Elektrisk motor

För andra typer av motorer, se Motor (disambiguation) .

"Elektrisk motor" omdirigerar hit. För en järnvägsmotor, se Ellokomotiv .

Animation som visar driften av en borstad likströmsmotor

En elmotor är en elektrisk maskin som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi . De flesta elmotorer fungerar genom interaktionen mellan motorns magnetfält och elektrisk ström i en trådlindning för att generera kraft i form av vridmoment som appliceras på motorns axel. En elektrisk generator är mekaniskt identisk med en elektrisk motor, men arbetar med ett omvänt flöde av kraft och omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi.

Elmotorer kan drivas av likströmskällor (DC), såsom från batterier eller likriktare , eller av växelströmskällor (AC), såsom ett elnät, växelriktare eller elektriska generatorer.

Elektriska motorer kan klassificeras efter överväganden såsom typ av kraftkälla, konstruktion, tillämpning och typ av rörelseeffekt. De kan drivas med växelström eller likström, vara borstade eller borstlösa , enfasiga , tvåfasiga eller trefasiga , axiellt eller radiellt flöde, och kan vara luftkylda eller vätskekylda.

Standardiserade motorer ger bekväm mekanisk kraft för industriell användning. De största används för fartygsframdrivning, kompression av rörledningar och applikationer för pumpad lagring med en effekt som överstiger 100 megawatt .

Tillämpningar inkluderar industriella fläktar, fläktar och pumpar, verktygsmaskiner, hushållsapparater, elverktyg, fordon och diskenheter. Små motorer kan finnas i elektriska klockor. I vissa tillämpningar, till exempel vid regenerativ bromsning med dragmotorer , kan elmotorer användas omvänt som generatorer för att återvinna energi som annars skulle kunna gå förlorad som värme och friktion.

Elmotorer producerar linjär eller roterande kraft ( vridmoment ) avsedd att driva fram någon extern mekanism, såsom en fläkt eller en hiss. En elmotor är i allmänhet utformad för kontinuerlig rotation, eller för linjär rörelse över ett betydande avstånd jämfört med dess storlek. Magnetiska solenoider är också givare som omvandlar elektrisk kraft till mekanisk rörelse, men kan producera rörelse över endast ett begränsat avstånd.

Historia

Huvudartikel: Elmotorns historia

Tidiga motorer

Faradays elektromagnetiska experiment, 1821, den första demonstrationen av omvandlingen av elektrisk energi till rörelse

Innan moderna elektromagnetiska motorer undersöktes experimentella motorer som arbetade med elektrostatisk kraft. De första elmotorerna var enkla elektrostatiska enheter som beskrevs i experiment av den skotske munken Andrew Gordon och den amerikanske experimenteraren Benjamin Franklin på 1740-talet. Den teoretiska principen bakom dem, Coulombs lag , upptäcktes men publicerades inte av Henry Cavendish 1771. Denna lag upptäcktes oberoende av Charles-Augustin de Coulomb 1785, som publicerade den så att den nu är känd med hans namn. På grund av svårigheten att generera de höga spänningar de krävde, användes aldrig elektrostatiska motorer för praktiska ändamål.

Uppfinningen av det elektrokemiska batteriet av Alessandro Volta 1799 möjliggjorde produktionen av ihållande elektriska strömmar. Hans Christian Ørsted upptäckte 1820 att en elektrisk ström skapar ett magnetfält, som kan utöva en kraft på en magnet. Det tog bara några veckor för André-Marie Ampère att utveckla den första formuleringen av den elektromagnetiska interaktionen och presentera Ampères kraftlag, som beskrev produktionen av mekanisk kraft genom växelverkan mellan en elektrisk ström och ett magnetfält.

Den första demonstrationen av effekten med en roterande rörelse gavs av Michael Faraday den 3 september 1821 i källaren på den kungliga institutionen . En fritt hängande tråd doppades i en kvicksilverpöl, på vilken en permanentmagnet (PM) placerades. När en ström gick genom tråden roterade tråden runt magneten, vilket visade att strömmen gav upphov till ett nära cirkulärt magnetfält runt tråden. Faraday publicerade resultaten av sin upptäckt i Quarterly Journal of Science och skickade kopior av hans papper tillsammans med modeller i fickformat av sin enhet till kollegor runt om i världen så att de också kunde bevittna fenomenet elektromagnetiska rotationer. Denna motor demonstreras ofta i fysikexperiment och ersätter saltlösning med (giftigt) kvicksilver. Barlows hjul var en tidig förfining av denna Faraday-demonstration, även om dessa och liknande homopolära motorer förblev olämpliga för praktisk tillämpning till sent på seklet.

Jedliks "elektromagnetiska självrotor", 1827 (Museum of Applied Arts, Budapest). Den historiska motorn fungerar fortfarande perfekt idag.

En elmotor presenterad för Kelvin av James Joule 1842, Hunterian Museum, Glasgow

År 1827 började den ungerska fysikern Ányos Jedlik experimentera med elektromagnetiska spolar . Efter att Jedlik löst de tekniska problemen med kontinuerlig rotation med uppfinningen av kommutatorn , kallade han sina tidiga enheter "elektromagnetiska självrotorer". Även om de endast användes för undervisning, demonstrerade Jedlik 1828 den första enheten som innehöll de tre huvudkomponenterna i praktiska DC- motorer: statorn , rotorn och kommutatorn. Enheten använde inga permanentmagneter, eftersom magnetfälten hos både de stationära och roterande komponenterna producerades enbart av strömmarna som flödade genom deras lindningar.

DC-motorer

Huvudartikel: DC-motor

Den första kommutatorlikströmsmotorn som kan vrida maskiner uppfanns av den brittiske vetenskapsmannen William Sturgeon 1832. Efter Sturgeons arbete byggdes en likströmsmotor av kommutatortyp av den amerikanska uppfinnaren Thomas Davenport och Emily Davenport , som han patenterade 1837. Motorerna gick i upp till 600 varv per minut och drev verktygsmaskiner och en tryckpress. På grund av den höga kostnaden för primär batterikraft , var motorerna kommersiellt misslyckade och Davenport gick i konkurs. Flera uppfinnare följde Sturgeon i utvecklingen av DC-motorer, men alla stötte på samma batterikostnadsproblem. Eftersom det inte fanns något eldistributionssystem vid den tiden, uppstod ingen praktisk kommersiell marknad för dessa motorer .

Efter många andra mer eller mindre framgångsrika försök med relativt svaga roterande och fram- och återgående apparater skapade preussiske/ryska Moritz von Jacobi den första riktiga roterande elmotorn i maj 1834. Den utvecklade en anmärkningsvärd mekanisk uteffekt. Hans motor satte ett världsrekord, som Jacobi förbättrade fyra år senare i september 1838. Hans andra motor var kraftfull nog att köra en båt med 14 personer över en bred flod. Det var också 1839/40 som andra utvecklare lyckades bygga motorer med liknande och då högre prestanda.

År 1855 byggde Jedlik en enhet med liknande principer som de som användes i hans elektromagnetiska självrotorer som var kapabel till användbart arbete. Han byggde en modell av elfordon samma år.

En stor vändpunkt kom 1864, när Antonio Pacinotti första gången beskrev ringarmaturen (även om den från början var tänkt i en DC-generator, dvs en dynamo). Detta innehöll symmetriskt grupperade spolar stängda om sig själva och kopplade till stavarna på en kommutator, vars borstar levererade praktiskt taget icke-fluktuerande ström. De första kommersiellt framgångsrika DC-motorerna följde utvecklingen av Zénobe Gramme som 1871 återuppfann Pacinottis design och anammade några lösningar av Werner Siemens .

En fördel för DC-maskiner kom från upptäckten av den elektriska maskinens reversibilitet, som tillkännagavs av Siemens 1867 och observerades av Pacinotti 1869. Gramme demonstrerade det av misstag i samband med världsutställningen i Wien 1873, när han kopplade ihop två sådana DC-enheter upp till 2 km från varandra, med en av dem som generator och den andra som motor.

Trumrotorn introducerades av Friedrich von Hefner-Alteneck från Siemens & Halske för att ersätta Pacinottis ringarmatur 1872, vilket förbättrade maskinens effektivitet. Den laminerade rotorn introducerades av Siemens & Halske året därpå, vilket uppnådde minskade järnförluster och ökade inducerade spänningar. År 1880 Jonas Wenström rotorn med slitsar för lindningen, vilket ytterligare ökade effektiviteten.

1886 uppfann Frank Julian Sprague den första praktiska likströmsmotorn, en gnistfri enhet som bibehöll relativt konstant hastighet under varierande belastningar. Andra elektriska uppfinningar från Sprague vid denna tid förbättrade avsevärt eldistributionen för nätet (tidigare arbete utfört medan han anställdes av Thomas Edison ), gjorde det möjligt att återföra ström från elektriska motorer till det elektriska nätet, förutsatt elektrisk distribution till vagnar via luftledningar och vagnstolpen, och tillhandahållit styrsystem för elektrisk drift. Detta gjorde det möjligt för Sprague att använda elmotorer för att uppfinna det första elektriska vagnsystemet 1887–88 i Richmond, Virginia , den elektriska hissen och kontrollsystemet 1892 och den elektriska tunnelbanan med oberoende drivna centralt styrda bilar. De senare installerades först 1892 i Chicago av South Side Elevated Railroad , där den blev populärt känd som " L ". Spragues motor och relaterade uppfinningar ledde till en explosion av intresse och användning inom elmotorer för industrin. Utvecklingen av elektriska motorer med acceptabel effektivitet försenades i flera decennier på grund av att man inte insåg den extrema betydelsen av ett luftgap mellan rotorn och statorn. Effektiva konstruktioner har en jämförelsevis liten luftspalt. St. Louis-motorn, som länge använts i klassrum för att illustrera motoriska principer, är ineffektiv av samma anledning, och den ser inte ut som en modern motor.

