Elektrisk motor
Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket
Ein elektrisk motor, elektromotor eller elmotor er ein motor som nyttar elektrisk straum til å skapa roterande (vanlegvis) eller lineær rørsle. Rørsla kjem i stand ved hjelp av kreftene som oppstår mellom ein eller fleire spoler og ein eller fleire magnetar, når det går elektrisk straum gjennom spolane, slik at spolane rører seg i høve til magnetane. Magnetane kan også erstattast av spolar eller superleiande magnetar dersom ein vil spare vekt.
Innhaldsliste |
[endre] Motortypar
[endre] Likestraumsmotorar
Denne artikkelen er ikkje (ferdig) omsett frå nb enno.
Hjelp oss gjerne med å gjera omsetjinga ferdig! |
En typisk elektrisk motor består av tre spoler på en aksling som får strøm fra tre elektroder, såkalte børster, på den samme akslingen. En spole er en ledning med to ender, og hver elektrode er koblet til den ene enden av én spole og motsatt ende av spolen ved siden av. De tre elektrodene står i kontakt med to fastmonterte elektroder tilkoblet likestrøm. Omkring de tre roterende spolene sitter to fastmonterte magneter. Elektrodenes oppgave er å snu strømmen til hver spole hver gang spolen er halvveis mellom hver magnet, slik at det vekselsvis oppstår tiltrekkende og frastøtende krefter mellom spolene og magnetene, i et mønster som drar akslingen rundt.
Denne løsningen er den mest brukte, særlig innen billig husholdningselektronikk; bor man i en vanlig norsk leilighet, har man sannsynligvis et tosifret antall elektroniske innretninger som fungerer på denne måten. Det finnes også lignende motorer med flere eller færre spoler, vanligvis flere, og med et dertil egnet antall elektroder på akselen, ofte én elektrode pr. spole på akselen. Ofte er det flere spoler jo større effekt (Watt) motoren yter; i en kraftig miksmaster kan det være f.eks. åtte spoler.
Grunnen til at tre spoler er så vanlig, er at det er det minste antall spoler motoren må ha for å kunne starte i en hvilken som helst stilling. Dessuten løser det et problem som mange motorer med to elektroder på akslingen har; Hvis ikke elektrodene på akslingen har stort nok mellomrom mellom hverandre, vil de begge ha kontakt med de fastmonterte elektrodene samtidig og kortslutte disse. Dette problemet oppstår alltid hvis det er like mange elektroder på akslingen som fastmonterte elektroder, noe som fører til at det blir like mange kortslutninger pr. omdreining som det er elektroder.
[endre] Vekselstrømsmotorer
Fordelen med en likestrømsmotor er at den vil gå den andre veien hvis man snur strømretningen. Strømmen som er lagt inn i et hus er vekselstrøm, og motortypen som er beskrevet ovenfor vil bare stå og vibrere hvis den tilkobles vekselstrøm.
Det er i hovedsak to måter å tilpasse den ovennevnte likestrømsmotoren til å bruke vekselstrøm: Den enkleste er å koble en såkalt «likeretter» på de to fastmonterte elektrodene, slik at vekselstrømmen blir konvertert til likestrøm før den går over på akslingen og gjennom spolene. En annen måte er å erstatte alle fastmagneter med spoler; vekselstrømmen skifter retning et visst antall ganger i sekundet, 50 ganger i sekundet for en stikkontakt, men det gjør ingen ting så lenge alle magnetfeltene skifter retning samtidig. Ved å kaste ut de tunge fastmagnetene blir motoren lettere, men bruker mer strøm. Det er vanlig i støvsugere. Ved å foreta en av de nevnte tilpasningene til vekselstrøm, vil motoren alltid gå samme vei rundt.
[endre] Børsteløse vekselstrømsmotorer
De egentlige vekselstrømsmotorene lages uten elektrodene - de er «børsteløse» - og har en eller flere spoler fast montert rundt en eller flere fastmagneter roterende på akslingen. Den enkleste elektriske motoren som er mulig å lage, er en vekselstrømsmotor som består av en fastmontert spole i nærheten av en magnet på en roterende aksel; Magnetfeltet til spolen vil skifte i takt med vekselstrømmen, og magneten fungerer som en kompassnål som prøver å rette seg etter det stadig skiftende magnetfeltet, og dermed snurre rundt med like mange omdreininger i sekundet som frekvensen av vekselstrømmen. En slik motor vil starte i en tilfeldig retning, alltid gå like fort, og den vil snu hvis den møter sterk motstand.
Kraftigere vekselstrømsmotorer har flere spoler i en ring rundt en eller flere roterende magneter, og sinnrike elektroniske systemer som sender «bølger» av strøm rundt ringen av spoler. Dette kan sammenlignes med en fotballstadion der publikummet (spolene) «tar bølgen». Bølgene gjenspeiles i en magnetisk bølge som magneten snur seg etter. Det sinnrike systemet kan f.eks. styre strømmen med transistorer, som igjen styres av sensorer, f.eks. lysfølsomme motstander som ser på en lysstråle gjennom en hullete plate som roterer med akslingen, men det er bare én måte å gjøre det på.
Børsteløse motorer (uten de beskrevne elektrodene) er svært effektive og stillegående; den lyden vi gjerne forbinder med elektriske motorer er egentlig lyden av de gnissende elektrodene («miksmasterlyd»), eller tannhjul med vinkelrette tenner (elektrisk «drillyd»). Noen tror feilaktig at de hører noe elektrisk som settes i sving når de setter bilene sine i revers, men i virkeligheten er det reverstannhjulene i et manuelt gir som lager den rare ryggelyden, akkurat som tannhjulene i den elektriske drillen.
