Elektromotor
Elektromotor je električni stroj koji pretvara električnu energiju u kružno gibanje. Dok je generator električni stroj koji pretvara kružno gibanje u električnu energiju. Prije izuma elektromotora za postizanje rada kružnim gibanjem koristili su se parni strojevi i motori na unutarnje izgaranje. Elektromotor nije još uvijek zamijenio spomenute strojeve u potpunosti, ali radi ekologije i politike moglo bi se reći da je to samo pitanje vremena. Elektromotori se dijele u sljedeće tipove:
Zamijećeni razvoj elektromotora započinje u 19. stoljeću. Povijesno gledano prvu značajniju primjenu je postignuo istosmjerni elektromotor pošto je upravljanje istosmjernog elektromotora jednostavnija od izmjeničnog elektromotora. Trenutno najprimjenjeniji elektromotor u industriji su asinkroni motori koje je izumio Nikola Tesla, a predmetni je patentiran krajem 19. stoljeća. Radi razvoja na području tehnologije upravljanja motora u modernim sustavima sve češće se primjenjuje motori sa permanentnim magnetima. Jedna od prednosti motora s permanentnim magnetima je bolji omjer snage po jedinici težine.
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE
Tip elektromotora za svoju primjenu se odabire na temelju svojih tehničkih karakteristika i ekonomske vrijednosti na tržištu. Radi razvoja tehnologije mijenja se cijena izrada motora te cijena komponenti upravljanja motora, što s vremenom dovodi do promjene odabira tipa elektromotora za određenu primjenu. Osnovne tehničke karakteristike elektromotora su:
| Naziv | Mjerna jedinica | Primjer |
| Napon | volt [V] | Perilica rublja: 230V ac 1pElektrični bicikli: 48V dc |
| Snaga | wat [W] | Perilica rublja: 270-426 WElektrični bicikl: 250-1250WRimac Nevera: prednji motori 2x 220 kW, zadnji motori 2×450 kWŠkoda 15T ForCity tramvaj: 16 x 46.6kW |
| Moment | [Nm] | Perilica rublja: 0.3 – 1.5 NmElektrični bicikl: 35 – 85 NmRimac Nevera: prednji motori svaki 270 Nm, zadnji motori svaki 900 Nm |
| Učinkovitost | posto [%] | Perilica rublja: 70-80%Asinkroni motor IE4: 62-97% |
| Način upravljanja | Momentom: osobni automobilBrzinom: tramvajPozicijom: CNC strojTehnološkom veličinom: konvejer u proizvodnoj linij neke od tvornica | |
| Brzina | okretaja u minuti [rpm] | Perilica rublja: 3400-14000 rpmAsinkroni motor: <3000 rpmVentilator za hlađenje računala: 300 – 1800 rpm |
U današnjem svijetu gdje je energetska učinkovitost bitna tema, efikasnost asinkronog motora koji je trenutno najčešće primijenjen je klasificirana. Ta klasifikacija se provodi na temelju norme “HRN IEC 60034-30 Rotacijski električni strojevi — Dio 30-1: Razredi učinkovitosti izmjeničnih motora koji se napajaju iz mreže (IE kod)”. Kroz Službeni list Europske unije propisana je klasa učinkovitosti motora koja se treba ugrađivati u nove sustave. Prihvatljiva učinkovitost elektromotora ovisi o njegovoj snazi. Predmetni Službeni list Europske unije stavlja različite zahtjeve ako se pogon s promjenjivom brzinom u odnosu na motore s fiksnom brzinom koji su trenutno češće primijenjeni.
PRIMJENA
Što se tiče primjene elektromotora nije teško nabrojiti u kojim sustavima se nalazi. Trenutno u medijima najpopularniji sustavi koji imaju elektromotor su električni automobili, romobili, bicikli, to jest osobna prijevozna sredstva. Spomenuti sustavi koji su se počeli razvijati sa razvojem baterije jer ovise o energiji iz nje. Moderne aplikacije u kojima se koristi baterija za napajanje često imaju zahtjev za što manjom težinom motora. Kao primjer zahtjeva za što manjom težinom električnog motora su električni bicikli i dronovi koji koriste motore bez četkica (brushless). Dok kod auta elektrifikacija postojećih vozila koja su primarno bili proizvedeni sa motorom na unutarnje izgaranje nije zaživjelo. Kod bicikla se može vidjeti na cestama reprezentativan uzorak dogradnje elektro pogona na klasične bicikla.