Elmotorer revolutionerade industrin. Industriella processer var inte längre begränsade av kraftöverföring med ledningsaxlar, remmar, tryckluft eller hydrauliskt tryck. Istället kan varje maskin utrustas med sin egen kraftkälla, vilket ger enkel kontroll vid användning och förbättrar kraftöverföringseffektiviteten. Elmotorer som används i jordbruket eliminerade mänsklig och djurs muskelkraft från sådana uppgifter som att hantera spannmål eller pumpa vatten. Hushållsanvändning (som i tvättmaskiner, diskmaskiner, fläktar, luftkonditioneringsapparater och kylskåp (ersätter islådor )) av elmotorer minskade tungt arbete i hemmet och gjorde högre standarder för bekvämlighet, komfort och säkerhet möjliga. Idag förbrukar elmotorer mer än hälften av den elenergi som produceras i USA.

AC-motorer

Huvudartikel: AC-motor

År 1824 formulerade den franske fysikern François Arago existensen av roterande magnetfält , kallade Aragos rotationer , som, genom att manuellt slå på och av strömbrytare, visade Walter Baily 1879 som i praktiken den första primitiva induktionsmotorn . På 1880-talet försökte många uppfinnare utveckla fungerande växelströmsmotorer eftersom AC:s fördelar vid långdistansöverföring av högspänning kompenserades av oförmågan att driva motorer på växelström.

Den första växelströmskommutatorlösa induktionsmotorn uppfanns av Galileo Ferraris 1885. Ferraris kunde förbättra sin första design genom att producera mer avancerade inställningar 1886. 1888 publicerade Royal Academy of Science of Turin Ferraris forskning som beskriver grunderna för motorer drift, samtidigt som man vid den tiden drog slutsatsen att "apparaten baserad på den principen inte kunde vara av någon kommersiell betydelse som motor."

Möjlig industriell utveckling föreställdes av Nikola Tesla , som självständigt uppfann sin induktionsmotor 1887 och fick patent i maj 1888. Samma år presenterade Tesla sin artikel A New System of Alternate Current Motors and Transformers för AIEE som beskrev tre patenterade tvåfas fyrstator-polig motortyper: en med en fyrpolig rotor som bildar en icke-självstartande reluktansmotor , en annan med en lindad rotor som bildar en självstartande induktionsmotor och den tredje en äkta synkronmotor med separat exciterad DC-matning till rotorlindningen. Ett av de patent som Tesla lämnade in 1887 beskrev dock också en kortsluten-lindad-rotor-induktionsmotor. George Westinghouse , som redan hade förvärvat rättigheter från Ferraris (1 000 USD), köpte omedelbart Teslas patent (60 000 USD plus 2,50 USD per såld hk, betald fram till 1897), anställde Tesla för att utveckla sina motorer och gav CF Scott i uppdrag att hjälpa Tesla ; Tesla lämnade dock för andra sysselsättningar 1889. AC-induktionsmotorn med konstant hastighet visade sig inte vara lämplig för gatubilar, men Westinghouse-ingenjörer anpassade den framgångsrikt för att driva en gruvdrift i Telluride, Colorado 1891. Westinghouse uppnådde sin första praktiska induktion motor 1892 och utvecklade en serie flerfasiga 60 hertz induktionsmotorer 1893, men dessa tidiga Westinghouse-motorer var tvåfasmotorer med lindade rotorer. BG Lamme utvecklade senare en roterande stånglindningsrotor.

Fast i sitt främjande av trefasutveckling, uppfann Mikhail Dolivo-Dobrovolsky den trefasiga induktionsmotorn 1889, av båda typerna bur-rotor och lindad rotor med startreostat, och trebenstransformatorn 1890. Efter en överenskommelse. mellan AEG och Maschinenfabrik Oerlikon utvecklade Doliwo-Dobrowolski och Charles Eugene Lancelot Brown större modeller, nämligen en 20-hk ekorrbur och en 100-hk sårrotor med startreostat. Dessa var de första trefasa asynkronmotorerna lämpliga för praktisk drift. Sedan 1889 startades liknande utvecklingar av trefasmaskiner Wenström. På Frankfurt International Electrotechnical Exhibition 1891 presenterades det första långdistans trefassystemet framgångsrikt. Den var klassad till 15 kV och sträckte sig över 175 km från vattenfallet Lauffen vid Neckarfloden. Lauffen kraftstation inkluderade en 240 kW 86 V 40 Hz generator och en step-up transformator medan en step-down transformator på utställningen matade en 100 hk trefas induktionsmotor som drev ett konstgjort vattenfall, vilket representerade överföringen av originalet kraftkälla. Trefasinduktionen används nu för de allra flesta kommersiella tillämpningar. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky hävdade att Teslas motor inte var praktisk på grund av tvåfaspulseringar, vilket fick honom att fortsätta i sitt trefasarbete.

General Electric Company började utveckla trefasa induktionsmotorer 1891. År 1896 undertecknade General Electric och Westinghouse ett korslicensavtal för designen av stånglindningsrotor, senare kallad ekorrburrotorn . Induktionsmotorförbättringar som härrörde från dessa uppfinningar och innovationer var sådana att en 100- hästkrafters induktionsmotor för närvarande har samma monteringsmått som en 7,5-hästkraftsmotor 1897.

Tjugohundratalet

År 2022 uppskattades försäljningen av elmotorer till 800 miljoner enheter, vilket ökade med 10 % årligen. Elmotorer förbrukar ~50% av världens elektricitet.

Komponenter

Elmotorrotor (vänster) och stator (höger)

De två mekaniska delarna av en elmotor är rotorn som rör sig och statorn som inte gör det. Den innehåller också två elektriska delar, en uppsättning magneter och ett ankare, varav den ena är fäst vid rotorn och den andra till statorn, tillsammans bildar en magnetisk krets :

• Fältmagneter - Magneterna skapar ett magnetfält som passerar genom ankaret. Dessa kan vara elektromagneter eller permanentmagneter . Fältmagneten sitter vanligtvis på statorn och ankaret på rotorn, men i vissa typer av motorer är dessa omvända.

Kullager

Rotorn stöds av lager , som gör att rotorn kan vridas på sin axel. Lagren stöds i sin tur av motorhuset.

Rotor

Huvudartikel: Rotor (elektrisk)

Rotorn är den rörliga delen som levererar den mekaniska kraften. Rotorn håller vanligtvis ledare som bär strömmar, som statorns magnetfält utövar kraft på för att vrida axeln. Alternativt bär vissa rotorer permanentmagneter, och statorn håller ledarna. Permanenta magneter erbjuder hög effektivitet över ett större driftshastighet och effektområde.

Ett luftgap mellan statorn och rotorn gör att den kan vridas. Spaltens bredd har en betydande effekt på motorns elektriska egenskaper. Den görs i allmänhet så liten som möjligt, eftersom ett stort gap försvagar prestandan. Det är huvudkällan till den låga effektfaktorn som motorer arbetar med. Magnetiseringsströmmen ökar och effektfaktorn minskar med luftgapet, så smala gap är bättre . Omvänt kan luckor som är för små orsaka mekaniska problem utöver buller och förluster.

Motoraxeln sträcker sig genom lagren till utsidan av motorn, där belastningen appliceras. Eftersom krafterna från lasten utövas utanför det yttersta lagret, sägs lasten vara överhängande.

Stator

Huvudartikel: Stator

Statorn omger rotorn och innehåller vanligtvis fältmagneter, som antingen är elektromagneter som består av trådlindningar runt en ferromagnetisk järnkärna eller permanentmagneter . Dessa skapar ett magnetfält som passerar genom rotorankaret och utövar kraft på lindningarna. Statorkärnan består av många tunna metallplåtar som är isolerade från varandra, så kallade lamineringar. Dessa lamineringar är gjorda av elektriskt stål som har en specificerad magnetisk permeabilitet, hysteres och mättnad. Lamineringar används för att minska förluster som skulle bli resultatet av inducerade cirkulerande virvelströmmar som skulle flyta om en solid kärna användes. Nätdrivna AC-motorer immobiliserar vanligtvis ledningarna i lindningarna genom att impregnera dem med lack i vakuum. Detta förhindrar att trådarna i lindningen vibrerar mot varandra vilket skulle slita på trådisoleringen och göra att den går sönder i förtid. Hartspackade motorer, som används i nedsänkbara pumpar med djupa brunnar, tvättmaskiner och luftkonditioneringsapparater, kapslar in statorn i plastharts för att förhindra korrosion och/eller minska ledt buller.

Salient-pol rotor

Armatur

Se även: Elektromagnetisk spole

Ankaret består av trådlindningar på en ferromagnetisk kärna . Elektrisk ström som passerar genom tråden gör att magnetfältet från fältmagneten utövar en kraft ( Lorentz-kraft ) på den, vilket vrider rotorn, som levererar den mekaniska effekten. Lindningar är ledningar som läggs i spolar , vanligtvis lindade runt en laminerad, mjuk ferromagnetisk kärna av järn för att bilda magnetiska poler när de aktiveras med ström.

Elektriska maskiner kommer i framträdande och icke-framträdande polkonfigurationer. I en motor med framträdande poler har de ferromagnetiska kärnorna på rotorn och statorn projektioner som kallas poler vända mot varandra, med en tråd som slingrar sig runt varje pol under polytan, som blir nord- eller sydpoler av magnetfältet när ström flyter genom tråden . I en motor med icke-utskjutande pol (eller fördelat fält eller rund rotor) är den ferromagnetiska kärnan en slät cylinder, med lindningarna jämnt fördelade i slitsar runt omkretsen. Tillförsel av växelström i lindningarna skapar poler i kärnan som roterar kontinuerligt. En motor med skuggad pol har en lindning runt en del av polen som fördröjer fasen av magnetfältet för den polen.