I kjøleskap og frysere er det børsteløse vekselstrømsmotorer som driver kompressorene som pumper kuldemediet rundt, og i datamaskiner er det flere vifter som drives av hver sin børsteløse likestrømsmotor. En slik vanlig viftemotor har fire fastmonterte spoler i midten av en ring av roterende fastmagneter. Her er det også et elektronisk system som snur strømmen hele tiden etter posisjonene som magnetene til enhver tid har.
[endre] 3-fasemotorer
thumb|400px|Visualisering av magnetfeltet i en elektrisk trefase motor
3-fasemotorer er børsteløse vekselstrømsmotorer som bruker 3-fasestrøm, altså vekselstrøm fra tre ledninger, der spenningen i hver ledning har samme frekvens, men alltid er i forskjellig fase. Poenget er at det til enhver tid er spenning mellom en av ledningene og de to andre, slik at energioverføringen på et 3-fasenett er konstant, og ikke avbrytes periodisk slik som med én-fasestrøm. (Betegnelsen én-fase er uklar. Uttrykket brukes fortrinnsvis om koblinger der en har tilkobling til et vekselstrømnett via kun to ledere. Noen vil hevde at én-fase skal brukes ved kobling mellom N-leder og en av faselederne i et TN-nett. Det er ikke så vanlig i Norge grunnet vårt IT-nett. Hos oss vil det være relevant å kalle det én-fase også når utstyret er koblet mellom 2 av de tre fasene.) 3 faser gjør at motoren tilføres en jevnere energi, noe gir et jevnere dreiemoment og som redurserer vibrasjoner (hastighetsvariasjoner) i motoren.
3-fasemotorer har en roterende magnet i midten av tre fastmonterte spoler. Sånn sett er de akkurat som de vanlige likestrømsmotorene med tre spoler, bare «vrengt» ut og inn, og de tre akselelektrodene er byttet ut med tre ledninger som går ut på et 3-faseledningsnett. 3-fasemotoren vil alltid gå samme vei, men hvis man bytter om på to av de tre ledningene, vil den gå motsatt vei, på grunn av at det elektromagnetiske dreiefeltet inne i motoren da skifter retning. Både den enkleste mulige vekselstrømsmotoren og 3-fasemotoren er i prinsippet dynamoer; tilføres de mekanisk energi vil de lage elektrisk energi og omvendt, begge deler fungerer.
3-fasemotorer brukes vanligvis bare i større motorer i industrien, der virkningsgraden også er viktigere. Som alle andre børsteløse motorer kan 3-fasemotorer ha svært god virkningsgrad, omkring 98-99%
Høyspentlinjer har tre tykke ledere som frakter 3-fasestrøm (de to tynne øverst er bare jordete lynavledere eller kommunikasjonskabler). Det er fordi kraftverkene bruker 3-fasegeneratorer til å lage strømmen, som dermed blir 3-fase.
[endre] Variabel effekt
Effekten som trekkes av en elektrisk motor er gitt av lasten som er koblet til akslingen. Spenningen er vanligvis konstant, og dermed er det strømmen som varierer avhengig av lasten. En elektrisk motor trekker både aktiv og reaktiv effekt (kW og kVAR), hvor den aktive effekten brukes til å gjøre arbeid og den reaktive benyttes til å skape magnetiseringen i motoren som må til for å skape dreiemoment. Vektorsummen av disse bidragene kalles syneffekt eller tilsynelatende effekt og benenvnes S. S = U * I, altså spenning ganger strøm. For trefase-motorer må også kvadratroten av 3 med.
Videre er aktiv effekt gitt av P = S * cos(φ) = U * I * cos(φ) og reaktiv effekt Q = S * sin(φ) = U * I * sin(φ).
Det er ingen prinsipiell forskjell på en elektrisk motor og en dynamo. Når en elektrisk motor går rundt, vil det induseres en spenning motsatt vei av den spenningen som tilføres motoren og som driver den:
Der E er indusert spenning
v er fart
B er flukstetthet
l er lengden tråd som står vinkelrett på både B og v (= tykkelsen av spolen * antall viklinger)
Det er en teoretisk maksfart for elektriske motorer, hvor den induserte spenningen motvirker den tilførte, slik at det ikke går strøm og dreiemomentet er 0. Hvis motoren tvinges til å gå fortere enn dette, vil den drive strømmen motsatt vei. Elektriske motorer bruker mye strøm når de står stille, for da er strømmen gitt av motstanden i spolen (ingen induksjon), enda mer hvis motoren tvinges til å gå baklengs.
Moderne vekselstrømsmotorer benytter en frekvensomformer til å regulere turtallet på motoren. I mange bruksområder som pumper, vifter, kompressorer, vinsjer etc. kan dette gi et betydelig potensial for å spare energi. Det finnes flere typer omformere, men de mest brukte i dag består av avansert elektronikk.
For å regulere effekten av likestrømsmotorer, blir strømmen skrudd av og på i raske pulser av varierende lengde. En måte å lage slike strømpulser på kan være at en transistor trinnløst forsterker spenningen av et likerettet oscillerende signal som passerer en zenerdiode. Bare strøm med en viss spenning passerer zenerdioden, og det bestemmer varigheten av hver strømpuls. Til slutt forsterkes puls-strømmen av større transistorer. Slik pulsregulering er vanlig i forbrukerelektronikk og leketøy ettersom likestrømsmotorer er billige.