Häkkikäämitty roottori

Induktiomoottorin oikosulkuroottori.

Häkkikäämitty roottori on epätahti- eli induktiomoottoreissa yleisesti käytetty pyörivä osa. Häkkikäämitykseen indusoituu sähkövirta, joka magnetoi roottorin. Häkkikäämitys myös oikosulkee indusoituneet virrat, mistä syystä oikosulkuroottorilla varustettua sähkömoottoria kutsutaankin usein oikosulkumoottoriksi. Häkkikäämitystä voidaan käyttää myös tahtimoottoreissa.

Rakenne

Tietokonekaavio oikosulkuroottorin rakenteesta: keltaiset renkaat roottorin kummissakin päissä ovat oikosulkurenkaita, ja niiden välillä kulkevat häkkikäämityksen johteet. Roottorin keskellä akselin ympärillä ovat rautalevyt joista roottorin ydin koostuu. Käytännössä rautalevyjä on koko matkalla oikosulkurenkaiden välissä.

Häkki-nimitys tulee käämityksen muodostamasta häkistä, joka muistuttaa oravanpyörän häkkiä (tästä myös englanninkielinen nimitys Squirrel cage). Häkkikäämitty roottori koostuu kerroksittain kasatuista, uritetuista rautalevyistä. Urien läpi kulkevat alumiinista tai kuparista valmistetut johteet (käämit), jotka ovat päistään kytketty yhteen metallirenkailla (oikosulkurenkailla). Nämä kytkevät johteet oikosulkuun (ks. kuva).

Johteet ovat yleensä hiukan käännetty suorasta linjasta melun ja vääntömomentin vaihteluiden vähentämiseksi.

Toiminta

Induktiomoottorin staattorikäämitykset muodostavat pyörivän magneettikentän roottorin ympärille. Pyörivä magneettikenttä indusoi roottorin häkkikäämitykseen sähkövirran joka magnetoi roottorin. Näin muodostunut magneettikenttä aiheuttaa roottoriin Lorentzin voiman mukaisesti tangentin suuntaisen vääntömomentin, ja roottori lähtee seuraamaan staattorin pyörivää magneettikenttää.

Roottorin magnetoiminen induktiolla vie energiaa aiheuttaen sen, että niiden roottorit pyörivät hieman staattorikäämityksen pyörivää magneettikenttää, kiertokenttää, hitaammin. Tätä pyörimisnopeuksien eroa sanotaan jättämäksi ja se kasvaa moottorin kuormituksen kasvaessa. Tämän vuoksi oikosulkumoottorit kuuluvat epätahtikoneisiin.

Magneettikenttä kulkee rautaytimessä, joka on suunniteltu rakenteellisesti ja materiaalivalinnoilla minimoimaan häviöitä. Ohuet lakkapäällysteiset levyt roottorin sisällä vähentävät pyörrevirtahäviöitä. Niiden materiaali on vähähiilistä mutta runsaasti piitä sisältävää rautaa, jonka resistanssi on puhdasta rautaa moninkertaisesti suurempi. Näin pyörrevirtahäviöitä saadaan entistä pienemmäksi. Matala hiilipitoisuus tekee siitä magneettisesti vähän hystereesihäviöitä aiheuttavaa.

Yksi- ja kolmevaihemoottoreissa käytetään samaa perusrakennetta laajalla kokoalueella.

Häkkikäämitys tahtimoottoreissa

Häkkikäämitystä käytetään myös tahtimoottoreissa, joissa se toimii käynnistysvaiheessa samoin kuin induktiomoottoreissa ja vaimennuskääminä moottorin siirryttyä riittävän nopeuden saavutettuaan tahtiajoon. Vaimennuskäämityksen tarkoitus on vaimentaa magneettikentän heilahteluja ja vastakkaiseen suuntaan pyöriviä kenttiä.

Katso myös

• Oikosulkumoottori
• Generaattori