Kommutator

Huvudartikel: Kommutator (elektrisk)

Kommutator i en universalmotor från en dammsugare. Delar: (A) kommutator, (B) borste

En kommutator är en roterande elektrisk strömbrytare som matar ström till rotorn. Den vänder periodiskt strömflödet i rotorlindningarna när axeln roterar. Den består av en cylinder som består av flera metallkontaktsegment på ankaret . Två eller flera elektriska kontakter som kallas " borstar " gjorda av ett mjukt ledande material som kol pressar mot kommutatorn. Borstarna kommer i glidkontakt med på varandra följande kommutatorsegment när de roterar och tillför ström till rotorn. Lindningarna på rotorn är anslutna till kommutatorsegmenten. Kommutatorn vänder periodiskt strömriktningen i rotorlindningarna med varje halvvarv (180°), så vridmomentet som appliceras på rotorn är alltid i samma riktning. Utan denna strömomkastning skulle vridmomentriktningen på varje rotorlindning vända för varje halvvarv, så att rotorn stannar. Kommutatorer är ineffektiva och kommuterade motorer har mestadels ersatts av borstlösa likströmsmotorer , permanentmagnetmotorer och induktionsmotorer .

Motorförsörjning och styrning

Motorförsörjning

En DC-motor försörjs vanligtvis genom en delad ringkommutator enligt beskrivningen ovan.

AC-motorers kommutering kan uppnås med antingen en släpringskommutator eller extern kommutering. Det kan vara av typ fast hastighet eller variabel hastighet, och kan vara synkron eller asynkron. Universalmotorer kan köras på antingen AC eller DC.

Motor kontroll

DC-motorer kan drivas med variabel hastighet genom att justera spänningen som appliceras på plintarna eller genom att använda pulsbreddsmodulering (PWM).

AC-motorer som drivs med en fast hastighet drivs vanligtvis direkt från elnätet eller genom motorns mjukstartare .

AC-motorer som drivs med variabel hastighet drivs med olika växelriktare , frekvensomriktare eller elektroniska kommutatorteknologier.

Termen elektronisk kommutator förknippas vanligtvis med självkommuterande borstlös likströmsmotor och switchade reluktansmotorapplikationer .

Typer

Elmotorer fungerar på en av tre fysiska principer: magnetism , elektrostatik och piezoelektricitet .

I magnetmotorer bildas magnetfält i både rotorn och statorn. Produkten mellan dessa två fält ger upphov till en kraft, och därmed ett vridmoment på motoraxeln. Ett, eller båda, av dessa fält måste ändras med rotorns rotation. Detta görs genom att sätta på och stänga av stolparna vid rätt tidpunkt, eller genom att variera stavens styrka.

Huvudtyperna är DC-motorer och AC-motorer, där den senare ersätter den förra.

AC-elektriska motorer är antingen asynkrona eller synkrona.

När den väl startat kräver en synkronmotor synkronisering med det rörliga magnetfältets hastighet för alla normala vridmomentförhållanden.

I synkrona maskiner måste magnetfältet tillhandahållas på annat sätt än induktion, såsom från separat exciterade lindningar eller permanentmagneter.

En motor med fraktionerad hästkraft har antingen en klassificering under cirka 1 hästkrafter (0,746 kW), eller är tillverkad med en standardramstorlek som är mindre än en standardmotor på 1 HP. Många hushålls- och industrimotorer är i klassen fraktionerad hästkraft.

Typ av motorkommutering

Självkommuterande			Externt kommuterad
Mekanisk kommutator		Elektronisk kommutator	Asynkron	Synkron 2
AC	DC	AC 5 , 6	AC 6
Universal (AC-kommutatorserie eller AC/DC) 1 Repulsion	Elektriskt upphetsad: Separat upphetsad Serier Shunt Förening PM	PM-rotor: BLDC Ferromagnetisk rotor: SRM	Tre fas: SCIM 3 , 8 WRIM 4 , 7 , 8 Tvåfas (kondensor) En fas: Hjälplindning (delad fas: motstånd eller kondensatorstart) Skuggad stolpe Asymmetrisk stator	WRSM , PMSM eller BLAC: IPMSM SPMSM SyRM Hysteres Hybrid: SyRM-PM hybrid Hysteres-motvilja Stepper
Enkel elektronik	Likriktare, linjär(a) transistor(er) eller DC-chopper	Mer genomarbetad elektronik	Mest genomarbetade elektronik ( VFD ), när den tillhandahålls

Anmärkningar:

• Rotationen är oberoende av AC-spänningens frekvens.
• Rotation är lika med synkron hastighet (motor-stator-fälthastighet).
• I SCIM är rotation med fast hastighet lika med synkron hastighet, mindre slirhastighet.
• I halkfria energiåtervinningssystem används WRIM vanligtvis för motorstart men kan användas för att variera lasthastigheten.
• Drift med variabel hastighet.
• Medan induktions- och synkronmotordrivningar vanligtvis har antingen sex-stegs eller sinusformad vågform, är BLDC-motordrivningar vanligtvis med trapetsformad strömvågform; beteendet hos både sinusformade och trapetsformade PM-maskiner är dock identiskt vad gäller deras grundläggande aspekter.
• Vid drift med variabel hastighet används WRIM i slirenergiåtervinning och dubbelmatade induktionsmaskiner.
• En burlindning är en kortsluten ekorrburrotor, en lindad lindning är ansluten externt genom släpringar.
• Mestadels enfas med några trefasiga.

Förkortningar:

• BLAC – Borstlös AC
• BLDC – Borstlös DC
• BLDM – Borstlös DC-motor
• EC – Elektronisk kommutator
• PM – Permanent magnet
• IPMSM – Interiör permanentmagnet synkronmotor
• PMSM – Permanent magnet synkronmotor
• SPMSM – Yt permanent magnet synkronmotor
• SCIM – induktionsmotor för ekorrbur
• SRM – Switchad reluktansmotor
• SyRM – Synkron reluktansmotor
• VFD – Frekvensomriktare
• WRIM – Wound-rotor induktionsmotor
• WRSM – Synkronmotor med lindad rotor
• LRA – Locked-rotor amps: Den ström du kan förvänta dig under startförhållanden när du lägger på full spänning. Det inträffar omedelbart under uppstart.
• RLA – Nominell belastning ampere: Den maximala ström som en motor bör dra under alla driftsförhållanden. Ofta felaktigt kallad löplastförstärkare, vilket får folk att felaktigt tro att motorn alltid ska dra dessa förstärkare.
• FLA – Full-load amps: Ändrade 1976 till "RLA - rated-load amps".

Självkommuterande motor

Borstad DC-motor

Huvudartikel: DC-motor

De flesta DC-motorer är små permanentmagneter (PM). De innehåller en borstad intern mekanisk kommutering för att vända motorlindningarnas ström synkront med rotation.

Elektriskt exciterad DC-motor

Huvudartikel: Borstad likströmsmotor

Funktioner av en borstad elmotor med en tvåpolig rotor och PM-stator. ("N" och "S" betecknar polariteter på magneternas insida, yttersidorna har motsatta polariteter.)

En kommuterad DC-motor har en uppsättning roterande lindningar lindade på ett ankare monterat på en roterande axel. Axeln bär även kommutatorn. Således har varje borstad DC-motor växelström som flyter genom sina lindningar. Ström flyter genom ett eller flera par borstar som berör kommutatorn; borstarna ansluter en extern elektrisk kraftkälla till det roterande ankaret.

Det roterande ankaret består av en eller flera trådspolar lindade runt en laminerad, magnetiskt "mjuk" ferromagnetisk kärna. Ström från borstarna strömmar genom kommutatorn och en lindning på ankaret, vilket gör den till en tillfällig magnet (en elektromagnet ). Det magnetiska fältet som produceras interagerar med ett stationärt magnetfält som produceras av antingen PM:er eller en annan lindning (en fältspole), som en del av motorramen. Kraften mellan de två magnetfälten roterar axeln. Kommutatorn växlar ström till spolarna när rotorn svänger, vilket hindrar polerna från att någonsin vara helt i linje med statorfältets magnetiska poler, så att rotorn fortsätter att rotera så länge som ström tillförs.

Många av begränsningarna hos den klassiska kommutatorns DC-motor beror på behovet av borstar för att hålla kontakten med kommutatorn, vilket skapar friktion. Borstarna skapar gnistor medan de korsar de isolerande gapen mellan kommutatorsektionerna. Beroende på kommutatordesignen kan borstarna skapa kortslutningar mellan intilliggande sektioner - och därmed spoländarna. Dessutom gör rotorspolarnas induktans att spänningen över var och en ökar när dess krets öppnas, vilket ökar gnistbildningen. Denna gnistbildning begränsar maskinens maximala hastighet, eftersom alltför snabb gnistbildning kommer att överhettas, erodera eller till och med smälta kommutatorn. Strömtätheten per ytenhet för borstarna, i kombination med deras resistivitet , begränsar motorns effekt. Att korsa luckorna genererar också elektriskt brus ; gnistbildning genererar RFI . Borstar slits så småningom ut och kräver byte, och själva kommutatorn är föremål för slitage och underhåll eller utbyte. Kommutatoraggregatet på en stor motor är ett kostsamt element, som kräver precisionsmontering av många delar. På små motorer är kommutatorn vanligtvis permanent integrerad i rotorn, så att byta ut den kräver vanligtvis att rotorn byts ut.

Medan de flesta kommutatorer är cylindriska, är vissa platta, segmenterade skivor monterade på en isolator.

Stora borstar skapar en stor kontaktyta, vilket maximerar motoreffekten, medan små borstar har låg massa för att maximera hastigheten med vilken motorn kan köras utan överdriven gnistbildning. (Små borstar är önskvärda för sin lägre kostnad.) Styvare borstfjädrar kan användas för att få borstar av en given massa att arbeta med högre hastighet, trots större friktionsförluster (lägre verkningsgrad) och accelererat borst- och kommutatorslitage. Därför innebär DC-motorborstdesign en kompromiss mellan uteffekt, hastighet och effektivitet/slitage.

DC-maskiner definieras enligt följande:

• Armaturkrets – En lindning som bär lasten, antingen stationär eller roterande.
• Fältkrets – En uppsättning lindningar som alstrar ett magnetfält.
• Kommutering: En mekanisk teknik där likriktning kan uppnås, eller från vilken DC kan härledas.

