Yleisvirtamoottorin muuttaminen tahtimoottoriksi
Kipinävälikytkin on teslamuuntajan osa, jonka tehtävänä on sulkea välipiiri, kun kondensaattorit ovat täyteen ladatut. Kytkentä tapahtuu sähköpurkauksena kipinävälin yli, siitä nimi kipinävälikytkin.
Kipinävälikytkin voidaan toteuttaa kiinteänä tai pyörivänä, joista kiinteä on yksinkertaisempi, pyörivä on toiminnaltaan parempi. Pyörivä kytkin voidaan toteuttaa synkronisena tai asynkronisena, joista synkroninen on parempi. Se voidaan virittää sulkemaan välipiiri juuri halutussa kohdassa vaihtovirran jaksoa. Pyörivä kytkin myös sammuu luotettavasti, kiinteä saattaa jäädä sulkeutuneeksi liian pitkäksi aikaa, jolloin ensiömuuntajan teho kuluu kipinävälin valokaareen eikä toisiopiiriin, kuten on tarkoitus.
Itse kipinävälikytkimestä myöhemmin lisää. Nyt keskitytään synkronisen pyörivän kipinävälikytkimen moottoriin, jonka täytyy olla tahtimoottori. Sen pitää pyöriä tahtikierrosluvulla, jotta kytkentä tapahtuu aina samassa kohtaa vaihtovirran puoliaaltoa. Tahtimoottorin löytyminen osoittautui kuitenkin vaikeaksi. Yleisin vaihtosähkömoottori on oikosulkumoottori, joka on muuten hyvä, mutta ei käy tahtikierrosluvulla, vaan vähän hitaammin. 50 Herzin kaksinapaisen tahtimoottorin pyörimisnopeus on 3000 kierrosta minuutissa, kun oikosulkumoottorin pyörimisnopeus on luokkaa 2850 1/min. Oikosulkumoottorin keksijä on muuten tiettävästi myös Nikola Tesla.
Yksi vaihtoehto olisi reluktanssimoottori, joka on tahtimoottori. Se näyttää ulkoapäin oikosulkumoottorilta, mutta sen roottori on erilainen. Reluktanssimoottori ei kuitenkaan käynnisty itsestään vaan tarvitsee taajuusmuuttajan. Taajuusmuuttajan säätäminen samaan vaiheeseen verkkojännitteen kanssa taasen on luultavasti mahdotonta, joten unohdetaan tämä. Yhdistelmä tulisi kalliiksikin.
Kestomagneettiroottorilla varustetut vaihtosähkömoottorit ovat hiljalleen tulossa markkinoille, koska niiden hyötysuhde on oikosulkumoottoria parempi. Ne ovat tahtimoottoreita ja niitä on sekä itsestään käynnistyviä että taajuusmuuttajan vaativia versioita. Itsestään käynnistyvissä on roottorissa kestomagneettien lisäksi pieni häkkikäämitys, jolla moottori käynnistyy lähelle tahtikierroslukua, minkä jälkeen se kestomagneettien avulla tahdistuu. Ei löytynyt myyjiä eikä hintaa tällaiselle moottorille. Unohdetaan.
Kaukokirjoittimissa on ilmeisesti käytetty tahtimoottoreita. Sellaisia löytyy mm. E-Bay:stä. Hinnat postituksineen ovat kohtalaisen suolaisia ja jännite kaikissa mitä löytyi 110 V, taajuus 60 Hz. Saattaisi se toki pyöriä myös 50 Hz:llä, mutta 230/110 muuntaja tarvitaan. Unohdetaan tämäkin.
Netistä löytyi ohje, miten oikosulkumoottorin voi muuttaa tahtimoottoriksi. Tämä vaikuttaa kyllä mielenkiintoiselta, mutta edellyttää roottorin koneistusta ja tasapainotusta. Hieman työläs, joten en viitsinyt ainakaan toistaiseksi ryhtyä tähän. Vähän epäselvää minulle myös, mihin modatun moottorin toiminta perustuu. Mutta siis unohdetaan, toistaiseksi.
Löytyi toinen ohje, jolla yleisvirtamoottorin voi muuttaa tahtimoottoriksi. Tämä on mielenkiintoinen ja hyvin yksinkertainen tehdä, joten kokeillaan! Pari yleisvirtamoottoria löytyi hyllystä valmiina, ilman mitään tähdellistä käyttöä.
