Elektrimootor

Allikas: Vikipeedia
Erinevad elektrimootorid. Ees keskel on suuruse võrdlemiseks 9-voldine patarei.

Elektrimootor on elektromehhaaniline seade, mis muundab elektrienergia mehaaniliseks tööks.

Enamik elektrimootoreid töötab tänu elektromagnetismi nähtusele. Kuid on ka mootoreid, mille töö baseerub teistel elektromehaanilistel nähtustel, nagu näiteks piesoelektrilisel efektil või elektrostaatilistel jõududel. Elektromagnetismi nähtusel põhinevad mootorid tekitavad jõudu magnetvälja ja voolu all oleva juhti vastastikmõjust. Vastupidise saavutamiseks, elektrienergia tekitamiseks mehhaanilisest energiast, kasutatakse generaatoreid või dünamoid. Mõnda elektrimootorit saab kasutada ka generaatorina, näiteks sõiduki veomootor võib olla kasutusel mõlemal eesmärgil. Elektrimootoreid ja generaatoreid kutsutakse ühisnimega elektrimasin.

Elektrimootoreid kasutatakse paljudes seadmetes: puhurites ja pumpades, tööpinkides, kodumasinates, elektrilistes tööriistades ja kõvaketastes. Neid saab toita alalisvooluga, selle näiteks on akutoitel kaasaskantav seade või mootorsõiduk, ja vahelduvvooluga elektrivõrgust või inverterist. Väikseimaid mootoreid leiab käekellade ja mobiiltelefonide seest. Keskmise suurusega standardiseeritud mootoreid kasutatakse tööstusseadmetes. Kõige suuremad elektrimootoreid kasutatakse laevade liigutamiseks, torujuhtmete survestamiseks ja vee pumpamiseks elektrienergia salvestamiseks mõeldud hüdroelektrijaamades, kus mootorite võimsused võivad ulatuda miljonite vattideni. Elektrimootoreid saab jaotada kasutatava elektrienergia, ehituse, rakenduse või liikumisviisi järgi.

Vooluga juhi ja magnetvälja vastastikmõjus tekkiva mehhaanilise jõu füüsikalise põhimõtte, Faraday seaduse, avastas 1831. aastal Michael Faraday.[1] 1821. aastast kuni 19. sajandi lõpuni valmistati järjest efektiivsemaid mootoreid, aga suuremahulise kommertskasutuse jaoks oli vaja efektiivseid generaatoreid ja elektrivõrku. Esimesed edukad elektrimootorid tegi Zénobe Gramme 1873. aastal.[2]

Mõned seadmed muudavad elektrit liikumiseks, aga nende põhieesmärk ei ole kasuliku mehhaanilise jõu tootmine, seepärast ei nimetata neid enamasti ka elektrimootoriteks. Näiteks solenoide ja valjuhääldeid nimetatakse enamasti mootori asemel täituriks ja muunduriks.[3]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Faraday elektromagneetiline eksperiment, 1821[4]

Elektromagnetilist viisi elektrienergia mehaaniliseks energiaks muutmiseks demonstreeris Briti teadlane Michael Faraday 1821. aastal. Vabalt rippuv juhe oli kastetud elavhõbedaga täidetud vanni, mille keskel oli püsimagnet. Kui juhtmest voolu läbi lasti, hakkas juhe magneti ümber ringlema.[5] Seda mootorit demonstreeritakse füüsikatundides, aga toksilise elavhõbeda asemel kasutatakse näiteks soolvett. See on lihtsaim mootoritüüp – homopolaarne mootor.

Terminid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Elektrimootori liikuvat osa kutsutakse rootoriks ja statsionaarset osa staatoriks. Magnetväljad tekivad magetpoolustele. Need võivad olla väljapoolused, millele tekitatakse magnetväli elektriväli pooliga.

Vastavalt rootori nurgale lülitab kommutaator voolu erinevatesse rootori mähistesse.

Alalisvoolumootor on mootor, mis kasutab töötamiseks alalisvoolu, kuigi peaaegu alati on mootori sees mehhanism (näiteks kommutaator) alalisvoolu vahelduvvooluks muundamiseks. Vahelduvvoolumootor on mootor, mis töötab vahelduvvoolu kasutades, tihti välditakse niimoodi kommutaatori kasutamist. Sünkroonmootor on vahelduvvoolumootor, mille kiirus on sisendvoolu sageduse suhtes fikseeritud. Asünkroonmootor on vahelduvvoolumootor, mille kiirus langeb koormuse kasvades. Universaalmootorid võivad töötada nii alalisvoolu kui ka vahelduvvoolu kasutades, kuigi vahelduvvoolu maksimaalne sagedus võib olla piiratud.