A: shunt B: serie C: sammansatt f = fältspole

De fem typerna av borstad DC-motor är:

• Shunt-sår
• Serie-lindad
• Sammansättning (två konfigurationer):
  • Kumulativ förening
  • Differentiellt sammansatt
• Permanent magnet (ej visad)
• Separat exciterad (visas inte).

Permanentmagnet

Huvudartikel: Permanent-magnet elektrisk motor

En permanentmagnetmotor (PM) har ingen fältlindning på statorramen, utan förlitar sig istället på PM:er för att tillhandahålla magnetfältet. Kompenserande lindningar i serie med ankaret kan användas på stora motorer för att förbättra kommuteringen under belastning. Detta fält är fast och kan inte justeras för hastighetskontroll. PM-fält (statorer) är praktiska i miniatyrmotorer för att eliminera strömförbrukningen för fältlindningen. De flesta större likströmsmotorer är av typen "dynamo", som har statorlindningar. Historiskt sett kunde PM inte fås att behålla högt flöde om de togs isär; fältlindningar var mer praktiska för att erhålla det nödvändiga flödet. Men stora PM är dyra, liksom farliga och svåra att montera; detta gynnar sårfält för stora maskiner.

För att minimera den totala vikten och storleken kan miniatyr PM-motorer använda högenergimagneter gjorda av neodym ; de flesta är neodym-järn-bor-legeringar. Med sin högre flödestäthet är elektriska maskiner med högenergi-PM:er åtminstone konkurrenskraftiga med alla optimalt designade enkelmatade synkron- och induktionselektriska maskiner. Miniatyrmotorer liknar strukturen i illustrationen, förutom att de har minst tre rotorpoler (för att säkerställa start, oavsett rotorposition) och deras yttre hölje är ett stålrör som magnetiskt förbinder utsidan av de krökta fältmagneterna.

Elektronisk kommutator (EC)

Borstlös DC

Huvudartikel: Borstlös likströmsmotor

Vissa av problemen med den borstade DC-motorn elimineras i BLDC-designen. I denna motor ersätts den mekaniska "roterande omkopplaren" eller kommutatorn av en extern elektronisk omkopplare synkroniserad med rotorns position. BLDC-motorer är vanligtvis 85 %+ effektiva och når upp till 96,5 %, medan borstade likströmsmotorer vanligtvis är 75–80 % effektiva.

BLDC-motorns karakteristiska trapetsformade motelektromotoriska kraft (CEMF)-vågform härleds dels från att statorlindningarna är jämnt fördelade, och dels från placeringen av rotorns permanentmagneter. Även känd som elektroniskt kommuterade DC- eller in-ut-likströmsmotorer, kan statorlindningarna på trapetsformade BLDC-motorer vara enfasiga, tvåfasiga eller trefasiga och använda Halleffektsensorer monterade på sina lindningar för rotorpositionsavkänning och låg kostnad stängd -slingkommutatorkontroll .

BLDC-motorer används ofta där exakt hastighetskontroll är nödvändig, som i datorer eller videobandspelare. Spindlarna inom CD, CD-ROM (etc.)-enheter och mekanismer inom kontorsprodukter, såsom fläktar, laserskrivare och kopiatorer. De har flera fördelar jämfört med konventionella motorer:

• De är effektivare än AC-fläktar som använder motorer med skuggade poler, och körs mycket svalare än AC-ekvivalenterna. Denna coola operation leder till mycket förbättrad livslängd för fläktens lager.
• Utan en kommutator kan livslängden för en BLDC-motor vara betydligt längre jämfört med en borstad DC-motor med en kommutator. Kommutering tenderar att orsaka elektriskt brus och RF-brus; utan kommutator eller borstar kan en BLDC-motor användas i elektriskt känsliga enheter som ljudutrustning eller datorer.
• Samma Hall- effektsensorer som tillhandahåller kommuteringen kan ge en bekväm varvräknarsignal för styrning med sluten slinga (servostyrda) applikationer. I fläktar kan varvräknarsignalen användas för att härleda en "fläkt OK"-signal samt ge återkoppling av körhastighet.
• Motorn kan synkroniseras med en intern eller extern klocka, vilket ger exakt hastighetskontroll.
• BLDC-motorer gnistor inte, vilket gör dem bättre lämpade för miljöer med flyktiga kemikalier och bränslen. Gnistor genererar också ozon, som kan ansamlas i dåligt ventilerade byggnader.
• BLDC-motorer används vanligtvis i liten utrustning som datorer och används vanligtvis i fläktar för att ta bort värme.
• De låter lite, vilket är en fördel i utrustning som påverkas av vibrationer.

Moderna BLDC-motorer varierar i effekt från en bråkdel av en watt till många kilowatt. Större BLDC-motorer upp till cirka 100 kW används i elfordon. De finner också användning i elektriska modellflygplan .

Kopplad reluktansmotor

Huvudartikel: Switched reluktansmotor

6/4-polig reluktansmotor

Den switchade reluktansmotorn (SRM) har inga borstar eller permanentmagneter och rotorn har inga elektriska strömmar. Vridmoment kommer från en liten felinriktning av polerna på rotorn med polerna på statorn. Rotorn inriktar sig själv med statorns magnetfält, medan statorfältlindningarna aktiveras sekventiellt för att rotera statorfältet.

Det magnetiska flödet som skapas av fältlindningarna följer den minsta magnetiska vägen och skickar flödet genom rotorpoler som är närmast statorns strömförsedda poler, och magnetiserar därigenom rotorns poler och skapar vridmoment. När rotorn svänger aktiveras olika lindningar, vilket håller rotorn i rörelse.

SRM används i vissa apparater och fordon.

Universal AC/DC motor

Huvudartikel: Universalmotor

Modern billig universalmotor, från en dammsugare. Fältlindningarna är mörka kopparfärgade, mot baksidan, på båda sidor. Rotorns laminerade kärna är grå metallic, med mörka slitsar för lindning av spolarna. Kommutatorn (delvis dold) har blivit mörk av användning; det är framåt. Den stora bruna gjutna plastbiten i förgrunden stöder borststyrningarna och borstarna (båda sidorna), samt det främre motorlagret.

En kommuterad, elektriskt exciterad, serie- eller parallelllindad motor kallas en universalmotor eftersom den kan konstrueras för att fungera på antingen växelström eller likström. En universalmotor kan fungera bra på växelström eftersom strömmen i både fält- och ankarspolarna (och därmed de resulterande magnetfälten) synkront omkastar polariteten, och följaktligen uppstår den resulterande mekaniska kraften i en konstant rotationsriktning.

fungerar vid normala kraftledningsfrekvenser och används ofta i subkilowattapplikationer. Universalmotorer utgjorde grunden för den traditionella järnvägstraktionsmotorn i elektriska järnvägar . I den här applikationen skulle användning av växelström på en motor konstruerad för att köras på DC uppleva effektivitetsförluster på grund av virvelströmsuppvärmning av deras magnetiska komponenter, särskilt motorfältets polstycken som, för DC, skulle ha använt solida (olaminerade) järn. De används nu sällan.

En fördel är att växelström kan användas på motorer som specifikt har högt startmoment och kompakt design om höga varvtal används. Däremot är underhållet högre och livslängden förkortas. Sådana motorer används i anordningar som inte är mycket använda och har höga krav på startmoment. Flera tryck på fältspolen ger (oprecis) stegvis hastighetskontroll. Hushållsblandare som annonserar många hastigheter kombinerar vanligtvis en fältspole med flera kranar och en diod som kan sättas in i serie med motorn (som gör att motorn går på halvvågslikriktad AC). Universalmotorer lämpar sig också för elektronisk hastighetskontroll och är därför ett val för enheter som hushållstvättmaskiner. Motorn kan agitera trumman (både framåt och bakåt) genom att växla fältlindningen i förhållande till ankaret.

Medan SCIMs inte kan vrida en axel snabbare än vad kraftledningsfrekvensen tillåter, kan universalmotorer köras med mycket högre hastigheter. Detta gör dem användbara för apparater som blandare, dammsugare och hårtorkar där hög hastighet och låg vikt är önskvärt. De används också ofta i bärbara elverktyg, såsom borrar, slipmaskiner, cirkel- och sticksågar, där motorns egenskaper fungerar bra. Många dammsugare och ogrästrimmermotorer överstiger 10 000 rpm , medan miniatyrslipmaskiner kan överstiga 30 000 rpm .

Externt kommuterad AC-maskin

Huvudartikel: AC-motor

AC-induktions- och synkronmotorer är optimerade för drift på enfas- eller flerfas sinusformade eller kvasi-sinusformade vågformseffekter, som t.ex. levereras för applikationer med fast hastighet av växelströmsnätet eller för applikationer med variabel hastighet från styrenheter med variabel frekvens ( VFD ) .

Induktionsmotor

Huvudartikel: Induktionsmotor

En induktionsmotor är en asynkron AC-motor där kraft överförs till rotorn genom elektromagnetisk induktion, ungefär som transformatorverkan. En induktionsmotor liknar en roterande transformator, eftersom statorn (stationär del) i huvudsak är transformatorns primärsida och rotorn (roterande del) är sekundärsidan. Flerfasiga induktionsmotorer används ofta inom industrin.

Stor 4 500 hk AC induktionsmotor

Bur och sårrotor

Induktionsmotorer kan delas in i Squirrel Cage Induction Motors (SCIM) och Wound Rotor Induction Motors (WRIM). SCIMs har en tung lindning som består av solida stänger, vanligtvis aluminium eller koppar, elektriskt anslutna med ringar i ändarna av rotorn. Stängerna och ringarna som helhet är ungefär som ett djurs roterande träningsbur.

