Vierasmagnetoitu tahtimoottori
Tahtimoottori on sähkömoottori, joka pyörii täsmälleen vaihtovirran taajuuden ja koneen napaluvun määräämällä nopeudella.
Suuret, usein yli yhden megawatin tehoiset vaihtosähkömoottorit rakennetaan tahtimoottoreina sen vuoksi, että niiden hyötysuhde (noin 95 %) on muutaman prosentin parempi kuin oikosulkumoottoreiden. Prosentinkin häviöt merkitsevät megawattien teholuokassa 10–100 kW häviöitä, joka muuttuu moottorissa lämpöhäviöksi ja voi ylikuumentaa koneen.
Mekaniikka muokkaa
Vierasmagnetoiduissa moottoreissa staattorin ja roottorin ilmaväli voi myös olla suurempi. Oikosulkumoottorissa ilmavälin on oltava mahdollisimman pieni mahdollisimman suuren hyötysuhteen saavuttamiseksi – tämä johtuu siitä, että oikosulkumoottorin roottori magnetoituu staattorilta, ja hyötysuhde on sitä parempi mitä lähempänä staattori ja roottori ovat toisiaan. Vierasmagnetoiduissa moottoreissa taas voidaan käyttää suurempaa ilmaväliä, koska roottori magnetoidaan johtamalla magnetointivirta erillisestä piiristä suoraan roottorin käämitykselle.
Tahtimoottoreiden roottorit ovat myös huomattavasti oikosulkumoottoreita suurempia: niiden halkaisijat vaihtelevat tyypillisesti 1–5 metrin välillä, niin millimetreissä mitattavat ilmavälit tulevat valmistustekniikan rajoille. Käytännössä 1–5 metrin läpimittaisen roottorin massa on huomattavan suuri, ja siihen kohdistuu suuria keskipakoisvoimavaikutuksia, jotka voivat aiheuttaa koneen tärinää. Liian pienellä ilmavälillä keskipakoisvoimavaikutuksen vuoksi sivusuunnassa jopa useita millimetrejä liikkuva roottori voisi osua staattoriin ja näin aiheuttaa moottorin vaurioitumisen.
Käyttö muokkaa
Vierasmagnetoituja tahtimoottoreita käytetään silloin kun tarvitaan suurta tehoa ja vääntömomenttia. Tyypillisiä kohteita ovat valssit, laivamoottorit kuten Azipodit, kaivoshissit, kompressori- ja pumppumoottorit sekä jauhaimet.
Oheisessa kuvassa vierasmagnetoitu tahtimoottori on kytketty voimansiirtohihnalla käyttämään pölkynkuorintakonetta. Kuorintakoneen terän runko on massaltaan suuri eikä tarvitse suurta kierroslukua, mutta tarvitsee tehokkaan ja tasaisella kierrosluvulla pyörivän moottorin, tässä tapauksessa hiiliharjoilla magnetoitavaa roottoria käyttävä vierasmagnetoitu tahtimoottori.
Käyttö generaattorina muokkaa
Vierasmagnetoitu sähkömoottori ei rakenteeltaan eroa generaattorista muutoin kuin ulkoisen kytkennän osalta. Pyörittämällä sähkömoottoria ulkoisella voimalla se saadaan toimimaan generaattorina. Tahtikoneiden laajin käyttökohde ovat voimalaitosgeneraattorit, koska tahtigeneraattoreissa on hyvät säätömahdollisuudet niin tuotettavan sähkön määrän kuin laadunkin suhteen.
Magnetointi muokkaa
Vierasmagnetoitu tahtikone magnetoidaan roottorin napakäämin avulla, jota syötetään erillisellä muuttajalla. Käytännössä tahtikoneiden roottoreiden navat magnetoidaan tasavirralla joko ulkoisella sähkönsyötöllä hiiliharjojen avulla, tai akselille sijoitetaan apukone. Apukone on periaatteessa tasa- tai vaihtovirtageneraattori. Jos apukone on vaihtovirtageneraattori, niin tuotettava sähkö tasasuunnataan.
Generaattoreiden napakäämivirran säätöä käytetään verkon jännitteen säätämiseen. Napakäämivirran avulla voidaan vaikuttaa koneen tehokertoimeen. Ylimagnetoimalla konetta voidaan tuottaa loistehoa, esimerkiksi induktiokoneiden tarpeisiin. Kompensaattori on tahtikone, jota käytetään vain joko loistehon tuottamiseen tai absorboimiseen.
Tahtimoottori voidaan käynnistää induktiomoottorina ja kun saavutetaan lähes oikea pyörimisnopeus, vaihdetaan tahtimoottoritilaan kytkemällä napojen magnetointi päälle. Käynnistystä varten tahtimoottorien roottoreissa käytetään induktiokoneissa sovellettua häkkikäämitystä. Koneen pyöriessä samassa tahdissa magneettikentän kanssa ei indusoitumista enää tapahdu. Häkkikäämitystä sanotaan myös vaimennuskäämityksi, koska se lisää koneen stabiiliutta.