Yleisvirtamoottori on kenties maailman eniten valmistettu sähkömoottori. Niitä on ”kaikissa” kodinkoneissa, sähkövatkaimissa, pölynimureissa, porakoneissa, siimaleikkureissa jne. Yleisvirtamoottorit ovat hyvin yksinkertaisia, mutta niiden hyötysuhde ei ole kovin hyvä. Niissä on hiiliharhat, minkä vuoksi eivät ole kovin pitkäikäisiä. Ne toimivat yhtä hyvin sekä tasa- että vaihtosähköllä. Toisin sanoen, vaihtosähkön taajuus ei vaikuta niiden pyörimisnopeuteen millään tavalla, miksi onkin vähän yllättävää, että sellaisesta voi tehdä tahtimoottorin.
No, omassa kaapissa oli pari, luultavasti jostain isohkosta käsityökoneesta peräisin olevaa yleisvirtamoottoria. Pyörimisnopeudeksi täydellä 230 V jännitteellä mittasin kuormittamattomana 21000 1/min, jolloin moottori otti virtaa 0,35 A.
Ohje on täällä.
Kommuttaattorin kaksi 180 asteen päässä toisistaaan olevaa liuskaa yhdistettään diodilla. Tasapainon vuoksi diodeja asennetaan kaksi, yksi kummallekin puolelle roottoria.
Erimerkissä on 1000 W pölynimurin moottori. Omani tehoa en tiedä, luultavasti kuitenkin riittävästi tähän tarkoitukseen. Siinä on pariton määrä liuskoja kommutaattorissa, joten diodin liittäminen tasan 180 asteen jaolla ei ole mahdollista, vaan toiselle puolelle jää yksi liuska enemmän kuin toiselle. Saa kelvata.
3 A diodit eivät mahtuneet pyörimään, joten laitoin kummallekin puolelle rinnan kaksi 600 V 1 A diodia (1N4005). Tällä saadaan yhteensä 4 A virran kesto, kun ohjeessa, todennäköisesti isommalla moottorilla käytettiin 6 A. Päälle reilusti epoksia, jotta diodit pysyvät paikoillaan eikä keskipakovoima revi niitä irti.
Diodit asennettuna roottoriin ja kiinnitettynä epoksilla.
Ohjeessa moottoria oli muutoksen jälkeen ajettu 80 voltin jännitteellä ja sillä moottori otti saman virran kuin ennen muutosta täydellä jännitteellä. Modattu moottori tuskin siis kestäisi täyttä jännitettä. Säätömuuntajalla on hyvä kokeilla, millä jännitteellä moottori toimii ja minkä verran ottaa virtaa.
Moottori lähtee pyörimään 20 Voltissa. Noin 30 voltissa se saavuttaa tahtikierrosluvun ja jää kiltisti siihen, vaikka jännitettä nostaa. 60 voltissa se ottaa virtaa tasan yhden ampeerin, minkä diodit vielä hienosti kestävät. Moottorihan on sarjavirtamoottori, eli kaikki virta kulkee sekä staattorin että roottorin läpi. En tosin tiedä, minkä verran virtaa diodeista menee läpi, tuskin kuitenkaan enempää kuin se 1 A.
Tässä takometrilla mitattuna tahtikierrosluku, eli muutos vaikuttaa onnistuneelta!
Akselista jarrutettaessa kierrokset pysyvät. lisää jarrutettaessa moottori irtoaa tahdista, mutta palautuu kun akselin vapauttaa.
Käynnistettäessä suoraan täydelle 6o voltin jännitteelle se menee helposti yli 3000 kierroksen ja jää huojumaan. Sen voi välttää nostamalla jännitettä hitaasti. Jos akselille lisää massaa, se kiihtyy hitaammin ja todennäköisesti asettuu tahtiin eikä mene ylikierroksille.
Takometrin näyttämä pitää vielä varmistaa strobolla. Köyhän miehen tee-se-nopeasti-itse-siitä-mitä-löytyy-hyllystä – strobo syntyi 12 V muuntajasta, vastuksesta, zener-diodista ja parista ledistä.
Puoliaaltotasasuunnatulla vaihtosähköllä toimiva ledi välkkyy verkkovirran tahdissa. Ledin valossa pitäisi olla mahdollista nähdä, pysyykö moottori tarkalleen vaiheessa. Ja pystyihän se! Video on voi olla vähän pimeän puoleinen, mutta siinä kyllä näkyy, miten ledi-strobo toimii ja miten moottori tahdistuu kun kierroket nousevat riittävästi. Tahdistumisen kuulee hyvin myös äänestä.
Kun moottorin saa tahtiin, se pysyy siinä, vaikka jännitettä nostaa. Ainoastaan moottorin ääni kovenee, pyörimisnopeus ja vaihe pysyvät samana. Tai vaihe kyllä muuttuu vähän, mutta käsittääkseni säätömuuntaja säädettäessä aiheuttaa jonkin verran vaiheensiirtoa.
