Elektriajam

Elektriajam (saksa Elektroantrieb, soome sähkökäyttö, vene электропривод, rootsi Elektriska drivsystem) on ajam, mis koosneb elektrimootorist koos selle juurde kuuluvate ülekande-, juhtimis-, reguleerimis- ja kaitseseadmetega.

Elektriajami liikumise dünaamikat kirjeldava võrrandi saab kirjutada Newtoni II seaduse põhjal või tuletada süsteemi energiabilansist.

Pöördliikumisega ajami põhivõrrand konstantse inertsimomendi (J = const.) korral:

${T}-{T_{t}}={J}{\frac {\mathrm {d} \omega }{dt}}\qquad {\text{(1)}}$,

kus $\omega$ on nurkkiirus,

J on koormuse, ülekandemehhanismi ja mootori rootori taandatud inertsimoment,

${T}$ – teoreetiliselt "elektriliselt" arendatav moment ilma mehaaniliste kadudeta,

${T_{t}}$ – töömasina tekitatav moment (staatiline moment, takistusmoment, koormusmoment) koos mootoris ja ülekandemehhanismis tekkivate mehaaniliste kadudega.

Töömasina tekitatav (staatiline) moment ${T_{t}}$ võib olla ka negatiivse märgiga st. liikumist soodustav (näiteks kraana koorma langetamisel).

Võrrandi (1) paremat poolt nimetatakse dünaamiliseks momendiks.

Inertsimomendi J saab ette anda pöördenurga (asendi) funktsioonina.

Elektriajamite liigid

Kasutusotstarbe järgi võib ajameid jaotada veoajamiteks (vt elektervedu), tõsteajamiteks (vt lift, kraana), pumba ajamiteks, ventilaatori ajamiteks jms.

Elektriajamites kasutatakse nii pöörlevaid elektrimootoried kui ka lineaarmootoreid. Mõlemad mootoriliigid võivad olla ka ülekandemehanismi (näiteks reduktormootor) või koormusmasinaga kokku ehitatud.

Töömasinaga ühendamise viisilt võib olla elektriajam:

• üksikajam, kus töömasinat käitab üks elektrimootor;
• rühmaajam (transmissioonajam), kus üks mootor käitab mitut töömasinat;
• agregaatajam, kus ühel töömasinal on mitu elektrimootorit, igal tööorganil oma elektrimootor.

Ajami juhtimissüsteemide liigitus

Juhitavateks suurusteks on mehaaniline liikumine, s.o liikumiskiirus, jõud (pöördliikumisel pöördemoment) ja erijuhtudel ka asend.

• Mittereguleeritava ajami parameetrid muutuvad ainult häiringute tõttu.
• Reguleeritava ajami parameetrid muutuvad juhttoime tõttu.
• Programmjuhitav ajam töötab vastavalt etteantud programmile.
• Järgivajami tööorgan järgib juhttoime meelevaldseid muutusi.
• Adaptiivajam ehk adaptiivjuhtimisega ajam valib optimaalse talitluse tagamiseks masina töötingimuste muutumisel automaatselt juhtimissüsteemi struktuuri või parameetrid.

Reguleeritava ajami juhtimissüsteem koosneb enamasti mitmest alluvast reguleerimiskontuurist (closed-loop cascade control). Juhtimiskontuurides kasutatakse juhtimisobjekti (koormusmasina) tarkvaralisi mudeleid (model-based control). Kasutusel on ka hägusloogilise juhtimisega ajamid jms. Asendi ja kiiruse digitaalseks tagasisideks on kasutusel pöördkoodrid, mis sageli paiknevad võllil või on mootoriga kokku ehitatud.

Siseneva elektrivoolu liigi järgi võib ajamid jaotada vahelduvvooluajamiteks (sagedusjuhtimisega ajamiteks) ja alalisvooluajamiteks.

Sagedusjuhtimisega elektriajamite juhtimismeetodid

Reguleeritavad vahelduvvooluajamid (variable-frequency drive, VFD) võib jagada skalaarjuhtimisega ajamiteks, vektorjuhtimisega ajamiteks, momendi otsejuhtimisega (DTC) ajamiteks jms.

	Skalaarjuhtimine   Pinge-sageduse juhtimine (V/f, Volts per frequency control)     Vektorjuhtimine   Magnetväljavektori juhtimine (FOC, Field-oriented control)       Otsejuhtimine (DSC, Direct self control)     Pingevektori modulatsioon (SVM, Space vector modulation)

Ajalugu

• 1748 Benjamin Franklin tegi katseid elektrostaatilise mootoriga.
• 1821 esimeseks elektromagnetiliseks ajamiks võib pidada Michael Faraday katseseadet, milles voolust läbitud varras pöörles ümber seisva magneti.
• 1834 Moritz Hermann Jacobi (21. september 1801 – 10. märts 1874) ja USA leiutaja Thomas Davenport (9. juuli 1802 – 6. juuli 1851) ehitasid teineteisest sõltumatult pöörleva alalisvoolumootori. 1834. aasta novembris avaldas Moritz Hermann Jacobi selle mootori rakenduse kohta kokkuvõtte.
• 25. veebruaril 1837 andis Thomas Davenport sisse alalisvoolumootori patendi taotluse.
• Pöörleva elektrimootoriga elektriajami üheks varaseimaks rakenduseks võib lugeda Moritz Hermann Jacobi konstrueeritud elektriajamiga sõidukit – elektrimootoriga merepaati. Paati katsetati Neeva jõel 25. septembril 1838, meeskonnaliikmete vahel olid Moritz Hermann Jacobi ja Heinrich Friedrich Emil Lenz.
• 1880. aastatel võeti kasutusele kolmefaasilised vahelduvvoolumootorid (vt kolmefaasiline toitesüsteem).
• 1920. aastatel toimus tööstuses üleminek rühmaajamitelt üksikajamitele (ühine transmissioonvõll asendati igal masinal individuaalse elektriajamiga).
• 1970. aastatest alates hakati elektrimootoreid juhtima jõupooljuhtseadistega (vt jõuelektroonika, sagedusmuundur). Algas reguleeritavate (variable-speed drive) vahelduvvooluajamite laialdane kasutuselevõtt tööstuses.
• 1990. aastatest alates seoses mikroprotsessor-automaatjuhtimise rakendamisega võeti kasutusele ka vahelduvvoolu vektorjuhtimise meetodid.

Vaata ka

• hüdroajam
• pneumoajam
• servoajam
• käsiajam
• kruviajam
• Scherbiuse ajam
• Leonardajam
• lineaarajam
• elektromehaanika