Elektrodzinējs

Dažādu lielumu elektrodzinēji

Elektrodzinējs jeb elektromotors ir viens no elektrisko mašīnu veidiem, dzinējs, kuru darbina elektrība. Tā ir ierīce, kas pārveido elektroenerģiju mehāniskajā enerģijā. Absolūti lielākā daļa elektrodzinēju darbojas ar elektromagnētiskajiem spēkiem (elektromagnētu iedarbība ar magnētiem), taču ir sastopami arī pjezoelektriskie dzinēji, kur kustību izraisa pjezoelektrisko materiālu izplešanās un saraušanās. Šādi ir mazizplatīti un tos dažreiz lieto dažu dārgā gala fotoaparātu fokusēšanas dzinējiem.

Pamatā visplašāk lieto divu tipu elektrodzinējus — līdzstrāvas un maiņstrāvas. Elektrodzinēja galvenās sastāvdaļas ir stators un rotors. Vismaz vienā no tiem ir tinumi, kas veido vienu vai vairākus elektromagnētus.

Rotors ir ievietots statorā, un, rotoram griežoties ap savu asi, tiek radīta griezes kustība, kuru ar ass palīdzību novada uz vajadzīgo darba vietu. Lai arī parasti rotors atrodas statora iekšpusē, tomēr ir sastopami arī dzinēji, kam kustīgā daļa atrodas ārpusē. Elektromagnētiskajiem dzinējiem izšķir divas daļas:

• enkurs (armature) — līdzstrāvas dzinējiem parasti atrodas rotorā — rada mainīgu magnētisko lauku, kas izraisa dzinēja griešanos
• stators (field) — līdzstrāvas dzinējiem parasti atrodas statorā — veido pastāvīgu magnētisko lauku, uz kuru iedarboties enkura magnētiskajam laukam. Tā kā šim nav jābūt mainīgam, te var lietot pastāvīgos magnētus.

Lielākā daļa elektrodzinēju rada rotācijas kustību, taču ir sastopami arī lineārie dzinēji, kas rada taisnvirziena kustību. Elektromagnētiskie lineārie dzinēji parasti ir vai nu maiņstrāvas dzinēji (sinhronie vai asinhronie), vai arī soļa dzinēji.

Līdzstrāvas elektrodzinējs

Līdzstrāvas elektrodzinējā elektrība tiek pievadīta rotoram ar suku (oglīšu) un kolektora palīdzību, radot elektromagnētisko lauku starp statoru un rotoru, un šīs magnētiskās mijiedarbības rezultātā, tas sāk kustību (griezties). Enkurā plūstošā strāva ir maiņstrāva, kolektors ir ierīce, kas līdzstrāvu pārveido maiņstrāvā. Pēc statora magnētiem līdzstrāvas dzinējus iedala:

• Ar pastāvīgo magnētu — statorā ir pastāvīgais magnēts un ierosmes strāva nav nepieciešama. Šādus lieto vismazākajiem dzinējiem, jo tie ir vienkāršāki. Te ir ierobežota maksimālā jauda.
• Virknes ierosme — statora ierosmes tinums elektriski saslēgts virknē ar rotoru. Ierosmes strāva virknes ierosmes līdzstrāvas dzinējiem ir vienāda ar enkura strāvu. Vislielākais starta griezes moments. Ja pazūd slodze, var paātrināties līdz sabrukumam. Lieto elektrotransportā.
• Paralēlā ierosme — statora ierosmes tinums elektriski saslēgts paralēli ar rotoru. Parasti ierosmes strāva paralēlās ierosmes līdzstrāvas dzinējos ir ~5% no enkura strāvas.
• Neatkarīgā ierosme — statora ierosmes tinumu baro no cita (neatkarīga) barošanas avota, kā rotora tinumu. Plašākas jaudas regulēšanas iespējas.
• Kombinētā ierosme — divu vai vairāku ierosmes sistēmu kombinācija, dzinējam ir vairāki ierosmes tinumi.
• Bezsuku (bezkolektora; brushless). Šie ir principiāli atšķirīgi. Te suku un kolektora vietā ir mikroshēma (maziem dzinējiem) vai mikroshēma un jaudas pastiprinātājs (lielākiem dzinējiem), kas no līdzstrāvas ražo maiņstrāvu ar frekvenci, kas proporcionāla dzinēja rotācijas frekvencei (analogi kā kolektors). Tam nepieciešams īpašs rotora pozīcijas devējs. Mazākajiem dzinējiem bieži vien tā vietā vienkārši uz brīdi izslēdz barošanu un mēra tinumos ģenerēto spriegumu, kas kaut kādā mērā ir atkarīgs no ātruma un pozīcijas. Šiem dzinējiem parasti rotors atrodas ārpusē un sastāv no pastāvīgā magnēta. Šādus dzinējus plaši lieto datoru ventilatoros un datoru diskierīcēs. Šie dzinēji ir samērā dārgi (jo vajag mikroshēmu), bet tie rada ļoti maz traucējumu (parastie līdzstrāvas dzinēji ir vieni no spēcīgākajiem traucējumu avotiem, jo kolektors regulāri (parasti simtiem reižu sekundē) pārtrauc relatīvi lielas strāvas ķēdi un mēdz dzirksteļot.)