Tässä ainoa löytämäni kuva yleisvirtamoottorin roottorikäämityksestä. Diodin voi kuvitella tuohon ja miettiä mitä se tekee.
Hyvän käsityksen roottorikäämityksestä saa myös tästä videosta, jossa näytetään, miten roottori käämitään.
Roottori käämitään yhdellä langalla alusta loppuun. Yhden käämin päät on liitetty kahteen vierekkäiseen kommutaattorin liuskaan.
Jos joku ymmärtää ja osaa selittää, miten tämä modifioitu moottori toimii tahtimoottorina, saa kertoa.
Kipinävälikytkin voidaan toteuttaa kiinteänä tai pyörivänä, joista kiinteä on yksinkertaisempi, pyörivä on toiminnaltaan parempi. Pyörivä kytkin voidaan toteuttaa synkronisena tai asynkronisena, joista synkroninen on parempi. Se voidaan virittää sulkemaan välipiiri juuri halutussa kohdassa vaihtovirran jaksoa. Pyörivä kytkin myös sammuu luotettavasti, kiinteä saattaa jäädä sulkeutuneeksi liian pitkäksi aikaa, jolloin ensiömuuntajan teho kuluu kipinävälin valokaareen eikä toisiopiiriin, kuten on tarkoitus.
Itse kipinävälikytkimestä myöhemmin lisää. Nyt keskitytään synkronisen pyörivän kipinävälikytkimen moottoriin, jonka täytyy olla tahtimoottori. Sen pitää pyöriä tahtikierrosluvulla, jotta kytkentä tapahtuu aina samassa kohtaa vaihtovirran puoliaaltoa. Tahtimoottorin löytyminen osoittautui kuitenkin vaikeaksi. Yleisin vaihtosähkömoottori on oikosulkumoottori, joka on muuten hyvä, mutta ei käy tahtikierrosluvulla, vaan vähän hitaammin. 50 Herzin kaksinapaisen tahtimoottorin pyörimisnopeus on 3000 kierrosta minuutissa, kun oikosulkumoottorin pyörimisnopeus on luokkaa 2850 1/min. Oikosulkumoottorin keksijä on muuten tiettävästi myös Nikola Tesla.
Yksi vaihtoehto olisi reluktanssimoottori, joka on tahtimoottori. Se näyttää ulkoapäin oikosulkumoottorilta, mutta sen roottori on erilainen. Reluktanssimoottori ei kuitenkaan käynnisty itsestään vaan tarvitsee taajuusmuuttajan. Taajuusmuuttajan säätäminen samaan vaiheeseen verkkojännitteen kanssa taasen on luultavasti mahdotonta, joten unohdetaan tämä. Yhdistelmä tulisi kalliiksikin.
Kestomagneettiroottorilla varustetut vaihtosähkömoottorit ovat hiljalleen tulossa markkinoille, koska niiden hyötysuhde on oikosulkumoottoria parempi. Ne ovat tahtimoottoreita ja niitä on sekä itsestään käynnistyviä että taajuusmuuttajan vaativia versioita. Itsestään käynnistyvissä on roottorissa kestomagneettien lisäksi pieni häkkikäämitys, jolla moottori käynnistyy lähelle tahtikierroslukua, minkä jälkeen se kestomagneettien avulla tahdistuu. Ei löytynyt myyjiä eikä hintaa tällaiselle moottorille. Unohdetaan.
Kaukokirjoittimissa on ilmeisesti käytetty tahtimoottoreita. Sellaisia löytyy mm. E-Bay:stä. Hinnat postituksineen ovat kohtalaisen suolaisia ja jännite kaikissa mitä löytyi 110 V, taajuus 60 Hz. Saattaisi se toki pyöriä myös 50 Hz:llä, mutta 230/110 muuntaja tarvitaan. Unohdetaan tämäkin.
Netistä löytyi ohje, miten oikosulkumoottorin voi muuttaa tahtimoottoriksi. Tämä vaikuttaa kyllä mielenkiintoiselta, mutta edellyttää roottorin koneistusta ja tasapainotusta. Hieman työläs, joten en viitsinyt ainakaan toistaiseksi ryhtyä tähän. Vähän epäselvää minulle myös, mihin modatun moottorin toiminta perustuu. Mutta siis unohdetaan, toistaiseksi.
