Redigerer Elektrisk motor (avsnitt)

=== Konstruksjon og virkemåte for likestrømsmotorer ===
==== Virkemåte for en meget enkel motor ====
[[Fil:Electric motor cycle 3.png|thumb|Topolet likestrømsmotor med stator merket N (blå) og S (rød), for henholdsvis nord- og sørpol. Rotoren har tilsvarende rød og blå farge for å illustrere at viklingene setter opp [[magnetfelt]] med forskjellig magnetisk polaritet. Den blanke akslingen i senter er akslingen som rotoren og kommutatoren (oransje) er festet til. Børstene som overfører strøm til kommutatoren er merket + (gul) og - (blå). ]]

Bildet til høyre viser en meget enkel likestrømsmotor. Rotoren (ankeret) har to poler som magnetiseres av en elektrisk vikling, og en stator som kan bestå av permanente magneter (N og S i figuren). Kommutatoren i sentrum av rotoren fører strømmen til viklingene. Denne består av to halvsirkelformede ''kobberlameller'' som tilføres strøm via to børster som står mot hverandre på hver side. Børstene består ofte av fjærbelastede kullstykker for å gi passe ''kontakttrykk'' uten å slite kommutatoren for meget. I figuren er rotoren omsluttet av et magnetfelt fra polene, altså magnetisk  nordpol og sørpol. Polene er for øvrig en del av statoren. Rotorens nordpol vil frastøtes av statorens nordpol og tiltrekkes av dens sydpol, det samme vil rotorens sydpol. Rotoren i figuren vil derfor rotere som pilen viser. Når rotorens nordpol når fram til statorens sydpol ville den stoppet om ikke gapet i kommutatoren samtidig passerte forbi børstene, og strømretningen gjennom rotorviklingen snur. Dermed snur magnetiseringen av rotoren, polene er igjen frastøtende og rotoren fortsetter en halv omdreining, før prosessen gjentas.

Denne enkle motoren har flere svakheter: Én er at den ikke vil starte lett i en hvilken som helst posisjon. Startmomentet som er momentet ved oppstart, altså ved lavt turtall, kan med andre ord være lik null. Det vil oppstå pulserende moment når den roterer, og en tredje ulempe er at mellomrommet mellom lamellene er så lite at det oppstår [[kortslutning]]er hver gang børstene står mellom disse. En rotor med mange viklinger og dermed en kommutator med mange lameller vil eliminere alle disse problemene.

==== Rotorens oppbygning ====
[[Fil:Engine rotor.png|thumb|En liten masseprodusert rotor for en likestrømsmotor med kommutatoren til venstre, rotor i senter og kjølevifte til høyre. Kommutatoren har kobberlameller (eller segmenter) som er elektrisk isolert fra hverandre. Hver lamell har forbindelse til rotorens viklinger. Børster av kull ligger inn mot kommutatoren og danner forbindelse fra kraftsystemet til rotorens viklinger.]]

Bildet nede til høyre viser en rotor tilhørende en liten likestrømsmotor. Her ser en tydelig lamellene av kobber på kommutatoren nærmest i bildet. Kommutatoren er laget av et isolerende stoff (mika) slik at hver av lamellene er elektrisk adskilte fra hverandre. En kan videre se at til hver lamell er viklingene loddet fast, og at viklingene av kopper er lagt ned i spor aksielt med rotorens periferi. Rotoren er forøvrig laget av laminerte blikkplater av spesiallegering for at magnetfeltene skal møte liten motstand, samt at de tidligere omtalte virvelstrømstapene skal bli lave.

[[Fil:Schema Ankerwicklung.svg|thumb|Skjematisk fremstilling av rotorviklingen til en likestrømsmotor der omfanget er «brettet ut». Det røde og grønne båndet er statoren med henholdsvis nordpol N (rød) og sørpol S (grønn). De røde linjene er viklingene på rotorens omfang. Viklingene har forbindelse til kommutatorens lameller markert som oransje rektangler nederst med forbindelse til et par børster (grå rektangler nederst). Børstene har forskjellig polaritet og driver strømmen inn (høyre) og ut (venstre).]]

Den skjematiske tegningen til høyre viser forenklet hvordan viklingene kan være forlagt i rotoren og forbindelsen til lamellene. Her må en forestille seg at rotoren er «brettet ut» for at fremstillingen skal være enklere å forstå. ''N'' markerer som tidligere magnetisk nordpol fra statoren og ''S'' sørpol, der den samme nordpolen ligger til både høyre og venstre i tegningen. Legg merke til at alle viklingene gjennomløpes av den samme strømmen, selv om bare to av de seks lamellene har kontakt med børstene. Om en forsøker å følge strømbanen fra for eksempel børsten til venstre, vil en se at strømmen kommer ut ved børsten til høyre. Fra hver av lamellene er det to strømbaner gjennom viklingene. Når rotoren har beveget seg et lite stykke videre vil to lameller ligge mot hver av børstene, dermed er viklingene en kort tid kortsluttet. Etter enda en liten tid vil nye lameller komme i kontakt med børstene, når det skjer vil strømmen i viklingene som først fikk strøm direkte fra børstene, skifte retning.