U ranim danima razvoja elektromotora prvo su se počeli razvijati javna prijevozna sredstva (tramvaju i vlakovi) koja nisu trebala baterije za napajanje jer su se napajali preko vodova.
Servo motori imaju mogućnost preciznog i brzog pozicioniranja se koriste u raznim CNC strojevima (za obradu metala,drva,plastike itd.) te 3D printerima. Mogu piti projektirani da se napajaju istosmjernim ili izmjeničnim naponom. Bitna karakteristika servo motora je koliku težinu mogu podići na udaljenost od svoje osovine (npr. servo snage 5 kg/cm može podići teret od 5 kg koji je 1 cm udaljen od njegove osovine).
UPRAVLJANJE
Najčešća primjena elektromotora u industriji je u načinu rada gdje motor radi u statičkoj radnoj točki (npr. konstanta brzina vrtnje). Za takav način rada potrebno je odabrati dobru brzinu motora i po potrebi reduktor. Kod manjih snaga se motori u takvim primjena pogone direktnim uklopom. Veće snage pri pokretanju direktnim uklopom imaju problem s velikom poteznom strujom. Rješenje problema potezne struje se rješava zvijezda/trokut uklopom ili novije rješenje s mekim upuštačem (soft starter).
Motori koji ne rade u statičkoj radnoj točki pokreću se uređajima učinske elektronike koji mijenjaju napon, frekvenciju i struju. Takvi uređaji se nazivaju pretvarači frekvencija ili drive-ovi. Kod dinamičkog upravljanja elektromotorima potrebno je odabrati da li želimo upravljati s povratnom vezom ili bez nje. Povratna veza je tip upravljanja kada se mjeri procesna vrijednost te na temelju nje određuje da li treba povećati ili smanjiti neku od ulazne vrijednosti (napon, frekvencija ili struja) na elektromotor.
Za kompleksne algoritme upravljanja elektromotora se koriste PLC uređaji. Kompleksni algoritmi upravljanja mogu se bazirati na povratnim vezama iz sustava, koji govore kako upravljati motorom. Svaki dodatni senzor poskupljuje sustav i dodaje element koji ima mogućnost da se pokvari. Ako se određena procesna veličina ne mjeri to jest sustav nema senzor, to se naziva upravljanje bez senzora (eng. sensorless) te se predmetna velićina aproksimira ili vremenskim zateže.
ŽIVOTNI VIJEK
Kao i kod svakog drugog stroja životni vijek elektromotora uvelike ovisi o uvjetima u kojima radi (vlažnost, temperatura,korozija itd.), satima rada i kvaliteta električne energije kojom se napaja. Kada se bilo koja komponenta motora istroši iznad točke ekonomičnosti popravak ili zamjena istrošenog dijela, ekonomski vijek motora završava. Ovisno o veličini i izvedbi motora gdje se nalazi granica ekonomskog vijeka motora. Kao primjer već istrošenost ležajeva može završiti ekonomski vijek motora kod manjih motora.
Porasta radne temperature iznad nazivne za koju je motor projektiran, životni vijek izolacije namota se smanji. To može navesti na pogrešnu pomisao da je kupnja novih motora projektiranih za više temperature povećati životni vijek motora. Ovo nije uvijek istina, jer novi motori dizajnirani s izolacijom namota za više temperature zapravo možda rade na višim unutarnjim temperaturama motora.
Kod motora velikih snaga ili motori specifične izvedbe koji se izrađuju za posebnu primjenu korisno je misliti na sustav nadzora elektromotora. Takav sustav omogućava prediktivno održavanje motora, produljuje životni vijek motora te smanjuje nenadane kvarove. Sustav nadzora elektro motora pomoću senzora prikuplja informacije o stanju motora (npr. vibracije na osovini, napon, struju, elektromagnetsko polje u zračnom rasporu itd.) te na temelju njih javlja alarme te pruži informacije temelju kojih se može planirati održavanje.
Elektromotor je stroj bez kojega današnja industrija je nezamisliva. Optimizacija i smanjenje radne snage u industriji pokazuje trend povećanje broja elektromotora u budućnosti. Trend korištenja elektromotora u osobnom transportu je na svjetsku pozornicu dovela auto industrija. Dok u javnom transportu je elektromotor kroz željeznički promet dugo priznato rješenje. U velikim metropolama europe u zadnjih par godina električni bicikli i romobili se eksponancijalno povećavaju svoj udjel u transportu stanovništva.