Toimialatietoa

Mikä on sähkömoottori?

Sähkömoottori on sähköenergiaa liike-energiaksi muuttava laite. Sähkömoottorin toiminta perustuu sähköisiin magneetteihin, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois. Sähkömoottori sisältää kaksi perusosaa, akselin mukana pyörivän roottorin ja paikallaan pysyvän staattorin. Sähköinen magneettikenttä voidaan saada aikaan staattorissa tai roottorissa. Vastaparina voidaan käyttää toista sähkömagneettia tai kestomagneettia.

Sähkömoottorin mitoituksen perusteena on jatkuvan käytön nimellismomentti. Hetkellisesti sähkömoottori kestää nimellismomenttia suurempaa kuormitusta. Rajoittavia tekijöitä ovat moottorin maksimimomentti ja lämmönsietokyky. Tähän puolestaan vaikuttaa se, miten sähkömoottori on jäähdytetty. Ilmajäähdytys on yksinkertainen, mutta ei toimi pienillä kierrosnopeuksilla niin tehokkaasti kuin nestejäähdytys.

Teollisuuden yleisin sähkömoottori on asynkroni-oikosulkumoottori

Teollisuudessa yleisin sähkömoottori on vaihtovirralla toimiva oikosulkumoottori, joka muodostaa staattoriin roottorin ympärillä pyörivän magneettikentän. Kenttä aiheuttaa induktiolla roottorin käämeihin virran, jolloin magnetoitunut roottori pyrkii seuraamaan staattorin pyörivää magneettivuota ja saa aikaan roottorin pyörimisliikkeen. Induktion hyödyntämisen takia oikosulkumoottoria kutsutaan myös induktiomoottoriksi. Nimitys oikosulkumoottori puolestaan tulee siitä, että roottorin navat ovat oikosuljettuja keskenään. Oikosulkumoottorissa syntyy energiahäviöitä, koska roottorin magnetointivirta otetaan pyörimisliikkeestä ja se pyörii hieman jäljessä vaihtovirran synnyttämään magneettikentän pyörimisnopeuteen verrattuna. Tämän vuoksi oikosulkumoottoria kutsutaan myös epätahtimoottoriksi.

Mitä muita sähkömoottorityyppeja on olemassa? 

Tasavirtamoottori toimii nimensä mukaisesti tasavirralla. Tasavirtamoottoreissa muuttuva sähkökenttä roottorissa saadaan aikaan vaihtamalla magneettien napaisuutta kommutaattorin eli sähkövirran suunnankääntäjän avulla. Tasavirtamoottoreita on sekä harjallisia että harjattomia.

• Harjallisissa tasavirtamoottoreissa napaisuuden vaihto tapahtuu mekaanisesti kommutaattorin harjojen avulla. Harjat ovat kuluvia osia, mikä lisää moottorin huoltotarvetta. Kommutaattorin harjat valmistetaan yleensä hiilestä tai metallista. Hiiliharjoja käytettäessä moottorin sisään syntyy hiilipölyä, mikä pitää saada puhallettua pois, jotta moottori ei tukkeudu.
• Harjattomissa tasavirtamoottoreissa roottori on kestomagnetoitu ja kommutaattori toimii sähköisesti, minkä ansiosta kuluminen ja huoltotarve on vähäistä. Moottorista tulee kuitenkin monimutkaisempi, koska harjaton DC-moottori tarvitsee ohjauselektroniikan, joka tuntee muun muassa roottorin asennon tarkasti.

Tahtimoottori eli synkronimoottori on vaihtovirralla toimiva sähkömoottori, joka pyörii täsmälleen vaihtovirran taajuuden ja koneen napaluvun määräämässä tahdissa. Tahtimoottoreiden hyötysuhde on yleensä muutaman prosentin parempi kuin induktiomoottoreiden, mikä tarkoittaa myös pienempiä lämpöhäviöitä. Tahtimoottoreita kutsutaan myös vierasmagnetoiduiksi moottoreiksi, koska roottori magnetoidaan johtamalla magnetointivirta erillisestä piiristä suoraan roottorin käämitykselle.

• Vierasmagnetoituja tahtimoottoreita käytetään silloin, kun tarvitaan suurta tehoa ja vääntömomenttia.

Kestomagneettitahtimoottorin roottorissa on kestomagneetit, jotka magnetoivat koneen. Magneetit voidaan asentaa joko roottorin pintaan liimaamalla tai upottamalla ne roottorilaminoinnin sisään. Kestomagneettimoottoreiden hyötysuhde on yleensä parempi kuin induktiomoottoreiden, sillä niiden roottorissa ei tapahdu juuri lainkaan häviöitä. Kestomagneettimoottorin vääntömomentti säilyy hyvänä myös mentäessä pienille pyörimisnopeuksille, eikä sen yhteyteen ei välttämättä tarvita alennusvaihteistoa. Suurissa nopeuksissa kestomagneettimoottoreiden käyttöä rajoittaa magneettien roottorissa kiinni pysyminen. 

Synkronireluktanssimoottori eroaa tavallisesta oikosulkumoottorista roottorin suhteen. Oikosulkuroottorin asemasta SynRM:n roottori koostuu akselin lisäksi yksinomaan meistetystä metallilevystä, jolla on kuitenkin erityinen rakenne. Siksi roottorissa ei ole kestomagneetteja eikä kupari- tai alumiinioikosulkusauvoja. Toisin kuin oikosulkumoottoreita, SynRM:ia ei voi käyttää suorassa sähkökäytössä, vaan sitä on ohjattava aina taajuusmuuttajan avulla. Rakenteen ansiosta synkronireluktanssimoottoreissa on pienet häviöt ja ne saavuttavat helposti IE4- ja IE5 -hyötysuhteen. Valmistuksessa ei myöskään tarvita harvinaisia maametalleja. 

Pienjännitemoottori vai korkeajännitemoottori?

Valinta pien- ja korkeajännitemoottorin välillä riippuu sovelluksen tehon tarpeesta: pienjännitemoottorit (Low Voltage Motors, alle 1000 V) sopivat yleisimpiin tarpeisiin, kun taas korkeajännitemoottorit (High Voltage Motors, 1000 V ja yli) löytävät paikkansa raskaista teollisuuden sovelluksista. Tutustu VEM pien- ja korkeajännitemoottoreihin »

Pienjännitemoottorit (LV) 

• Käyttökohteet: Laaja kirjo, teollisuuden yleiskäyttö, pumput, puhaltimet, pienemmät koneet.
• Jännite: Alle 1000 V (esim. 400 V).
• Edut: Suuri valikoima, helppo integroida taajuusmuuttajien kanssa (VFD) energiansäästöön ja nopeuden säätöön, energiatehokkuusstandardit (IE3, IE4, IE5).

Korkeajännitemoottorit (HV)

• Käyttökohteet: Raskaat teollisuuden sovellukset, kuten suuret kompressorit ja pumput.
• Jännite: Yli 1000 V, usein useita tuhansia voltteja.
• Edut: Tehokkaat suurille tehoille, usein suunniteltu kyseiseen kohteeseen

Valintakriteerit

• Teho: Sovelluksen tehon tarve määrää jännitetason.
• Energiatehokkuus: Molemmissa luokissa on erittäin tehokkaita (IE3, IE4, IE5) moottoreita.
• Ohjaus: Jos tarvitaan nopeuden säätöä tai pehmeää käynnistystä, taajuusmuuttaja yhdistettynä moottoriin on ratkaisu.

	VEM pienjännitemoottori
	VEM korkeajännitemoottori, käytetään laivan potkurin pyörittämiseen.

Lähde: Motiva ja VEM motors