TÄITURID - ELEKTROMEHAANILISED TÄITURID
Elektriajami mõiste
Elektriajam (Electrical drive) on mitmesuguste töömasinate või abimehhanismide käitamiseks ettenähtud elektromehaaniline süsteem, mis koosneb elektrimootorist, jõuülekandest, toitemuundurist ja juhtseadmetest. Elektriajami põhifunktsiooniks on liikumise juhtimine (motion control) Tüüpilise elektriajami üldistatud plokkskeem on näidatud Joonis 2.1.
Joonise ülemine pool kujutab elektriajami jõuahelat, alumine pool juhtimissüsteemi. Jõupooljuhtmuundur, mida toidetakse ühe- või kolmefaasilisest kindla sageduse ja amplituudiga vahelduvvooluvõrgust, on ette nähtud elektrimasina (mootori) juhtimiseks. Elektrimootor juhib omakorda töömasina kiirust, momenti ja asendit. Kõik seadmed on varustatud anduritega, mis edastavad regulaatorile infot süsteemi oleku kohta. Regulaator võrdleb omavahel anduritelt saadud väärtusi sisendsignaalidega ning juhib sellele vastavalt jõupooljuhtmuundurit. Paljudes üldotstarbelistes rakendustes, nt ventilaatorid ja pumbad, kasutatakse elektriajamite kiiruse ja momendi juhtimiseks avatud juhtimissüsteemi (ilma tagasisideta anduritelt).
Elektriajamite peamisteks rakendusaladeks on tööstus, energeetika ja elektertransport, kuid nad leiavad kasutust ka kodumajapidamistes nt külmutites (kompressorid), ventilaatorites, pesumasinates, segistites (mikserid). Tänapäeval tarbitakse umbes 60% toodetud elektrienergiast elektriajamite poolt.
Et paremini aru saada elektril töötavatest täiturmehhanismidest käsitletakse esialgu lihtsamaid elektrotehnika aluseid ning seejärel kirjeldatakse kolme tihti kasutatavate elektriliste täiturite (diood, transistor ja türistor) tööpõhimõtet.
Elektrienergia muundamine mehaaniliseks energiaks.
Elektrienergiat saab väga hõlpsasti muundada mehaaniliseks energiaks, soojuseks ja valguseks. Elektromehaaniline energiamuundusprotsess, mis leiab aset elektrimootori staatori ja rootorivahelises õhupilus, põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtusel, mille korral indutseeritakse muutuva magnetvälja toimel juhtmesse elektromotoorjõud. Muutuv magnetväli tekitatakse kas a) juhtme liikumisel paigalseisvas magnetväljas, b) magnetvälja liikumisel paigalseisva juhtme suhtes, c) voolutugevuse ja magnetvoo tiheduse muutumisel ajas. Elektromagnetilise induktsiooni nähtust selgitab Joonis 2.2,b. Magneti põhjapooluse (N) ja lõunapooluse (S) vahel on magnetväli.
a
b
Lisaks sellele ümbritseb magnetväli ka elektrivooluga juhet, nagu on näidatud Joonis 2.3,a. Tugevama magnetvälja saamiseks mähitakse juhe ümber südamiku ning saadakse induktiivpool, milles iga juhtmekeeru magnetväljad summeeruvad. Induktiivpooli magnetväli on illustreeritud Joonis 2.3,b.
a
b
Indutseeritud elektromotoorjõud on seda suurem, mida suurem on magnetvoo tihedus B ja juhtme liikumise kiirus v magnetväljas.
E on indutseeritud elektromotoorjõud voltides (V), B on magnetvoo tihedus ehk induktsioon teslades (T), l on magnetväljas liikuva juhtme pikkus meetrites (m), v on juhtme liikumiskiirus (m/s) ja a on juhtme liikumissuuna ja magnetvälja jõujoonte vaheline nurk.
Kui indutseeritud elektromotoorjõuga juhe moodustab suletud elektriahela, siis tekib suletud ahelas elektrivool i, mis on arvutatav Ohmi seaduse järgi i = E / R. Indutseeritud elektrivool, mida ümbritseb magnetväli, tekitab välise magnetväljaga vastasmõjul omakorda jõu (F), mis sõltub juhtme pikkusest (l), magnetvoo tihedusest (B) ning voolutugevusest (I). Jõu tekkimine on näidatud Joonis 2.2,a.
Jõud põhjustab juhtme korral selle väändumist, mootori korral aga rootori pöörlemist. Käsitletud nähtused on reverseeritavad. Kui liigutada magnetväljas asuvat juhet mõne välise jõu toimel, siis indutseeritakse juhtmes elektromotoorjõud, mida saab kasutada voolu tekitamiseks suletud elektriahelas. Sellisel juhul on tegemist mehaanilise energia muundamisega elektrienergiaks (elektrienergia generaator). Kui aga juhtida läbi magnetväljas asuva juhtme elektrivool, siis liigub juhe mõjuva jõu suunas. Sellisel juhul on tegemist elektrienergia muundamisega mehaaniliseks (elektrimootor).
Vaatleme nüüd jõu tekkimist solenoidi juhtimisel alalisvooluga. Joonis 2.4 on kujutatud elektromagnet, kus U- kujulisele ferromagnetilisele südamikule on keritud mähis. Südamiku otste kohal asub ferromagnetilisest materjalist plaat, mis on vedruga ühendatud jäiga keha külge. Igat elektrivooluga juhti ümbritseb magnetväli! Kui lasta mähisest läbi elektrivool, tekkib südamikus magnetvoog, mis läbi õhupilu levib ka plaati. See aga kutsub esile magnetilise plaadi tõmbumist südamiku otste vastu. Kui nüüd elektriahel katkestada, siis kaob ka tõmbejõudu põhjustanud magnetvoog ning vedru tõmbab plaadi endisesse asendisse tagasi.