Strömmar som induceras i denna lindning tillhandahåller rotorns magnetfält. Formen på rotorstängerna bestämmer hastighet-vridmoment-egenskaperna. Vid låga hastigheter är strömmen som induceras i ekorrburen nästan på linjefrekvens och tenderar att stanna i de yttre delarna av buren. När motorn accelererar blir slirfrekvensen lägre och mer ström når det inre. Genom att forma stängerna för att ändra motståndet hos lindningsdelarna i de inre och yttre delarna av buren, införs ett variabelt motstånd effektivt i rotorkretsen. De flesta sådana motorer använder emellertid enhetliga stänger.

I en WRIM är rotorlindningen gjord av många varv av isolerad tråd och ansluten till släpringar på motoraxeln. Ett externt motstånd eller annan styrenhet kan anslutas till rotorkretsen. Motstånd tillåter kontroll av motorhastigheten, även om de förbrukar betydande effekt. En omvandlare kan matas från rotorkretsen och returnera den slirfrekvenseffekt som annars skulle gå till kraftsystemet genom en växelriktare eller separat motorgenerator.

WRIMs används främst för att starta en hög tröghetsbelastning eller en last som kräver högt startmoment över hela hastighetsområdet. Genom att korrekt välja de resistorer som används i sekundärmotståndet eller släpringsstartaren kan motorn producera maximalt vridmoment vid en relativt låg matningsström från nollhastighet till full hastighet.

Motorhastigheten kan ändras eftersom motorns vridmomentkurva effektivt modifieras av mängden motstånd som är kopplat till rotorkretsen. Ökat motstånd sänker hastigheten för maximalt vridmoment. Om motståndet ökas bortom den punkt där det maximala vridmomentet inträffar vid noll varvtal, minskas vridmomentet ytterligare.

När den används med en last som har en vridmomentkurva som ökar med hastigheten, arbetar motorn med den hastighet där det vridmoment som utvecklas av motorn är lika med lastvridmomentet. En minskning av belastningen gör att motorn ökar hastigheten, medan en ökning av belastningen gör att motorn saktar ner tills belastningen och motorns vridmoment återigen är lika. På detta sätt försvinner glidförlusterna i de sekundära motstånden och kan vara betydande. Hastighetsregleringen och nettoeffektiviteten är dålig.

Momentmotor

Huvudartikel: Momentmotor

En vridmomentmotor kan arbeta på obestämd tid när den står stilla, det vill säga med rotorn blockerad från att rotera, utan att skadas. I detta driftläge applicerar motorn ett konstant vridmoment på lasten.

En vanlig applikation är matnings- och upptagningsspolmotorerna i en banddriven. I denna applikation, som drivs av en låg spänning, anbringar egenskaperna hos dessa motorer en stadig lätt spänning på tejpen oavsett om kapstanaren matar tejp förbi tejphuvudena eller inte. Drivna från en högre spänning (som ger ett högre vridmoment), kan vridmomentmotorer uppnå snabbspolning framåt och bakåt utan att kräva ytterligare mekanik som växlar eller kopplingar. I datorspelsvärlden används vridmomentmotorer i force feedback-rattar.

En annan vanlig tillämpning är att styra gasen på en förbränningsmotor med en elektronisk regulator. Motorn arbetar mot en returfjäder för att flytta gasreglaget i enlighet med regulatorns utgång. Den senare övervakar motorvarvtalet genom att räkna elektriska pulser från tändsystemet eller från en magnetisk pickup och, beroende på varvtalet, gör små justeringar av strömmängden. Om motorn saktar ner i förhållande till önskat varvtal ökar strömmen, producerar mer vridmoment, drar mot returfjädern och öppnar gasen. Skulle motorn gå för fort, minskar regulatorn strömmen, vilket gör att returfjädern dras tillbaka och minskar gasen.

Synkronmotor

Huvudartikel: Synkronmotor

En synkron elmotor är en AC-motor. Den inkluderar en rotor som snurrar med spolar som passerar magneter med samma frekvens som AC och producerar ett magnetfält för att driva den. Den har noll glid under typiska driftsförhållanden. Däremot måste induktionsmotorer slira för att producera vridmoment. En typ av synkronmotor är som en induktionsmotor förutom att rotorn exciteras av ett DC-fält. Släpringar och borstar leder ström till rotorn. Rotorpolerna ansluter till varandra och rör sig med samma hastighet. En annan typ, för lågt belastningsmoment, har plattor slipade på en konventionell ekorrburrotor för att skapa diskreta stolpar. Ännu en annan, gjord av Hammond för sina klockor före andra världskriget, och i äldre Hammond-orglar , har inga rotorlindningar och diskreta stolpar. Det är inte självstartande. Klockan kräver manuell start med en liten vred på baksidan, medan de äldre Hammond-orglarna hade en hjälpstartmotor kopplad med en fjäderbelastad manuellt manövrerad strömbrytare.

Synkronmotorer för hysteres är typiskt (i huvudsak) tvåfasmotorer med en fasskiftande kondensator för en fas. De startar som induktionsmotorer, men när slirhastigheten minskar tillräckligt, blir rotorn (en slät cylinder) tillfälligt magnetiserad. Dess fördelade poler gör att den fungerar som en permanentmagnet synkronmotor. Rotormaterialet, som det hos en vanlig spik, förblir magnetiserat, men kan avmagnetiseras med liten svårighet. När rotorn har körts stannar de på plats; de driver inte.

Lågeffektsynkrona timingmotorer (som de för traditionella elektriska klockor) kan ha flerpoliga permanentmagnetiska externa kopprotorer och använda skuggspolar för att ge startmoment. Telechron- klockmotorer har skuggade poler för startmoment och en tvåekrad ringrotor som fungerar som en diskret tvåpolig rotor.

Dubbelmatad elektrisk maskin

Huvudartikel: Dubbelmatad elektrisk maskin

Dubbelmatade elmotorer har två oberoende flerfaslindningsset, som bidrar med aktiv (dvs. arbetskraft) till energiomvandlingsprocessen, med minst en av lindningsuppsättningarna elektroniskt styrda för drift med variabel hastighet. Två oberoende flerfaslindningsuppsättningar (dvs. dubbel ankare) är det maximala som tillhandahålls i ett enda paket utan topologiduplicering. Dubbelmatade elmotorer har ett effektivt konstant vridmomenthastighetsområde som är två gånger synkront varvtal för en given excitationsfrekvens. Detta är två gånger det konstanta vridmomenthastighetsintervallet jämfört med elektriska maskiner med enkelmatning, som bara har en aktiv lindningssats.

En dubbelmatad motor möjliggör en mindre elektronisk omvandlare men kostnaden för rotorlindningen och släpringarna kan kompensera besparingen i kraftelektronikkomponenterna. Svårigheter påverkar att kontrollera hastigheten nära synkrona hastighetsgränstillämpningar.

Specialmagnetiska motorer

Roterande

Järnfri eller kärnlös rotormotor

En kärnlös miniatyrmotor

Den kärnlösa eller järnlösa likströmsmotorn är en specialiserad likströmsmotor med permanent magnet. Optimerad för snabb acceleration , är rotorn konstruerad utan en järnkärna. Rotorn kan ha formen av en lindningsfylld cylinder, eller en självbärande struktur som endast innefattar tråd och bindningsmaterial. Rotorn kan passa inuti statormagneterna; en magnetiskt mjuk stationär cylinder inuti rotorn ger en returväg för statorns magnetiska flöde. Ett andra arrangemang har rotorlindningskorgen som omger statormagneterna. I den designen passar rotorn in i en magnetiskt mjuk cylinder som kan fungera som motorhus och ger en returväg för flödet.

Eftersom rotorn har mycket lägre massa än en konventionell rotor, kan den accelerera mycket snabbare och ofta uppnå en mekanisk tidskonstant under en millisekund. Detta gäller särskilt om lindningarna använder aluminium snarare än (tyngre) koppar. Rotorn har ingen metallmassa som fungerar som kylfläns; även små motorer måste kylas. Överhettning kan vara ett problem för dessa konstruktioner.

Vibrationslarmet från mobiltelefoner kan genereras av cylindriska permanentmagnetmotorer, eller skivformade typer som har en tunn multipolär skivfältsmagnet och en avsiktligt obalanserad rotorstruktur i formgjuten plast med två bundna kärnlösa spolar . Metallborstar och en platt kommutator kopplar ström till rotorspolarna.

Relaterade ställdon med begränsad rörelse har ingen kärna och en bunden spole placerad mellan polerna på tunna permanentmagneter med högt flöde. Dessa är de snabba huvudpositioneringarna för hårddiskar (hårddiskar). Även om den samtida designen skiljer sig avsevärt från högtalarnas, är den fortfarande löst (och felaktigt) hänvisad till som en "röstspole"-struktur, eftersom vissa tidigare hårddisk-drivhuvuden rörde sig i raka linjer och hade en drivstruktur ungefär som en högtalare.

Pannkaka eller axialrotormotor

Huvudartikel: Axial flödesmotor

Den tryckta armaturen eller pannkaksmotorn har lindningar formade som en skiva som löper mellan arrayer av högflödesmagneter. Magneterna är anordnade i en cirkel som är vänd mot rotorn på avstånd för att bilda ett axiellt luftgap. Denna design är allmänt känd som pannkaksmotorn på grund av sin platta profil.

Armaturen (ursprungligen formad på ett tryckt kretskort) är gjord av stansade kopparplåtar som är laminerade tillsammans med avancerade kompositer för att bilda en tunn, styv skiva. Armaturen har ingen separat ringkommutator. Borstarna rör sig direkt på armaturytan vilket gör hela designen kompakt.

En alternativ design är att använda lindad koppartråd plattlagd med en central konventionell kommutator, i blom- och kronbladsform. Lindningarna är vanligtvis stabiliserade med elektriska epoxi-ingjutningssystem. Dessa är fyllda epoxier som har måttlig, blandad viskositet och lång gelningstid. De framhävs av låg krympning och låg exoterm, och är vanligtvis UL 1446 erkänd som en ingjutningsmassa isolerad med 180 °C (356 °F), klass H-klassificering.

