Električni strojevi

Električni strojevi su uređaji koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu i obrnuto. Strojevi koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu energiju zovu se električni generatori, dok se strojevi koji električnu energiju pretvaraju u mehaničku jednim imenom zovu elektromotori.

Istosmjerni motor

Istosmjerni motor je elektromehanički uređaj koji istosmjernu struju pretvara u rotacijsko gibanje. Ukoliko se rotor istosmjernog motora mehanički spoji s izvorom rotacijskog gibanja (motor s unutarnjim sagorijevanjem, turbina, i sl.) na izvodima će se inducirati napon, prema pravilu desne ruke, čime je realiziran istosmjerni generator.

Najjednostavniji istosmjerni motor je 1821. godine otkrio Michael Faraday. Taj se motor sastojao od slobodnog zavoja žice koji je slobodno plutao na sloju žive, a u čijem se središtu nalazio magnet. Kada se kroz zavoj žice propustila istosmjerna struja oko zavoja se stvorilo magnetsko polje uslijed čega se žica počela okretati oko magneta.

Istosmjerni motor, eng. DC motor, kakav danas poznajemo slučajno je 1873. godine otkrio Zénobe Gramme kada je na dinamo koji je proizvodio struju spojio drugi dinamo koji se počeo okretati kao motor.

Klasični istosmjerni motor se sastoji od rotirajuće armature koja je oblikovana u obliku elektromagneta s dva pola i od statora kojega čine dva permanentna magneta. Krajevi namota armature spojeni su na rotacijski prekidač, komutator, koji prilikom svakog okretaja rotora dvaput mijenja smjer toka struje kroz armaturni namot stvarajući tako moment koji zakreće rotor. Protjecanjem istosmjerne struje kroz vodič koji se nalazi u magnetskom polju stvara se, prema pravilu lijeve ruke, sila koja zbog svog hvatišta, koje se nalazi izvan osi rotacije rotora, stvara moment koji zakreće rotor. Električna veza između rotora i izvora istosmjerne struje se ostvaruje tako da se izvor istosmjerne struje spoji na grafitne četkice koje kližu po komutatoru. Prilikom prelaska četkice s jedne na drugu lamelu komutatora postoji trenutak kada se izvor nalazi u kratkom spoju uslijed čega dolazi do iskrenja četkica.

Iskrenje četkica dovodi do polaganog uništavanja grafitnih četkica, ali i do oksidacije i trošenja komutatora, pa je to glavni nedostatak ove vrste motora. Iskrenje se pojačava ukoliko se povećava: brzina okretanja motora, napon, opterećenje, odnosno struja kao posljedica povećanja napona ili opterećenja. Iskrenje osim samog uništavanja komutatora i četkica za posljedicu ima i stvaranje čujnog i električnog šuma.

Brzina okretanja istosmjernog motora ovisi o kombinaciji napona i struje koji teku kroz armaturu, te o opterećenju. Brzina motora proporcionalna je naponu, dok je moment proporcionalan struji. Upravo zbog ovih svojstava se istosmjerni motor vrlo često koristi u elektromotornim pogonima koji zahtijevaju upravljanje brzinom (zahvaljujući razvoju energetske elektronike pojednostavilo se upravljanje brzinom i ostalih vrsta elektromotora). Brzina motora se može mijenjati promjenom otpora armature, koje se izvodi dodavanjem vanjskog promjenjivog otpora spojenog u seriju s izvorom, ili korištenjem promjenjivog naponskog izvora.

Motor bez četkica

Zbog nedostataka koje uzrokuje komutator u novije vrijeme razvijen je istosmjerni motor bez četkica (eng. brushless) koji na rotoru ima permanentni magnet, dok se kroz statorske namote propušta struja koja dovodi do zakretanja rotora. Strujom koja prolazi kroz statorske namote se upravlja elektroničkim sklopom, tzv. elektroničkim komutatorom ili inverterom, koji zamjenjuje klasični komutator. Da bi se moglo ispravno odrediti kroz koji namot će elektronički komutator poslati struju, i struju kojeg smjera, takav motor mora imati senzor položaja rotora na osnovu čega se upravlja radom samog komutatora.

