Ymmärtääksemme vaihtovirtamoottorin toimintaa on tärkeää tarkastella pyörivien magneettikenttien kehitystä. Nämä magneettikentät noudattavat sähkömagnetismin perusteita pyörittääkseen vaihtovirtamoottorin akselia.
Katsotaanpa tarkemmin sähkömoottorin staattoria. Muista, että vaihtovirtamoottorin staattori on rakenteeltaan ontto sylinteri, joka on täytetty eristetyn langan käämeillä.
STAATTORIN KÄÄMIEN SIJOITUS
Katsele alla olevan kaavion avulla staattorin käämien välistä vuorovaikutusta. Tässä esimerkissä käämejä on 6 (2 käämiä 3 vaihetta kohti). Nämä ”moottorikäämityksiksi” kutsutut käämit toimivat pareittain, ja ne on kiedottu staattorin muodostavan rautasydänmateriaalin ympärille.
Moottorikäämit muodostavat kukin erillisen sähkömagneetin. Käämipareilla on vastakkaiset navat (yksi pohjoisnapa, yksi etelänapa), mikä johtuu siitä, miten ne on kiedottu. Kuvassa oletetaan, että kela A1 on pohjoisnapa ja sen käämipari A2 on etelänapa. Kun sähkövirran suunta vaihtuu, napojen napaisuus vaihtuu.
VIRTALÄHDE
Oheisessa kaaviossa moottorin staattori on liitetty kolmivaiheiseen vaihtovirtalähteeseen. Moottorin käämit A1 ja A2 on kytketty virtalähteen vaiheeseen A. Kuvitellaan myös, että käämit B ja C on vastaavasti kytketty virtalähteen vaiheisiin B ja C.
Moottorin käämit on yleensä erotettu toisistaan 120º. Moottorin käämityksen esiintymiskertojen lukumäärä määrittää napojen lukumäärän. Tässä esimerkissä näkyy toinen 3-vaihekäämien sarja. Kukin käämi esiintyy 2 kertaa, joten kyseessä on 2-napainen staattori. Jos kukin käämi kuitenkin esiintyisi 4 kertaa, kyseessä olisi 4-napainen staattori.
Sähkövirta kulkee käämien läpi, kun staattoriin kytketään vaihtojännite. Moottorin käämin läpi kulkevan virran kulkusuunta määrää, miten magneettikenttä kehittyy. Käytä alla olevaa taulukkoa viitteenä seuraavissa kaavioissa. Niissä näytetään, miten pyörivä magneettikenttä kehittyy. Oletetaan kaavion mukaan, että positiivinen sähkövirran virtaus moottorin käämeissä A1, B1 ja C1 synnyttää pohjoisnavan.
KÄYNNISTYSVIRRAN VIRTAUS
Magneettikentän havainnollistamisen helpottamiseksi alla olevassa kaaviossa on esitetty alkuajankohta, jolloin yhden käämin läpi ei kulje virtaa. Tarkkaile aloitusviivaa:
- Faasissa A ei kulje virtaa
- Faasissa B kulkee virtaa negatiiviseen suuntaan (-)
- Faasissa C kulkee virtaa positiiviseen suuntaan (+)
Ylläolevan kaaviokuvan mukaan B2 ja C1 ovat pohjoisnavat, kun taas B1 ja C2 ovat etelänavat. Magneettivuon linjat lähtevät B2:n pohjoisnavasta ja saapuvat C2:een, joka on lähin etelänapa. Magneettivuon linjat lähtevät myös C1:n pohjoisnavasta ja saapuvat B1:een, joka on sen lähin etelänapa. Tämän seurauksena syntyy magneettikenttä (kuten nuoli osoittaa).
AIKA 1
Aloituspisteestä seurataan magneettikenttää 60º:n jaksoissa. Kun kenttä pyörii 60º ajanhetkellä 1:
- Faasissa C ei kulje virtaa
- Faasissa A kulkee virtaa positiiviseen suuntaan (+)
- Faasissa B kulkee virtaa negatiiviseen suuntaan (-)
Tässä vaiheessa käämitykset A1 ja B2 ovat pohjoisnavoja ja käämitykset A2 ja B1 etelänavoja.
AIKA 2
Aikana 2 magneettikenttä pyörii vielä 60º:
- Vaiheessa B ei nyt kulje virtaa
- Vaiheessa A säilyy positiivissuuntainen (+) virrankulku (vaikka se vähenee)
- Vaiheessa C kulkee nyt negatiivissuuntainen (-) virrankulku
Koska virrankulku on muuttanut suuntaa vaihe C:n käämityksissä (aloitti positiivisessa suunnassa, mutta vaihtui negatiiviseen suuntaan ajanhetkellä 2), magneettinavat ovat vaihtaneet napaisuuttaan (C1:n pohjoisnapa ja C2:n etelänapa muuttuivat C1:n etelänavaksi ja C2:n pohjoisnavaksi). Käyttämällä 60 Hz:n virtalähdettä tämä prosessi toistuu 60 kertaa sekunnissa.
SYNKRONINEN NOPEUS
Nopeus on tärkeää vaihtovirtamoottorin pyörivälle magneettikentälle. Se tunnetaan nimellä ”synkroninen nopeus”. Tämä nopeus lasketaan jakamalla 120 kertaa taajuus (F) napojen lukumäärällä (P). Esimerkkinä 60 Hz:n taajuudella toimivan 2-napaisen moottorin synkroninopeus on 3600 kierrosta minuutissa.
Synkroninopeus pienenee, kun napojen lukumäärä kasvaa. Alla oleva kaavio havainnollistaa, kuinka kasvava napojen määrä vastaa vähenevää synkroninopeutta 60 Hz:n taajuudella.
LISÄTIETOA Vaihtovirtamoottoreista
Toivomme, että tämä pyöriviä magneettikenttiä koskeva opas on auttanut sinua ymmärtämään paremmin vaihtovirtamoottoreiden toimintaa. Virittäydy ensi kuussa oppiaksesi, miten tämä magneettikenttä itse asiassa luo vääntömomentin ja pyörittää kuormaa.