Den unika fördelen med järnfria DC-motorer är frånvaron av kuggning (vridmomentvariationer orsakade av ändrad attraktion mellan strykjärnet och magneterna). Parasitiska virvelströmmar kan inte bildas i rotorn eftersom den är helt järnfri, även om järnrotorer är laminerade. Detta kan förbättra effektiviteten avsevärt, men styrenheter med variabel hastighet måste använda en högre växlingshastighet (>40 kHz) eller DC på grund av minskad elektromagnetisk induktion .

Dessa motorer uppfanns för att driva kapstan(arna) för magnetbandsenheter, där minimal tid för att nå driftshastighet och minimalt stoppavstånd var kritiska. Pannkaksmotorer används ofta i högpresterande servostyrda system, robotsystem, industriell automation och medicinsk utrustning. På grund av den mångfald av konstruktioner som nu finns tillgängliga, används tekniken i applikationer från militära högtemperaturer till lågkostnadspumpar och grundläggande servon.

Ett annat tillvägagångssätt (Magnax) är att använda en enda stator mellan två rotorer. En sådan design har producerat en toppeffekt på 15 kW/kg, bibehållen effekt runt 7,5 kW/kg. Denna oklösa axialflödesmotor erbjuder en kortare flödesväg, vilket håller magneterna längre från axeln. Designen tillåter noll lindningsöverhäng; 100 procent av lindningarna är aktiva. Detta förstärks med användningen av koppartråd med rektangulärt tvärsnitt. Motorerna kan staplas för att arbeta parallellt. Instabiliteter minimeras genom att se till att de två rotorskivorna lägger lika stora och motsatta krafter på statorskivan. Rotorerna är anslutna direkt till varandra via en axelring, vilket eliminerar de magnetiska krafterna.

Magnax-motorer varierar i storlek från 0,15–5,4 meter (5,9 tum – 17 fot 8,6 tum) i diameter.

Servomotor

Huvudartikel: Servomotor

En servomotor är en motor som används inom ett återkopplingssystem för positionskontroll eller hastighetskontroll. Servomotorer används i applikationer som verktygsmaskiner, pennplotter och andra processsystem. Motorer avsedda för användning i en servomekanism måste ha förutsägbara egenskaper för hastighet, vridmoment och effekt. Hastighet/vridmoment-kurvan är viktig och har ett högt förhållande för en servomotor. Dynamiska svarsegenskaper såsom lindningsinduktans och rotortröghet är viktiga; dessa faktorer begränsar prestandan. Stora, kraftfulla, men långsamt svarande servoslingor kan använda konventionella AC- eller DC-motorer och drivsystem med positions- eller hastighetsåterkoppling. När kraven på dynamiska svar ökar, används mer specialiserade motorkonstruktioner såsom kärnlösa motorer. AC-motorers överlägsna effekttäthet och accelerationsegenskaper tenderar att gynna synkrona, BLDC-, induktions- och SRM-driftmetoder med permanentmagneter.

Ett servosystem skiljer sig från vissa stegmotorapplikationer genom att lägesåterkopplingen är kontinuerlig medan motorn är igång. Ett stegsystem arbetar i sig med öppen slinga – förlitar sig på att motorn inte "missar steg" för kortsiktig noggrannhet – med någon återkoppling som en "hem"-omkopplare eller positionsgivare utanför motorsystemet.

Stegmotor

Huvudartikel: Stegmotor

En stegmotor med en mjukjärnsrotor, med aktiva lindningar visas. I 'A' tenderar de aktiva lindningarna att hålla rotorn på plats. I 'B' bär en annan uppsättning lindningar en ström, som genererar vridmoment och rotation.

Stegmotorer används vanligtvis för att ge exakta rotationer. En intern rötor som innehåller permanentmagneter eller en magnetiskt mjuk rötor med framträdande poler styrs av en uppsättning elektroniskt kopplade externa magneter. En stegmotor kan också ses som en korsning mellan en elektrisk likströmsmotor och en roterande solenoid. När varje spole aktiveras i sin tur, inriktar rotorn sig själv med det magnetiska fältet som alstras av den aktiverade fältlindningen. Till skillnad från en synkronmotor kanske inte stegmotorn roterar kontinuerligt; istället rör den sig i steg – startar och stoppar – och går vidare från en position till nästa när fältlindningarna aktiveras och avaktiveras i sekvens. Beroende på sekvensen kan rotorn vända framåt eller bakåt, och den kan ändra riktning, stanna, öka eller sakta ner när som helst.

Enkla stegmotordrivare aktiverar helt eller helt fältlindningarna, vilket leder till att rotorn "kuggar" till ett begränsat antal positioner. Microstepping- drivrutiner kan proportionellt styra kraften till fältlindningarna, vilket gör att rotorerna kan placeras mellan kuggpunkter och rotera mjukt. Datorstyrda stegmotorer är ett av de mest mångsidiga positioneringssystemen, särskilt som en del av ett digitalt servostyrt system.

Stegmotorer kan roteras till en specifik vinkel i diskreta steg med lätthet, och därför används stegmotorer för positionering av läs-/skrivhuvuden i tidiga diskenheter, där precisionen och hastigheten de erbjöd kunde placera läs-/skrivhuvudet korrekt. När enhetstätheten ökade gjorde precision och hastighetsbegränsningar dem föråldrade för hårddiskar - precisionsbegränsningen gjorde dem oanvändbara och hastighetsbegränsningen gjorde dem okonkurrenskraftiga - sålunda använder nyare hårddiskar röstspolebaserade huvudmanöversystem. högtalare av kontyp. )

Stegmotorer används ofta i datorskrivare, optiska skannrar och digitala kopiatorer för att flytta det aktiva elementet, skrivhuvudsvagnen ( bläckstråleskrivare ) och valsarna eller matarvalsarna.

Så kallade quartz analoga armbandsur innehåller de minsta vanliga stegmotorerna; de har en spole, drar lite ström och har en permanentmagnetrotor. Samma typ av motor driver batteridrivna kvartsklockor. Vissa av dessa klockor, såsom kronografer , innehåller mer än en stegmotor.

Nära besläktade i design till trefasiga AC-synkronmotorer, stegmotorer och SRM klassificeras som motortyp med variabel reluktans.

Linjär motor

Huvudartikel: Linjärmotor

En linjärmotor är i princip vilken elmotor som helst som har "rullats ut" så att den istället för att producera vridmoment (rotation) producerar en rätlinjekraft längs sin längd.

Linjärmotorer är oftast induktionsmotorer eller stegmotorer. Linjärmotorer finns vanligtvis i berg-och dalbanor där den snabba rörelsen hos den motorlösa rälsvagnen styrs av rälsen. De används också i maglevtåg , där tåget "flyger" över marken. I mindre skala använde 1978 års HP 7225A pennplotter två linjära stegmotorer för att flytta pennan längs X- och Y-axlarna.

Jämförelse efter huvudkategorier

Jämförelse av motortyper

Typ	Fördelar	Nackdelar	Typisk applikation	Typisk enhet, utgång
Självkommuterande motorer
Borstad DC	Enkel hastighetskontroll Låg initial kostnad	Underhåll (borstar) Medellång livslängd Kostbar kommutator och borstar	Stålverk Pappersmaskiner Träningsmaskiner för löpband Biltillbehör	Likriktare, linjär(a) transistor(er) eller DC-chopperstyrenhet.
Borstlös DC-motor (BLDC eller BLDM)	Lång livslängd Lågt underhåll Hög effektivitet	Högre initial kostnad Kräver EC-regulator med sluten kretsstyrning	Stela ("hårda") diskenheter CD/DVD-spelare Elfordon RC-fordon UAV	Synkron; enfas eller trefas med PM-rotor och trapetsformad statorlindning; VFD typiskt VS PWM inverter typ.
Switched reluktansmotor (SRM)	Lång livslängd Lågt underhåll Hög effektivitet Inga permanentmagneter Låg kostnad Enkel konstruktion	Mekanisk resonans möjlig Höga järnförluster Ej möjligt: ​​* Öppen eller vektorstyrning * Parallell drift Kräver EC-styrenhet	Vitvaror Elfordon Textilfabriker Flygplansapplikationer	PWM och olika andra drivtyper, som tenderar att användas i specialiserade / OEM -applikationer.
Universalmotor	Högt startmoment, kompakt, hög hastighet.	Underhåll (borstar) Kortare livslängd Vanligtvis akustiskt bullriga Endast små betyg är ekonomiskt	Handhållna elverktyg, blandare, dammsugare, isoleringsfläktar	Variabel enfas AC-, halvvågs- ​​eller helvågsfasvinkelkontroll med triac(er); sluten kretsstyrning tillval.
AC asynkronmotorer
AC flerfas ekorrbur eller induktionsmotor med sårrotor (SCIM) eller (WRIM)	Självstartande Låg kostnad Robust Tillförlitlig klassificering till 1+ MW Standardiserade typer.	Hög startström Lägre verkningsgrad på grund av behov av magnetisering.	Fast hastighet, traditionellt, SCIM världens arbetshäst, speciellt i lågpresterande applikationer av alla typer Traditionellt lågpresterande pumpar med variabelt vridmoment, fläktar, fläktar och kompressorer med variabel hastighet. Variabel hastighet, i allt högre grad, andra högpresterande konstant vridmoment och konstant effekt eller dynamiska laster.	Fast hastighet, lågpresterande applikationer av alla typer. Variabel hastighet, traditionellt, WRIM-drivenheter eller V/Hz-styrda VSD:er med fast hastighet. Variabel hastighet, i allt högre grad, vektorstyrda VSD:er som ersätter DC, WRIM och enfas AC induktionsmotorer.
AC SCIM split-fas kondensator-start	Hög kraft högt startmoment	Hastighet något under synkron Startbrytare eller relä krävs	Vitvaror Stationära elverktyg	Fast eller variabel enfas växelström, variabel hastighet härleds, typiskt, genom fullvågsfasvinkelkontroll med triac(ar); sluten kretsstyrning tillval.
AC SCIM delad fas kondensatorkörning	Måttlig kraft Högt startmoment Ingen startbrytare Jämförelsevis lång livslängd	Hastighet något under synkron Lite dyrare	Industriella fläktar Industriellt maskineri
AC SCIM delad fas, hjälpstartlindning	Måttlig kraft Lågt startmoment	Hastighet något under synkron Startbrytare eller relä krävs	Vitvaror Stationära elverktyg
AC induktion skuggstång motor	Låg kostnad Långt liv	Hastighet något under synkron Lågt startvridmoment Små betyg låg verkningsgrad	Fläktar, apparater, skivspelare
AC synkrona motorer
Wound-rotor Synchronous Motor (WRSM)	Synkron hastighet Inneboende mer effektiv induktionsmotor, låg effektfaktor	Mer kostsamt	Industrimotorer	Fast eller variabel hastighet, trefas; VFD typiskt sex-stegs CS lastkommuterad invertertyp eller VS PWM inverter typ.
Hysteresmotor	Noggrann hastighetskontroll Lågt ljud Inga vibrationer Högt startmoment	Mycket låg verkningsgrad	Klockor, timers, ljudproducerande eller inspelningsutrustning, hårddisk, capstan-enhet	Enfas AC, tvåfas kondensator-start, kondensatordriven motor
Synkron reluktansmotor (SyRM)	Motsvarar SCIM förutom mer robust, effektivare, kör svalare, mindre fotavtryck Tävlar med PM-synkronmotor utan avmagnetiseringsproblem	Kräver en styrenhet Inte allmänt tillgänglig Hög kostnad	Vitvaror Elfordon Textilfabriker Flygplansapplikationer	VFD kan vara standard DTC- typ eller VS- inverter PWM-typ.
Specialmotorer
Pannkaka eller axialrotormotorer	Kompakt design Enkel hastighetskontroll	Medium kostnad Medium livslängd	Kontorsutrustning Fläktar/Pumpar, snabba industri- och militärservon	Drivenheter kan vanligtvis vara borstade eller borstlösa DC-typ.
Stegmotor	Precisionspositionering Högt hållmoment	Vissa kan vara dyra Kräv en styrenhet	Placering i skrivare och diskettenheter; industriella verktygsmaskiner	Inte en VFD. Stegpositionen bestäms genom pulsräkning.

