Kuidas töötab elektrimootor

Kuidas töötab elektrimootor

Elektriautode tootmine ja läbimüük maailmas on olnud viimase kümne aasta jooksul peaaegu eksponentsiaalselt kasvamas, kuid sellest hoolimata teavad vähesed inimesed, millised on elektrimootori osad, milline on elektrimootori ehitus ja kuidas elektriauto mootor üleüldse töötab. Käesolevas artiklis me just nende teemadega (ning erinevate elektrimootori ehituste plusside ja miinustega) tegelemegi. Alustuseks on oluline mõista, et elektriauto mootor toimib põhimõtteliselt erinevalt võrreldes sisepõlemismootoriga autode jõuallikast, sest lektriauto mootor kasutab fossiilsete kütuste asemel magneteid ja elektrivoolu. Kui sisepõlemismootori põhiosadeks on silindrid ja kolvid, siis peamised elektrimootori osad on staator ja rootor.

Sisepõlemismootor ja elektriauto mootor edastavad ka pöördemomenti hoopis erinevalt. Elektrimootorid on teada-tuntud selle poolest, et suudavad juba nullpöörete juures edastada maksimaalset pöördemomenti, tagades nõnda äärmiselt jõulise kiirenduse. Ka käigukast klassikalises mõttes puudub elektriautode ehitusest: käikude ja siduri asemel on elektriautodel enamasti üks käik või siis aeglustav reduktor.

Järgnevalt räägime elektriautode mootoritest lähemalt ja tehnilisemalt ning teeme lühidalt ja võimalikult kergesti mõistetavalt selgeks selle, milline on elektriautode mootorite tööpõhimõte. Tänapäeval kasutatakse elektrisõidukites üldiselt nelja eri tüüpi mootoreid. Nendeks neljaks põhiliseks elektrisõiduki mootori tüübiks on harjavaba alalisvoolu mootor, püsimagnetiga sünkroonmootor, asünkroonmootor ja reluktantsmootor. Kõigi nende nelja mootori tüübi vahel on muidugi mõista sarnasusi ja erinevusi. Kuna harjavaba alalisvoolu mootorit ei rakendata igapäevaelus kasutatavate elektriautode ehitusel väga laialdaselt, siis jätame me selle siinkohal lähemalt tutvustamata, selgitades, kuidas toimuvad ülejäänud kolm elektrimootorit ja milline on nende elektrimootorite ehitus.

Elektrimootori ehitus püsimagnetiga sünkroonmootori näitel

Elektrimootori ehitus püsimagnetiga sünkroonmootori näitel

Kõige laiemat kasutust leiab tänapäeval neist kolmest püsimagnetiga sünkroonmootor, mis on edasiviivaks jõuks väga suures osas elektriautodes. Püsimagnetiga sünkroonmootor on elektrimootor, mille rootoris kasutatakse püsimagneteid. Püsimagnetiga sünkroonmootori staatori mähistes kasutatakse magnetvälja mõju, et panna rootor vastavalt magnetväljale kaasa liikuma. Selline elektriauto mootoris kasutatakse rootori ja staatori üheaegset ehk sama kiirusega pöörlemist, mille tagab omakorda rootori mähise pooluste ühtimine staatori pöördmagnetväljaga. Selline elektriauto mootor sarnaneb mõnevõrra esimesele mainitud mootorile, harjavabale alalisvoolumootorile. Samas on püsimagnetiga sünkroonse elektrimootori ehituse puhul erisuseks see, et astmelise alalisvoolu asemel kasutatakse selles vahelduvvoolu.

Nagu mainitud, on püsimagnetiga sünkroonmootor neljast nimetatud elektriauto mootori tüübist kõige levinum ja seda põhjusega – selle positiivsed küljed kaaluvad märgatavalt üle sellise ehitusega mootori negatiivsed küljed. Üheks püsimagnetiga sünkroonmootori eeliseks on see, et see toimib äärmiselt ühtlaselt ning et selle pöördemomenti on võimalik lihtsalt muuta. Teiseks sellise elektriauto mootori eeliseks on selle efektiivsus ja võimsus, millele aitab kaasa regeneratiivse pidurdamise kasutamine.

Sellise mootori kasutamisel, täpsemalt aga selle elektrimootori osadel on ka puudusi, sest selle püsimagnet ei ole just veatu. Püsimagnetiga sünkroonmootori magnet ei püsi aastate jooksul sama tugevana, vaid nõrgeneb, lisaks on see vastuvõtlik vibratsioonide, koormuse ning kuumuse negatiivsete mõjude suhtes; lisaks võib see elektrimootori osa oma kõrgeimate pöörete juures katki minna. Kuumuse mitte talumise teeb veelgi aktuaalsemaks tõsiasi, et selle elektrimootori osa puhul tuleb arvestada märkimisväärse ülekuumenemise ohuga. Muuhulgas vajab püsimagnetiga süsteem keerulist juhtsüsteemi, et elektriauto mootorit käivitada.