På bildet til høyre ser en at det er mange vindinger for hvert spor. Mens den skjematiske fremstillingen bare har en vinding gjennom hvert spor. Det er vanlig at kobbertråden er viklet mange ganger gjennom hvert spor. Lorentzkraften vil nemlig virke på hver eneste av vindingene, dermed blir det resulterende momentet på rotoren stort. Viklingenes tilknytning til lamellene og børstenes plassering er for øvrig slik at strømmen har forskjellig retning ved statorens nord- og sørpol, se den skjematiske tegningen.

Over ble det sagt at strømmen i viklingene snur, med andre ord er det en vekselstrøm (og samtidig vekselspenning) i viklingene. Dermed sier en at kommutatoren er en mekanisk likeretter. Altså den sørger for at strømmen som tilføres eksternt kan være en likestrøm. Eller i tilfellet med en likestrømsgenerator: Det er vekselstrøm som induseres i viklingene, men maskinen produserer likestrøm for det kraftsystemet den er tilknytet.<ref name="ReferenceA">[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 159.]]</ref>

I virkeligheten konstrueres viklingene i en likestrømsmaskin mer komplisert enn det som er beskrevet her. Det er vanlig med mange flere spor i langs rotoren. Dessuten er det ikke uvanlig med mer enn bare to poler.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 400.]]</ref>

==== Oppbygging av stator og polene ====
I tillegg til rotoren består likestrømsmotorene av de hoveddelene som er nevnt innledningsvis, det vil si statoren med feltviklinger som setter opp det magnetiske feltet og akslingen som overfører rotorens bevegelse til arbeidsmaskinen. Feltviklingene er anbrakt på en kjerne av stål som vender ut mot rotoren i senter av statoren, disse kalles polene. Statoren kan bestå av laminerte blikkplater av såkalt ''bløtt stål'' på samme måte som rotoren, selv om ikke dette alltid er tilfelle.<ref>[[#REM|Svein Bua m.fl.: ''Roterende elektriske maskiner'' side 222-223.]]</ref> Stålplatene er i tillegg elektrisk isolert fra hverandre. Dette på grunn av at det tidsvarierende magnetisk felt som går gjennom disse vil føre til virvelstrømer. Det vil si at det induseres sirkulerende strømmer inne i stålet, som igjen fører til varmetap og redusert virkningsgrad.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 148.]]</ref>

[[Fil:Stator eines Universalmotor.JPG|thumb|Statoren med polene i en liten universalmotor.]]

Rundt polene er det viklet kobberledere med elektrisk isolasjon. Disse er elektromagneter med vekselsvis nordpol og sørpol langs statorens periferi. Som bildet til høyre viser er polene formet som buer, slik at åpningen mellom polene og rotor skal bli så lite som mulig.

Åpningen mellom rotoren og statoren kalles luftgapet, og den magnetiske fluksen som går gjennom dette kalles luftgapsfluksen. Det er denne delen av fluksen som utfører nyttig arbeid. En annen og mindre del av fluksen finner andre veier og kalles ''lekkfluks''.<ref>[[#REM|Svein Bua m.fl.: ''Roterende elektriske maskiner'' side 14.]]</ref> Ofte lages luftgapet så lite som mulig, men flere overveielser må gjøres, for eksempel for ventilasjon og faren for at rotoren kan komme i berøring med statoren.

For øvrig vil antallet poler avhenge av maskinens effekt, omdreiningstall og rotordiameter. Det ligger erfaringsbaserte data bak valg av antall poler. Om poltallet er lite betyr det en stor motor rent fysisk. Antallet poler kan heller ikke bli for stort, 12 poler er gjerne et maksimum.<ref>[[#REM|Svein Bua m.fl.: ''Roterende elektriske maskiner'' side 224-225.]]</ref>