Elektromagnetism

Kraft och vridmoment

En elmotor omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi genom kraften mellan två motsatta magnetfält. Minst ett av de två magnetfälten måste skapas av en elektromagnet genom magnetfältet som orsakas av en elektrisk ström.

Kraften mellan en ström $I$ i en ledare med längden $\ell$ vinkelrät mot ett magnetfält $\mathbf {B}$ kan beräknas med hjälp av Lorentz kraftlag :

$\mathbf {F} =I\ell \times \mathbf {B} \,\!$

Obs: X betecknar vektorkorsprodukt .

De mest allmänna metoderna för att beräkna krafterna i motorer använder tensornotation.

Kraft

Där $\omega _{rpm}$ är axelhastighet i rpm och T är vridmoment, ges en motors mekaniska uteffekt P _{em av,}

i kejserliga enheter med T uttryckt i foot-pounds,

$P_{em}={\frac {\omega _{rpm}T}{5252}}$ (hästkrafter), och,

i SI-enheter med axelns vinkelhastighet , $\omega$ , uttryckt i radianer per sekund, och T uttryckt i newtonmeter,

$P_{em}=\omega T$ (watt).

För en linjär motor, med kraft F uttryckt i newton och hastighet v uttryckt i meter per sekund,

$P_{em}=F{v}$ (watt).

I en asynkron- eller induktionsmotor ges förhållandet mellan motorhastighet och luftgapseffekt [ följande:

${\displaystyle P_{airgap}={\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2}} ,$ där

R _r – rotor resistans

I _r ² – kvadrat av ström som induceras i rotorn

s – motorslirning ; dvs skillnaden mellan synkron hastighet och slirhastighet, vilket ger den relativa rörelse som behövs för ströminduktion i rotorn.

Tillbaka EMF

Huvudartikel: Elektromotorisk kraft

Rörelsen av armaturlindningar i en likströms- eller universell motor genom ett magnetfält, inducerar en spänning i dem. Denna spänning tenderar att motverka motorns matningsspänning och kallas så " back electromotive force (EMF)" . Spänningen är proportionell mot motorns varvtal. Motorns bakre EMF, plus spänningsfallet över lindningens inre motstånd och borstar, måste vara lika med spänningen vid borstarna. Detta tillhandahåller den grundläggande mekanismen för hastighetsreglering i en DC-motor. Om den mekaniska belastningen ökar saktar motorn ner; en EMF i nedre delen av ryggen resulterar och mer ström dras från matningen. Denna ökade ström ger det extra vridmomentet för att balansera belastningen.

I AC-maskiner är det ibland användbart att överväga en bakre EMF-källa i maskinen; detta är särskilt oroande för nära hastighetsreglering av induktionsmotorer på VFD.

Förluster

Motorförluster beror huvudsakligen på resistiva förluster i lindningar, kärnförluster och mekaniska förluster i lager, och aerodynamiska förluster, särskilt där kylfläktar finns, förekommer också.

Förluster förekommer också vid kommutering, mekaniska kommutatorer gnistor; elektroniska kommutatorer och avleder även värme.

Effektivitet

För att beräkna en motors verkningsgrad delas den mekaniska uteffekten med den elektriska ineffekten:

$\eta ={\frac {P_{m}}{P_{e}}}$ ,

där $\eta$ är energiomvandlingseffektivitet , $P_{e}$ är elektrisk ineffekt och $P_{m}$ är mekanisk uteffekt:

$P_{e}=IV$

$P_{m}=T\omega$

där $V$ är ingångsspänning, $I$ är ingångsström, $T$ är utgående vridmoment och $\omega$ är utgående vinkelhastighet. Det är möjligt att analytiskt härleda poängen för maximal effektivitet. Det är vanligtvis mindre än 1/2 av stallvridmomentet .

Olika nationella tillsynsmyndigheter har antagit lagstiftning för att uppmuntra tillverkning och användning av motorer med högre effektivitet. Elmotorer har verkningsgrader som sträcker sig från minst 15 % för motorer med skuggade poler, upp till 98 % för permanentmagnetmotorer, med verkningsgraden också beroende av belastning. Toppeffektiviteten är vanligtvis 75 % av den nominella belastningen. Så (som ett exempel) är en 10 hk motor mest effektiv när man kör en last som kräver 7,5 hk. Effektiviteten beror också på motorstorleken; större motorer tenderar att vara mer effektiva. Vissa motorer kan inte arbeta kontinuerligt under mer än en angiven tidsperiod (t.ex. mer än en timme per körning)

Godhetsfaktor

Huvudartikel: Godhetsfaktor

Eric Laithwaite föreslog ett mått för att bestämma "godheten" hos en elmotor: $G={\frac {\omega }{resistance\times reluctance}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{m}A_{e}}{l_{m}l_{e} }}$

Var:

$G$ är godhetsfaktorn (faktorer över 1 är sannolikt effektiva)

$A_{m},A_{e}$ är tvärsnittsareorna för den magnetiska och elektriska kretsen

$l_{m},l_{e}$ är längden på de magnetiska och elektriska kretsarna

$\mu$ är kärnans permeabilitet

$\omega$ är vinkelfrekvensen motorn drivs kl

Av detta visade han att de mest effektiva motorerna sannolikt har relativt stora magnetiska poler. Ekvationen hänför sig dock endast direkt till icke PM-motorer.

Prestandaparametrar

Vridmoment

Elektromagnetiska motorer hämtar vridmoment från vektorprodukten av de interagerande fälten. Att beräkna vridmoment kräver kunskap om fälten i luftgapet. När dessa väl har fastställts är vridmomentet integralen av alla kraftvektorer multiplicerat med vektorns radie. Strömmen som flyter i lindningen producerar fälten. För en motor som använder ett magnetiskt material är fältet inte proportionellt mot strömmen.

En siffra som relaterar strömmen till vridmomentet kan informera om motorval. Det maximala vridmomentet för en motor beror på den maximala strömmen, frånvarande termiska hänsyn.

När det är optimalt utformat inom en given kärnmättnadsbegränsning och för en given aktiv ström (dvs. vridmomentström), spänning, polparantal, excitationsfrekvens (dvs. synkron hastighet) och luftgapflödestäthet, alla kategorier av elmotorer /generatorer uppvisar praktiskt taget samma maximala kontinuerliga axelvridmoment (dvs. driftvridmoment) inom ett givet luftgapområde med lindningsslitsar och bakjärnsdjup, vilket bestämmer den fysiska storleken på den elektromagnetiska kärnan. Vissa applikationer kräver skurar av vridmoment utöver det maximala, såsom skurar för att accelerera ett elfordon från stillastående. Alltid begränsad av magnetisk kärnmättnad eller säker drifttemperaturhöjning och spänning, skiljer sig kapaciteten för vridmoment utöver det maximala avsevärt mellan motor-/generatortyper.

Elektriska maskiner utan transformatorkretstopologi, såsom den för WRSM eller PMSM, kan inte ge vridmomentskurar utan att mätta den magnetiska kärnan. Vid den tidpunkten kan ytterligare ström inte öka vridmomentet. Dessutom kan permanentmagnetaggregatet av PMSM skadas irreparabelt.

Elektriska maskiner med en transformatorkretstopologi, såsom induktionsmaskiner, dubbelmatade induktionsmaskiner och dubbelmatade induktionsmaskiner eller WRDF-maskiner, tillåter vridmomentskurar eftersom den EMF-inducerade aktiva strömmen på vardera sidan av transformatorer motsätter sig varandra och bidrar således ingenting till den transformatorkopplade magnetiska kärnflödestätheten, vilket undviker kärnmättnad.

