Alalisvoolumootor

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

Alalisvoolumootoreid liigitatakse vastavalt ergutusviisile:

• Püsimagnetergutusega
• Elektrilise ergutusega
  • Sõltumatu ergutusega (toidetakse eraldi allikast)
  • Jadaergutusega (ergutusmähised on ankrumähisega jadaühenduses)
  • Rööpergutusega (ergutusmähised on ankrumähisega rööpühenduses)
  • Segaergutusega (osad ergutusmähised on ankrumähisega jadaühenduses, osad rööpühenduses)

Alalisvoolumasinate matemaatilised alused

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

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

• Kommutaatormasin
• Ühefaasiline kommutaatormootor
• Trell

Välislingid

• Robotiehitamise juhis - Alalisvoolumootor