Līdzstrāvas dzinējus bieži vien ir iespējams lietot arī kā līdzstrāvas ģeneratorus. Līdzstrāvas elektrodzinēji tiek izmantoti ļoti plaši dažāda veida sadzīves ierīcēs (piemēram. ventilatoros).

Maiņstrāvas elektrodzinējs

Maiņstrāvas elektrodzinēji ir elektrodzinēji, kas darbojas no maiņstrāvas. Parasti maiņstrāvas dzinēji darbojas no 3 fāzu maiņstrāvas, jo tā ir viegli iegūt rotējošu magnētisko lauku. Vienfāzes dzinējiem ir pulsējošs magnētiskais lauks. Lai vienfāzes dzinējs varētu sākt griezties, tam nepieciešams atsevišķā tinumā radīt fāzu nobīdi. To panāk ar dažādām metodēm, taču lielākoties vienfāzes dzinējiem ir mazāks lietderības koeficients nekā trīsfāzu dzinējiem. Vēl maiņstrāvas elektrodzinējus iedala:

• Sinhronie dzinēji — rotē ar frekvenci, kas ir tieši proporcionāla maiņstrāvas frekvencei
• Asinhronie dzinēji — rotē ar frekvenci, kas nedaudz atpaliek (par slīdi) no frekvences, kas ir tieši proporcionāla maiņstrāvas frekvencei. Asinhronos dzinējus sīkāk var iedalīt:
  • dzinēji ar fāzu rotoru (rotorā ir tinumi)
  • dzinēji ar īsslēgtu rotoru (rotora "tinumi" ir izlieti no monolīta alumīnija)

Maiņstrāvas dzinēju rotācijas ātrums ir atkarīgs no maiņstrāvas frekvences un polu skaita. 4 polu dzinējam ir 2 reizes mazāks ātrums kā 2 polu dzinējam ar tādu pašu maiņstrāvas frekvenci. Maiņstrāvas dzinēju sinhrono ātrumu var aprēķināt:

${\mbox{ }}n_{s}={\frac {60\ [{\mbox{sek/min}}]f}{p}}\quad [{\mbox{apgr/min}}]$

kur:

• n_s — sinhronais ātrums (apgr/min);
• f — maiņstrāvas frekvence (Hz);
• p — polu pāru skaits.

Sinhronie dzinēji griežas ar sinhrono ātrumu, asinhronie dzinēji griežas lēnāk. 2 polu dzinējam pie 50 Hz sinhronais ātrums ir 3000 apgr/min, 4 polu dzinējam — 1500 apgr/min. Kamēr nebija izgudroti frekvences pārveidotāji, maiņstrāvas dzinējam ātruma regulēšanas iespējas bija ļoti ierobežotas

Pietiekoši zemām frekvencēm no maiņstrāvas var darbināt arī līdzstrāvas dzinējus Tādus parasti lieto, ja nepieciešami lielāki apgriezieni, jo to ātrums nav atkarīgs no maiņstrāvas frekvences.

Asinhronais dzinējs

Asinhronie (indukcijas) dzinēji ir maiņstrāvas dzinēji, kas rotē ar ātrumu, kas ir nedaudz mazāks par sinhrono ātrumu (tāpēc asinhronie) un kuriem rotorā tiek inducēta strāva (lai radītu magnētisko lauku)(tāpēc indukcijas).

Asinhronais dzinējs sastāv no statora, kurā ir tinumi, un rotora, kurā parasti ir īsslēgti monolīta vara vai alumīnija "tinumi", bet var būt arī īsti tinumi, kurus pieslēdz ar kontaktgredzeniem (fāzu rotors). Fāzu rotors ir sarežģītāks, dārgāks un satur detaļas, kas nolietojas (kontaktgredzeni), taču tam ir iespējams samazināt starta strāvu, ieslēgšanas laikā virknē ar rotoru ieslēdzot rezistorus. Asinhrono dzinēju var uzskatīt par transformatoru ar vienu rotējošu tinumu (rotors). Rotorā inducētā strāva ir atkarīga no rotācijas ātruma. Ja tas ir vienāds ar sinhrono ātrumu, rotorā strāva neinducējas un stators strāvu nepatērē, taču dzinējs neattīsta nekādu griezes momentu. Ja rotors negriežas (ieslēgšanas laikā), tad tajā inducējas maksimālā iespējamā strāva un statora patērētā jauda ir līdz 10 reizēm lielāka par dzinēja nominālo jaudu. Dzinējiem ar fāžu rotoru šī iemesla dēļ, ieslēgšanas laikā, virknē ar rotora tinumiem ieslēdz rezistorus (lai samazinātu šo strāvu). Lietojot frekvences pārveidotāju parastam asinhronajam dzinējam, ieslēgšanas laikā var padot pazeminātas frekvences (un sprieguma) strāvu, kas arī samazina ieslēgšanas strāvu.

Ja asinhrono dzinēju (kas ir pieslēgts pie strāvas) griež ar ātrumu, kas ir lielāks par sinhrono ātrumu, tas var darboties kā ģenerators. Šādus asinhronos ģeneratorus lieto mazās elektrostacijās, jo to frekvence nav atkarīga no rotācijas ātruma. Asinhronie ģeneratori nevar darboties bez sākotnējā tīkla sprieguma, tie patērē reaktīvo jaudu.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Elektrodzinējs.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Mūsdienu Ukrainas enciklopēdijas raksts (ukrainiski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)