Elektrimootori ehitus asünkroonmootori näitel

Teine põhiline tänapäeval elektriauto mootorina kasutatav süsteem on asünkroonmootor. Selle elektrimootori nimetus tuleb sellest, et mootori rootor pöörleb mittesünkroonselt. Seda elektrimootori ehitust kasutab näiteks Tesla ja veel mõned elektrisõidukite tootjad. Lisaks on selline süsteem väga levinud tööstuslike elektriliste masinate ehituses. Asünkroonmootor on oma ehituselt induktsioonmootor. Asünkroonmootori staatori mähistes tekitatakse elektromagentväli ja selles kasutatakse ära rootori liikumist (magnetite omavahelise mõju tulemina), täpsemalt rootori ja staatori magnetvälja omavahelise asendi erisust. Rootori ja staatori magnetvälja nurga erisus omakorda mõjutab elektriauto mootori pöördemomenti – mida suurem on üks, seda suurem ka teine. Säherduse elektriauto mootori staatori magnetväli tekitatakse selle mähist läbiva vahelduvvoolu mõjul.

Asünkroonmootoril on samuti mitmeid eeliseid, kuid ka miinuseid. Üheks miinuseks on jällegi (elektriautode mootoritele võrdlemisi tüüpiliselt) ülekuumenemise oht, täpsemini selle negatiivne mõju kõigist elektrimootori osadest just mähise isolatsiooni tervisele. Lisaks iseloovustavad sellist elektrimootori ehitust märkimisväärsed voolutugevuse kõikumised. Eelistest tasuks välja tuua selle vastupidavust ja töökindlust rasketes oludes, millest tuleneb asünkroonmootori lai kasutus tööstuslike masinate puhul. Üleüldiselt iseloomustab seda elektriauto mootorit lihtsus; seda on kerge hooldada ning selle tootmine on võrdlemisi odav. Üheks põhjuseks on püsimagnetite puudumine sellisest elektrimootori ehitusest, mis on selgeks eeliseks võrreldes eelmise elektriauto mootori tüübiga, püsimagnetiga sünkroonmootoriga.

Elektrimootori ehitus reluktantsmootori näitel

Elektrimootori ehitus reluktantsmootori näitel

Viimaseks elektriauto mootoriks, mida käesolevas artiklis tutvustame, on reluktantsmootor. See elektriauto mootori tüüp kujutab endast kahe eelmise elektrimootori ehituse kombinatsiooni, ühendades endas nii mõningaid eelnevalt mainitud elektrimootorite osi kui nende mootorite plusse ja miinuseid. Reluktantsmootor kasutab oma rootoris selge määratlusega magnetpooluseid. Sisuliselt töötab reluktantsmootor käivitudes ja paigalt liikudes suure pöördemomendiga nagu mittesünkroonmootor ning kiirust kogudes ja seda hoides kui sünkroonmootor. 

Arvestades, et Tesla kasutab asünkroonmootoreid, pole vast üllatav, et nad on ka üheks reluktantsmootori ehituse kasutajaks. Lisaks kuuluvad reluktantsmootori kasutajate hulka nii Mitsubishi kui Toyota. Taolist elektriauto mootorit iseloomustab sujuvus ja ühtlane toimimine, mis saavutatakse tänu voolu pidevalt ühtlasena hoidmisele. Lisaplussidena tuleb reluktantsmootori puhul välja tuua nii selle võimsust kui tõhusust, mis ületavad mõlema eelnevalt lahti selgitatud elektriauto mootori tüübi näitajaid paari protsendipunkti võrra. 

Iseenesestki mõista pole halba ilma heata: selline tõhusus ja võimsus saavutatakse lihtsuse arvelt ning nii vajab see ehitustüüp elektriauto mootori käivitamiseks keerulist juhtimissüsteemi. Juhtimissüsteem pole ainus selle elektrimootori osa, mis on keeruline; keerulise ehitusega on ka rootor oma täpse paigutusega magnetite tõttu. Lisamiinuseks on reluktantsmootori suhteline suutmatus taluda väga kõrgeid pöördeid.

[Total: 0   Average: 0/5]

Kommenteeri

Your email address will not be published. Required fields are marked *