Det magnetiske feltet fra polene i statoren kalles for ''hovedfluksen''. Fordi det går strøm i rotoren vil det også her oppstå magnetiske felter, kalt ''ankerfluksen''. Et spesielt fenomen er at de magnetiske flukslinjene fra hovedfeltet går tvers gjennom rotoren, altså fra nordpol til sydpol. Derimot har flukslinjene fra ankeret retning på tvers av hovedfluksen. Med økende belastning vil det resulterende magnetfeltet endres og bli asymmetrisk. Dette kalles ''ankerreaksjon''. En konsekvens er økende spenning mellom segmentene under børstene, dette fører til små lysbuer som kan være skadelige. Flere tiltak gjøres for å bøte på dette problemet.<ref>[[#REM|Svein Bua m.fl.: ''Roterende elektriske maskiner'' side 248-251.]]</ref> To vanlige tiltak er ''vendepoler''<ref>[[#REM|Svein Bua m.fl.: ''Roterende elektriske maskiner'' side 254.]]</ref>, også kalt ''kommuteringspoler'', som er egne poler som settes opp mellom hovedpolene. Disse skal sette opp et magnetisk felt som skal gi en motindusert spenning i viklingene tilknyttet segmentene under børstene, dermed motvirkes spenning mellom segmentene. En annen konsekvens av ankerreaksjon er svekket hovedfelt. Egne viklinger i ''polskoene'' kalt ''kompensasjonsviklinger'' settes inn i utfreste spor i polskoene for å motvirke dette.<ref name="EMS289">[[#EMS|F. Moeller og P. Vaske : ''Elektriske maskiner og omformere'' side 289.]]</ref>

;Forskjellige komponenter i likestrømsmaskiner
<gallery>
Fil:Komutator silnika elektrycznego prądu stałego.jpg|Kommutatoren til en likestrømsmotor. Legg merke til fjærene som trykker børstene ned.
Fil:Armature under revision.JPG|Viklingene er enda ikke på plass i denne rotoren til en likestrømsmaskin.
Fil:Fotothek df n-19 0000034 Elektromaschinenbauer.jpg|Påføring av isolasjon på rotoren til en likestrømsmaskin. Dresden, Øst-Tyskland, 1978.{{Byline|Eugen Nosko}}
Fil:Fotothek df n-19 0000036 Elektromaschinenbauer.jpg|Statoren til en større likestrømsmaskin under bygging. Dresden, Øst-Tyskland, 1978.{{Byline|Eugen Nosko}}
Fil:RAW Dessau, Fahrmotor (1).JPG|Rotorer for banemotorer.
File:DC motor starting rheostat.PNG|Startmotstand for en likestrømsmotor.
</gallery>

==== Magnetisering ====
Som nevnt kalles de viklingene i en elektrisk maskin som er tilknyttet det eksterne elektriske kraftsystemet for ankeret. I en likestrømsmaskin kaller en derfor ofte rotoren for ankeret. Polene med sine elektriske vindinger kan være tilkoblet kretsen til ankerviklingen på forskjellige måter. Dette gjør at en likestrømsmotor kan få forskjellige karakteristikker, blant annet blir forholdet mellom moment og omdreiningstall påvirket. Se illustrasjon til høyre, med forklaring under:

[[Fil:Serie Shunt Coumpound.png|thumb|Forskjellige koblinger for en likestrømsmaskin der M= ankeret og f=feltvikling<br />A: [[Parallellkopling|shunt]], B: [[Seriekobling|serie]] og C: compound.]]

:* Parallell (A), der statoren og rotoren koblet i [[Parallellkopling|parallell]] til strømforsyningen. Ofte kalles dette for ''shuntmotor'' eller ''shuntmagnetisering''. Magnetiseringen i stator blir dermed tilnærmet konstant så lenge tilført spenning er konstant, dette gir en motor med relativt stabilt turtall og moment. Typisk kan turtallet synke med 5 % fra tomgang til full belastning. Størrelsen av startmomentet og maksimalt turtall vil være begrenset av hvor mye strøm kommutatoren kan overføre.<ref name="DNTO397">[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 397.]]</ref>

:* Serie (B), der rotoren kobles i [[Seriekobling|serie]] med statorviklingen. Dette kalles ofte en ''seriemotor'', eller ''seriemagnetisering'', der magnetiseringen av feltet øker (sterkere magnetisk felt) når strømmen i rotoren øker. Praktisk betyr dette at når belastningen stiger så faller turtallet mye, mens momentet øker. Motorens effekt, som er produktet av turtall og effekt, endrer seg ikke mye, men motorens moment kan bli meget stort ved lavt turtall og ved start. En ulempe med karakteristikken for denne typen magnetisering er stort turtall ved liten belastning.<ref name="DNTO397" /> Seriemagnetisering er særlig brukt i motorer for lokomotiver og trikker der et stort moment ved start er ønskelig.

:* Kompound (C), er en kombinasjon av serie- og parallellkobling. Dermed fås en kombinasjon av egenskapene nevnt over. Blant annet unngås stort turtall ved lav belastning.<ref name="DNTO397" />

:* Fremmedmagnetisering, vil si at motorens poler får strømmen tilført fra en spenningskilde helt uavhengig av ankeret.