Löytyi toinen ohje, jolla yleisvirtamoottorin voi muuttaa tahtimoottoriksi. Tämä on mielenkiintoinen ja hyvin yksinkertainen tehdä, joten kokeillaan! Pari yleisvirtamoottoria löytyi hyllystä valmiina, ilman mitään tähdellistä käyttöä.
Yleisvirtamoottori on kenties maailman eniten valmistettu sähkömoottori. Niitä on ”kaikissa” kodinkoneissa, sähkövatkaimissa, pölynimureissa, porakoneissa, siimaleikkureissa jne. Yleisvirtamoottorit ovat hyvin yksinkertaisia, mutta niiden hyötysuhde ei ole kovin hyvä. Niissä on hiiliharhat, minkä vuoksi eivät ole kovin pitkäikäisiä. Ne toimivat yhtä hyvin sekä tasa- että vaihtosähköllä. Toisin sanoen, vaihtosähkön taajuus ei vaikuta niiden pyörimisnopeuteen millään tavalla, miksi onkin vähän yllättävää, että sellaisesta voi tehdä tahtimoottorin.
No, omassa kaapissa oli pari, luultavasti jostain isohkosta käsityökoneesta peräisin olevaa yleisvirtamoottoria. Pyörimisnopeudeksi täydellä 230 V jännitteellä mittasin kuormittamattomana 21000 1/min, jolloin moottori otti virtaa 0,35 A.
Ohje on täällä.
Having dismantled it, I soldered two 3 amp 1000 volt diodes across 2 opposite commutator segments (180 deg apart), tucked down behind the commutator. One would have done but to maintain physical balance, I used a pair opposite each other and applied a liberal amount of epoxy resin to stop them flapping about.
Kommuttaattorin kaksi 180 asteen päässä toisistaaan olevaa liuskaa yhdistettään diodilla. Tasapainon vuoksi diodeja asennetaan kaksi, yksi kummallekin puolelle roottoria.
Erimerkissä on 1000 W pölynimurin moottori. Omani tehoa en tiedä, luultavasti kuitenkin riittävästi tähän tarkoitukseen. Siinä on pariton määrä liuskoja kommutaattorissa, joten diodin liittäminen tasan 180 asteen jaolla ei ole mahdollista, vaan toiselle puolelle jää yksi liuska enemmän kuin toiselle. Saa kelvata.
 |
| Modauksessa käytetty yleisvirtamoottori. |
 |
| Staattori. |
Ohjeessa moottoria oli muutoksen jälkeen ajettu 80 voltin jännitteellä ja sillä moottori otti saman virran kuin ennen muutosta täydellä jännitteellä. Modattu moottori tuskin siis kestäisi täyttä jännitettä. Säätömuuntajalla on hyvä kokeilla, millä jännitteellä moottori toimii ja minkä verran ottaa virtaa.
Moottori lähtee pyörimään 20 Voltissa. Noin 30 voltissa se saavuttaa tahtikierrosluvun ja jää kiltisti siihen, vaikka jännitettä nostaa. 60 voltissa se ottaa virtaa tasan yhden ampeerin, minkä diodit vielä hienosti kestävät. Moottorihan on sarjavirtamoottori, eli kaikki virta kulkee sekä staattorin että roottorin läpi. En tosin tiedä, minkä verran virtaa diodeista menee läpi, tuskin kuitenkaan enempää kuin se 1 A.
Tässä takometrilla mitattuna tahtikierrosluku, eli muutos vaikuttaa onnistuneelta!
Akselista jarrutettaessa kierrokset pysyvät. lisää jarrutettaessa moottori irtoaa tahdista, mutta palautuu kun akselin vapauttaa.
Käynnistettäessä suoraan täydelle 6o voltin jännitteelle se menee helposti yli 3000 kierroksen ja jää huojumaan. Sen voi välttää nostamalla jännitettä hitaasti. Jos akselille lisää massaa, se kiihtyy hitaammin ja todennäköisesti asettuu tahtiin eikä mene ylikierroksille.
Takometrin näyttämä pitää vielä varmistaa strobolla. Köyhän miehen tee-se-nopeasti-itse-siitä-mitä-löytyy-hyllystä – strobo syntyi 12 V muuntajasta, vastuksesta, zener-diodista ja parista ledistä.
Hyvän käsityksen roottorikäämityksestä saa myös tästä videosta, jossa näytetään, miten roottori käämitään.
Roottori käämitään yhdellä langalla alusta loppuun. Yhden käämin päät on liitetty kahteen vierekkäiseen kommutaattorin liuskaan.
Jos joku ymmärtää ja osaa selittää, miten tämä modifioitu moottori toimii tahtimoottorina, saa kertoa.
Kommentit
Lähetä kommentti