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

On olemas vähemalt kolme toimimismehhanismiga elektrimootoreid: magnetilised, elektrostaatilised ja piesoelektrilised. Kõige levinum neist on magnetiline.

Magnetiline[muuda | redigeeri lähteteksti]

Peaaegu kõik elektrimootorid põhinevad magnetismil. Neis mootorites loovad nii staator kui rootor magnetvälju. Nende magnetväljade erinevus tekitab jõudu, mis väljendub väändemomendina võllis. Üks või mõlemad magnetväljad peavad muutuma koos rootori keerlemisega. Seda saavutatakse pooluste sisse ja välja lülitamise või tugevuste muutmisega.

Põhilised mootoritüübid on alalisvoolu- ja vahelduvvoolumootorid. Kõik mootorid vajavad sünkronisatsiooni magnetvälja ja rootori vahel.

Mootoritüüpide võrdlus[6]
Tüüp Eelised Puudused Tavalised rakendused Tavaline juhtsignaal
Universaalmootor Suur väändemoment käivitushetkel, kompaktne, kiire. Hooldus (harjad)
Lühike eluiga
Tavaliselt lärmakas
Ainult väiksed on ökonoomsed
Käeshoitavad elektritööriistad, nuimikserid, tolmuimejad Alalisvool või ühefaasiline vahelduvvool
Sünkroonmootor Sünkroonne kiirus
Kallis Tööstuslikud mootorid
Kellad
Vinüülplaadi mängijad
Kassetimängijad
Ühe- või mitmefaasiline vahelduvvool
Sammmootor Täpne positsioneerimine
Tugev hoidmisjõud
Võivad olla kallid
Vajavad kontrollerit
Positsioneerimine printerites ja disketilugejates
Tööstusmasinad
Alalisvool
Harjavaba alalisvoolumootor Pikk eluiga
Vähe hooldust
Suur efektiivsus
Kõrge alghind
Vajab kontrollerit
Kõvakettad
CD/DVD mängijad
Elektrisõidukid
Puldiga juhitavad masinad
Mehitamata õhusõidukid
Alalisvool või Pulsilaiusmodulatsioon
Harjadega alalisvoolumootor Lihtne kiiruse kontroll Hooldus (harjad)
Keskmine eluiga
Kallis kommutaator ja harjad
Mänguasjad
Jooksulindid
Autode lisaseadmed
Alalisvool või Pulsilaiusmodulatsioon

Alalisvoolumootor[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kahe poolusega ja püsimagnetiga staatoriga harjadega alalisvoolumootori siseehitus.
Next.svg Pikemalt artiklis Alalisvoolumootor

Alalisvoolumootor on mootor, mis on disainitud kasutama alalisvoolu. Kaks näidet alalisvoolumootoritest, mis ei muuda voolu vahelduvvooluks, on homopolaarne mootor ja kuullaagermootor. Kõige levinumad alalisvoolumootorid on harjadega või harjavabad, mis kasutavad sisest või välist kommutatsiooni, et voolu mähistes rootori keerlemisega sünkroonis hoida.

Vahelduvvoolumootor[muuda | redigeeri lähteteksti]

Vahelduvvoolumootorid on mootorid, mis kasutavad vahelduvvoolu. Nad ei vaja välist ega sisest kommutatsiooni, sest sisendpinge muutus tekitab vajaliku muutuva magnetvälja.

Sammmootor[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Sammmootor

Sammmootorid on lähedalt seotud kolmefaasiliste sünkroonsete vahelduvvoolumootoritega, kus sisest püsimagnetitega rootorit kontrollitakse väliste elektrooniliselt lülitatavate magnetitega. Sammmootorist võib mõelda ka kui alalisvoolumootori ja pöördliikuva solenoidi hübriidist. Mähiseid pingestatakse järgemööda ja rootor suunab ennast voolu tekitatud magnetvälja järgi. Erinevalt sünkroonmootoritest ei keerle sammmootorid pidevalt, vaid "astuvad" – alustavad ja jäävad jälle kiirelt seisma – ühest positsioonist teise, vastavalt mähiste pingestusele. Olenevalt pulsside järjekorrast võib mootor keerelda ühte või teist pidi, muuta kiirust, jääda seisma, kiirendada või aeglustada suvalistel ajahetkedel.

