui eeldame, et vool ei muutu (on konstantne või hoitakse konstantsena), siis \tfrac{\mathrm di_A(t)}{\mathrm dt} = 0, saame

0 = -R_A \cdot i_A - U_\mathrm{ind} + U_A \quad \text{mis on} \quad U_A = R_A \cdot i_A + U_\mathrm{ind}

Tulenevalt magnetilisest induktsioonist saame:

 U_A = R_A \cdot i_A + k_2\cdot \phi \cdot 2 \pi n  \qquad \text{(1a)}

Konstantse pinge U_A ja ankruahela väikese takistuse R_A korral kui indutseeritav pinge (vastuelektromotoorjõud) U_\mathrm{ind} on väiksem kui U_A võime lihtsustatult väita et konstantse pöördemomendi korral on pöörlemiskiirus n võrdeline ankrupingega.

Vahemikus  -U_\mathrm{nimi} < U_A < U_\mathrm{nimi} on seega pöörlemiskiirus n juhitav ankrupingega. Praktikas pole vool konstantne vaid sõltub mehaanilisest koormusest (vt. mehaanikaosa diferentsiaalvõrrand 4). Kuna nii mootor kui ka toiteallikas on piiratud võimsusega siis tuleb voolu piirata väliste reguleerimisahelatega.

Magnetvälja nõrgendusala[muuda | redigeeri lähteteksti]

Juhul kui  U_A = U_\mathrm{nimi} ja  n= n_\mathrm{nimi} siis on mootor oma nimi tööpunktis. Tööpunktist ülespoole (suurema kiiruse suunas) on konstantse (maksimaalsel võimalikul väärtusel piiratud) ankrupinge U_A korral võimalik kiirust suurendada üksnes magnetvoo \phi\, nõrgendamisega.

Nõrgema magnetvälja korral on ka maksimaalne võimalik pöördemoment väiksem.

Vastavalt Lorentz'i jõule  M = k_1 \cdot \phi \cdot I_A on pöördemoment võrdeline \phi\,'ga ja järelikult väiksem.

L_E \frac{\mathrm d i_E}{\mathrm dt} = -R_E\ i_E + u_E \qquad \text{(2)}
u_\mathrm{ind} = c_A \cdot \psi_E \cdot \omega
\psi_E = \frac{1}{N_E} L_E\ i_E

kus:

i_A\, ankruvool,
u_A\, ankrupinge,
R_A\, ankrumähise takistus,
L_A\, ankrumähise induktiivsus,
u_E\, ergutuspinge,
i_E\ ergutusvool,
R_E\ ergutusmähise takistus,
L_E\, ergutusmähise induktiivsus,
N_E\, – ergutusmähiste arv,
\omega\, rootori nurkkiirus,
u_\mathrm{ind}\ indutseeritav pinge (vastuelektromotoorjõud),
\psi_E\ ergutusvoog,
\phi\, magnetvoog õhupilus,
n\, pöörlemiskiirus,
M\, pöördemoment,
k_1\, ja k_2\, masinakonstandid.

Mehaanikaosa diferentsiaalvõrrandid eeldusel et ergutusahelat pole arvesse võetud on:

\frac{\mathrm d \alpha}{dt} = \omega \qquad \text{(3)}
J \frac{\mathrm d \omega }{dt} = c_A\ \psi_E\ i_A - \tau _L \qquad \text{(4)}

kus:

J\, ankru inertsimoment, mis sõltub ankru massijaotusest,
\alpha\, ankru pöördenurk,
\omega\, ankru nurkkiirus,
\tau _L\, mootori koormusmomentide summa (kaasaarvatud võlliga ühendatud koormus),
c_A\, masinakonstant.

Lihtsustatult saame võrrandid välja kirjutada järgnevalt:

 U_A = I_A \cdot R_A + L_A \cdot \frac{d I_A}{dt} + U_q
 U_E = I_E \cdot R_E + L_E \cdot \frac{d I_E}{dt}
 U_q = c \cdot n \cdot \Phi (I_E)

kus:

U_A\,: ankrupinge
U_E\,: ergutuspinge
U_q\,: indutseeritud pinge ehk vastuelektromotoorjõud
c: masinakonstant
\Phi: põhivälja magnetvoog

Seejuures tuleb mainida, et kõik eeltoodud võrrandid kirjeldavad alalisvoolumasinat lihtsustatult sest et võta arvesse magneetimiskõveraid ega kirjelda kommutaatori tööd.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]