Elektriska maskiner som förlitar sig på induktion eller asynkrona principer kortsluter en port i transformatorkretsen och som ett resultat blir transformatorkretsens reaktiva impedans dominerande när slirningen ökar, vilket begränsar storleken på aktiv (dvs verklig) ström. Vridmomentbrott två till tre gånger högre än det maximala designvridmomentet kan realiseras.

Den borstlösa, lindade rotorsynkrona dubbelmatade (BWRSDF) maskinen är den enda elektriska maskinen med en verkligt dubbelportad transformatorkretstopologi (dvs båda portarna exciteras oberoende av varandra utan kortsluten port). Den dubbla portade transformatorkretsens topologi är känd för att vara instabil och kräver en flerfasig släpring-borsteenhet för att sprida begränsad effekt till rotorlindningssetet. Om ett precisionsmedel fanns tillgängligt för att omedelbart styra vridmomentvinkeln och slirningen för synkron drift under drift samtidigt som den ger borstlös kraft till rotorlindningssetet, skulle den aktiva strömmen i BWRSDF-maskinen vara oberoende av transformatorkretsens reaktiva impedans och skurar av vridmoment som är betydligt högre än det maximala driftvridmomentet och långt utöver den praktiska förmågan hos någon annan typ av elektrisk maskin skulle kunna realiseras. Vridmomentsprängningar större än åtta gånger arbetsmomentet har beräknats.

Kontinuerlig vridmomentdensitet

Den kontinuerliga vridmomenttätheten hos konventionella elektriska maskiner bestäms av storleken på luftgapets area och bakjärnets djup, vilka bestäms av ankarlindningssatsens märkeffekt, maskinens hastighet och den luft som kan uppnås. spaltflödestäthet före kärnmättnad. Trots den höga koercitiviteten hos permanentmagneter av neodym eller samarium -kobolt, är den kontinuerliga vridmomentdensiteten praktiskt taget densamma bland elektriska maskiner med optimalt utformade ankarlindningsset. Kontinuerlig vridmomentdensitet hänför sig till metod för kylning och tillåten driftsperiod före förstörelse genom överhettning av lindningar eller permanent magnetskada.

Andra källor anger att olika e-maskintopologier har olika vridmomentdensitet. En källa visar följande:

Typ av elektrisk maskin	Specifik vridmomentdensitet (Nm/kg)
SPM – borstlös AC, 180° strömledning	1.0
SPM – borstlös växelström, 120° strömledning	0,9–1,15
IM, asynkron maskin	0,7–1,0
IPM, invändig permanentmagnetmaskin	0,6–0,8
VRM, dubbelt framträdande motvillighetsmaskin	0,7–1,0

där – specifik vridmomentdensitet är normaliserad till 1,0 för ytpermanentmagneten (SPM) – borstlös växelström, 180° strömledning.

Vridmomentdensiteten är ungefär fyra gånger högre för vätskekylda motorer, jämfört med de som är luftkylda.

En källa som jämförde likström, induktionsmotorer (IM), PMSM och SRM visade:

Karakteristisk	dc	JAG ÄR	PMSM	SRM
Vridmomentdensitet	3	3.5	5	4
Krafttäthet	3	4	5	3.5

En annan källa noterar att PMSM upp till 1 MW har betydligt högre vridmomentdensitet än induktionsmaskiner.

Kontinuerlig effekttäthet

Den kontinuerliga effekttätheten bestäms av produkten av den kontinuerliga vridmomentdensiteten och det konstanta vridmomenthastighetsområdet. Elmotorer kan uppnå densiteter på upp till 20KW/KG, vilket betyder 20 kilowatts uteffekt per kilogram.

Akustiskt ljud och vibrationer

Akustiskt buller och vibrationer klassificeras vanligtvis i tre källor:

• mekaniska källor (t.ex. på grund av lager )
• aerodynamiska källor (t.ex. på grund av axelmonterade fläktar )
• magnetiska källor (t.ex. på grund av magnetiska krafter som Maxwell och magnetostriktionskrafter som verkar på stator- och rotorstrukturer)

Den senare källan, som kan vara ansvarig för "gnällljud" från elmotorer, kallas elektromagnetiskt inducerat akustiskt brus .

Standarder

Följande är viktiga design-, tillverknings- och teststandarder som täcker elmotorer:

• American Petroleum Institute : API 541 Form-Wound Squirrel Cage induktionsmotorer – 375 kW (500 hästkrafter) och större
• American Petroleum Institute : API 546 borstlösa synkronmaskiner – 500 kVA och större
• American Petroleum Institute : API 547 allmänna ändamål med formlindade ekorrbursinduktionsmotorer – 250 hk och större
• Institutet för el- och elektronikingenjörer : IEEE Std 112 standardtestprocedur för flerfasinduktionsmotorer och generatorer
• Institutet för el- och elektronikingenjörer : IEEE Std 115 Guide för testprocedurer för synkrona maskiner
• Institute of Electrical and Electronics Engineers : IEEE Std 841 Standard for Petroleum and Chemical Industry – Premium Efficiency Severe Duty Helt inneslutna fläktkylda (TEFC) ekorrburinduktionsmotorer – upp till och inklusive 370 kW (500 hk)
• International Electrotechnical Commission : IEC 60034 Roterande elektriska maskiner
• International Electrotechnical Commission : IEC 60072 Dimensioner och utgångsserier för roterande elektriska maskiner
• National Electrical Manufacturers Association : MG-1-motorer och generatorer
• Underwriters Laboratories : UL 1004 – Standard för elmotorer
• Indisk standard : IS:12615-2018 – Linjestyrda trefasmotorer (IE-KOD) "Effektivitetsklasser och prestandaspecifikation" (tredje versionen)

Icke-magnetiska motorer

Huvudartiklar: Elektrostatisk motor , Piezoelektrisk motor och elektriskt driven rymdfarkostsframdrivning

En elektrostatisk motor är baserad på attraktion och repulsion av elektrisk laddning. Vanligtvis är elektrostatiska motorer den dubbla av konventionella spolbaserade motorer. De kräver vanligtvis en högspänningskälla, även om små motorer använder lägre spänningar. Konventionella elmotorer använder istället magnetisk attraktion och repulsion och kräver hög ström vid låga spänningar. På 1750-talet utvecklades de första elektrostatiska motorerna av Benjamin Franklin och Andrew Gordon. Elektrostatiska motorer används ofta i mikro-elektromekaniska system ( MEMS ) där deras drivspänningar är under 100 volt, och där rörliga, laddade plattor är mycket lättare att tillverka än spolar och järnkärnor. Det molekylära maskineriet som driver levande celler är ofta baserat på linjära och roterande elektrostatiska motorer.

En piezoelektrisk motor eller piezomotor är en typ av elektrisk motor baserad på förändringen i form av ett piezoelektriskt material när ett elektriskt fält appliceras. Piezoelektriska motorer använder sig av den omvända piezoelektriska effekten där materialet producerar akustiska eller ultraljudsvibrationer för att producera linjär eller roterande rörelse. I en mekanism används förlängningen i ett enda plan för att göra en serie sträckningar och positionshållningar, liknande hur en larv rör sig.

Ett elektriskt driven rymdfarkosts framdrivningssystem använder elmotorteknik för att driva fram rymdfarkoster i yttre rymden. De flesta system är baserade på elektriskt accelererande drivmedel till hög hastighet, medan vissa system är baserade på elektrodynamiska tjuderprinciper för framdrivning till magnetosfären .

Se även

• Elektrisk generator
• Elfordonsmotor
• Godhetsfaktor
• Motorkondensator
• Motorstyrning

• Regenerativ broms
• Dragmotor

Bibliografi

•   Fink, Donald G. ; Beaty, H. Wayne (2000). Standardhandbok för elektroingenjörer . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-022005-8 .
• Houston, Edwin J.; Kennelly, Arthur, Recent Types of Dynamo-Electric Machinery , American Technical Book Company 1897, publicerad av PF Collier and Sons New York, 1902
• Kuphaldt, Tony R. (2000–2006). "Kapitel 13 AC-motorer" . Lektioner i elektriska kretsar – Volym II . Hämtad 2006-04-11 .
•   Rosenblatt, Jack; Friedman, M. Harold (1984). Likströms- och växelströmsmaskineri . CE Merrill Publishing Company. ISBN 978-0-675-20160-5 .
• Knowlton, AE, ed. (1949). Standardhandbok för elektroingenjörer (8:e upplagan). McGraw-Hill.
•   Stölting, Hans-Dieter D.; Kallenbach, Eberhard; Amrhein, W., red. (2008). Handbook of Fractional-Horsepower Drives . Springer. ISBN 978-3-540-73128-3 .
• Hameyer, Kay (2001). "Elektrisk maskin I: Grunder, design, funktion, drift" (PDF) . RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. Arkiverad från originalet (PDF) den 10 februari 2013 . Hämtad 11 januari 2013 .

Vidare läsning

•   Bedford, BD; Hoft, RG (1964). Principer för växelriktarkretsar . New York: Wiley. ISBN 978-0-471-06134-2 .
•   Bose, Bimal K. (2006). Kraftelektronik och motordrivningar: framsteg och trender . Akademisk press. ISBN 978-0-12-088405-6 .
•   Chiasson, John (2005). Modellering och högpresterande kontroll av elektriska maskiner (onlineutgåva). Wiley. ISBN 978-0-471-68449-7 .
•   Fitzgerald, AE; Kingsley, Charles Jr.; Umans, Stephen D. (2003). Electric Machinery (6:e upplagan). McGraw-Hill. s. 688 sidor. ISBN 978-0-07-366009-7 .
•   Pelly, BR (1971). Fasstyrda tyristoromvandlare och cyklokonverterare: drift, kontroll och prestanda . Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-67790-1 .

externa länkar

• SparkMuseum: Tidiga elmotorer
• Uppfinningen av elmotorn 1800 till 1893, värd av Karlsrushe Institute of Technologys Martin Doppelbauer
• MAS.865 2018 Hur man gör något som gör (nästan) vad som helst , slow motion gifs och oscillogram för många typer av motorer.