Universaalmootor[muuda | redigeeri lähteteksti]

Universaalmootor on mootor, mis on mõeldud kasutama vahelduv- ning alalisvoolu. Elektrivõrgu sagedustel (50 Hz või 60 Hz) töötavad universaalmootorid on harva võimsamad kui 1000 vatti. Näiteks võeti 20. saj. alguses Saksamaa raudteedel võimsate universaal-kommutaatormootorite jaoks kasutusele ülimadalsageduslik vahelduvpinge sagedusega 16 2/3Hz. Universaalmootorite eeliseks on suur väändemoment käivitudes ja kiiretel kiirustel kompaktne suurus. Negatiivne pool on kommutaatori olemasolust tingitud hooldamise vajadus ning lühike eluiga. Selliseid mootoreid kasutatakse seadmetes, mida kasutatakse harva ja millel on vajadus suure väändemomendi järele, näiteks mikserid ja elektritööriistad.

Piesoelektrilised[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Piesoelektriline mootor

Piesoelektriline mootor ehk piesomootor on elektrimootori tüüp, mis põhineb piesoelektriliste materjalide kujumuutusel elektrivälja muutudes. Piesomootor kasutab piesoelektrilist pöördefekti, kus lineaar- või pöördliikumise saavutamiseks tekitab materjal akustilisi või ultraheli vibratsioone. Ühe võimaliku edasiliikumise viisina kasutatakse erineva kiirusega pikenemist ja lühenemist ühes tasapinnas, et roomata edasi nagu röövik.

Kasutusviisid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Paljudes tänapäeval ehitatavates masinates kasutatakse standardiseeritud elektrimootoreid. Spetsiifilisemate ülesannete jaoks disainitakse ka spetsiaalseid mootoreid.

Pöörlevad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pöörlevaid elektrimootoreid kasutatakse puhurites, turbiinides, puurmasinates, elektriauto ratastes, vedurites ning konveierlintides. Lisaks kasutatakse pöörlevaid mootoreid vibratsiooni ja võnkumise tekitamiseks. Mootori otsas on asümmeetriline raskus, mille keerlemine paneb nii mootori kui ka muud mootori külge kinnituvad struktuurid värisema. Sellist lahendust kasutatakse mobiiltelefonide vibratsiooni mootorites.

Elektrimootorid on ka populaarsed robootikas. Nad veavad rattaid sõitvates robotites ja tagasisidet kasutavad mootorid – servomootorid liigutavad tööstuslikke robotkäsi ning humanoidrobotite jäsemeid. Lendavates robotites ja helikopterites keerutavad elektrimootorid propellerit või rootorit.

Elektrimootorid asendavad lennukites ja sõjaväetehnikas hüdrosilindreid.[7][8]

Tööstuses kasutatavad elektrimootorid keerutavad saekettaid ja linte lõikamisprotsessides ja keeravad freespinkides detaile. Kiired ja täpsed servomootorid positsioneerivad modernsetes arvuti poolt juhitavates tööpinkides tööriistu ja tooteid. Toiduainetööstuses on levinud elektrijõul töötavad segistid. Lineaarmootoreid kasutatakse tihti toodete mahutitesse lükkamiseks.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Mary Bellis. Michael Faraday. Kasutatud 19.09.2012. (inglise)
  2. Zénobe Théophile Gramme. Kasutatud 19.09.2012. (inglise)
  3. Steven F. (2001), "Loudspeaker History".Recording Technology History. Kasutatud 13.03.2010.
  4. Faraday, Michael (1844). Experimental Researches in Electricity.  See plate 4.
  5. spark museum
  6. http://www.circuitcellar.com/ Motor Comparison, Circuit Cellar Magazine, July 2008, Issue 216, Bachiochi, p.78 (Table edited in Wikipedia, May 2011)
  7. Briere D. and Traverse, P. (1993) “Airbus A320/A330/A340 Electrical Flight Controls: A Family of Fault-Tolerant Systems” Proc. FTCS, pp. 616–623.
  8. North, David. (2000) "Finding Common Ground in Envelope Protection Systems".Aviation Week & Space Technology, Aug 28, pp. 66–68.

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]