Sinkroni motor

Podrobniji članak o temi: Sinkroni stroj
Sinkroni motor je motor pogonjen izmjeničnom strujom, za koji je karakteristično da se rotor vrti jednakom kutnom brzinom kao i statorsko okretno magnetsko polje, odnosno te dvije brzine su u sinkronizmu. Međutim glavni magnetski tok koji se zatvara kroz jezgru je vremenski stalan stoga se na sekundaru neće inducirati napon dok god je relativni položaj rotora u odnosu na (okretno) magnetsko polje stalan.

Asinkroni motor

Podrobniji članak o temi: Indukcijski motor
Asinkroni ili indukcijski motor ima rotor na koji se električna energija prenosi beskontaktno (indukcijom) djelovanjem okretnog magnetskog polja koje stvara sustav višefaznih struja u statoru. Prema izvedbi rotorskog namota dijele se na kavezne i klizno-kolutne strojeve.

Transformator

Podrobniji članak o temi: Transformator
Transformator je uređaj za transformiranje napona i struja, tj. pretvaranje iz nekog nižeg nivoa u viši, i obrnuto. Sastoji se od statičnih dijelova: dvije kotve od dinamo limova ili mljevenog željeza i dva bakrena namota od kojih je jedan primarni, a drugi sekundarni. Veće izvedbe imaju sredstvo za hlađenje, npr. ulje ili komprimirani zrak. Transformatori su najiskoristiviji strojevi, oko 98% iskoristivosti. Rade na principu elektromagnetske indukcije bez fizičkog dodira među zavojnicama.

Koračni motor

Prikladni su za digitalno upravljanjeDigitalni ulazni impulsi analogni izlaz gibanje osovine motoraUključenje napajanja naredne faze motora pomak za 1 korakBroj upravljačkih impulsa = broju koraka (jedan korak odgovara određenom fiksnom kutnom zakretu)Upravljanjem iznosom struje uzbude mijenja se rezolucijamikrokoračanjeMoguće je upravljanje položajem radne osovine u otvorenoj petlji (bez povratne veze jednostavno je realizirati sustav upravljanja većim brojem motora (roboti, pisači)Osnovne karakteristike koračnih motora:Jednostavne su konstrukcije i ne zahtijevaju održavanjeU normalnim uvjetima rada ne akumulira se pogreška položajaRazmjerno mala efikasnost, veliko nadvišenje i oscilatornost u odzivu od jednog korakaOgraničene mogućnosti pokretanja tereta s velikim momentom inercijeMoment trenja i aktivni teret mogu povećati pogrešku položaja (moguć je gubitak koraka – posljedica je akumulirana pogreška položaja) Od nekoliko razvijenih tipova samo neki udovoljavaju momentu brzine i pomaka tako da se danas na tržištu mogu naći: -permanentnomagnetski -varijabilnoreluktancijski -hibridnokoračajni -koračajni motori sa rotirajućim magnetskim poljem

PERMANENTNOMAGNETSKI koračajni motor (P.M.)

Osnovna karakteristkia rotacijskih Permanentnomagnetskih koračajnih motora je u tome što imaju radijalno magnetiziran permanentnomagnetski rotor i multifazno jizveden el.magnetski stator.Uzastopnim ukopčavanjem i okretanjem smjera pojedinih statorskih faza ili njihovim kombianacijama po određenom redoslijedu rezultantno mag.polje statora skokovito se okreće u jednom ili drugom smjeru.Pri tome se permanetno magnetizirani rotor postavlja u smjeru rezultantnog statorskog polja te se na taj način obavlja koračajni pomak. Najjednostavniji oblik P.M. motora je dvofazni P.M. koračanji motor u kojeg se zakretanje obavlja za 180° ili 90°. Trofaznim P.M. motorom postižemo korake od 120°,60°i 30°

VARIJABILNORELUKTANCIJSKI KORAČANJI MOTORI (V.R.K.M.) Rotacijski V.R.K.M imaju nazubljeni multifazno namotani stator i nazubljeni rotor mekog željeza.Koračajni put im ovisi o broju zuba Statora i rotora.Prema načinu namatanja statorskih faza i načinu njihove pobude najčešće se izrađuju u trofaznoj i četverofaznoj verziji te kao VIŠESEKCIJSKI(najčešće trosekcijski)koji imaju do 12 statorskih i 8 rotorskih zuba pa zubni kut kod statora iznosi 30° a kod rotora 15°.Uključivanjem jedne,pa istovremeno druge faze može se postići koračanji kut od 7,5°.