Redigerer Elektrisk motor (avsnitt)

=== Styring og kontroll av likestrømsmotorer ===
==== Hastighetsstyring ====
<div style="float:right; padding:1em; margin:0 0 0 1em; width:300px; border:1px solid; background:ivory;">
{{Anchor|Ligninger for likestrømsmotoren}}
'''Ligninger for likestrømsmotoren'''

[[Elektromagnetisk induksjon|Indusert]] [[elektromotorisk spenning]] ''E<sub>a</sub>'' i ankeret er gitt av:<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 186.]]</ref>

<math>E_a = 2 P N \Phi \frac{n}{60}</math>

der; ''P'' er antall poler, ''N'' er antall vindinger i ankeret, ''Φ'' er [[magnetisk flukstetthet]] [T] fra feltet og ''n'' er omdreiningshastigheten [r/min]. I praksis er antall poler og vindinger definert for en og samme maskin, for overslagsberegninger er det derfor praktisk å innføre en konstant kalt ''viklingskonstanten'' ''K<sub>a</sub>'', slik at uttrykket blir:<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 393.]]</ref>

<math>E_a = K_a \Phi \frac{n}{60}</math>

På samme måte brukes en forenklet formel for elektromagnetisk moment:<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 392.]]</ref>

<math>T = K_a \Phi i_a</math>

der ''i<sub>a</sub>'' er strømmen i ankeret, mens de andre parametrene de samme som over.

Disse forenklede uttrykkene sier at i en gitt likestrømsmotor er indusert ankerspenning proporsjonal med omdreiningshastighet, mens momentet er avhengig av ankerstrømmen. Begge parametrene er avhengig av flukstettheten fra feltet.

En annen viktig sammenheng er den for klemmespenning ''U'' (spenningen mellom motorens terminaler), resistans i ankerviklingen ''R<sub>a</sub>'' og indusert spenning ''E<sub>a</sub>'':<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 395.]]</ref>

<math>U = E_a - I_a R_a</math>

Sammenhengen er gitt av [[Kirchhoffs lover|Kirchhoffs spenningslov]].

Ved motordrift er ''E<sub>a</sub>'' mindre enn ''U''. I en shuntmagnetisert motor vil en svekkelse av strømmen føre til at feltet ''Φ'' svekkes. Om da klemmespenningen er konstant, må E<sub>a</sub> økes for å balansere forholdet mellom spenningene gitt over. Dermed øker turtallet, noe som kalles feltsvekking.<ref name="DNTO397" />

Uttrykket over forklarer også hvorfor økt motstand i ankerkretsen fører til redusert hastighet i alle magnetiseringsmåtene: Spenningsfallet over ''R<sub>a</sub>I<sub>a</sub>'' økes, og med gitt klemmespenning ''U'', må ''E<sub>a</sub>'' reduseres for å få spenningsbalanse. Dermed må i neste omgang hastigheten ''n'' minke.<ref name="DNTO427" />
</div>

Generelt er hastighetsstyring av likestrømsmotorer enkelt. Tradisjonelt har kontroll av turtallet for likestrømsmotorer vært mye enklere enn for vekselstrømsmotorer.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 425.]]</ref> De tre vanligste metodene for hastighetskontroll er:

:* ''Feltsvekking'' er en metode som brukes for shuntmagnetiserte motorer. Hastigheten kan enkelt kontrolleres ved sette inn en regulerbar motstand, altså en reostat, i serie med magnetiseringsviklingene. Ved å øke motstanden i denne reostaten vil magnetfeltet fra polene svekkes, noe som får hastigheten til å øke. Dette brukes også for kompound motorer.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 426.]]</ref> Momentet er proporsjonalt med styrken av magnetfeltets fluks og dermed bestemt av magnetiseringsstrømmen, derfor vil momentet ha sin største verdi ved lavest turtall. Denne typen motor og styring passer derfor best i tilfeller der arbeidsmaskinen krever stort moment ved lavt turtall.<ref name="DNTO427">[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 427.]]</ref>

:* Justering av ankerkretsens motstand består i at hastigheten reduseres ved å sette inn motstander i serie med ankeret (rotoren). Denne metoden kan brukes for både serie-, shunt- og kompoundmaskinene, og er den vanligste måten for hastighetskontroll av seriemaskiner. En seriemagnetisert motor med denne typen hastighetskontroll vil ha stor unøyaktighet, og store tap ved lav hastighet. Imidlertid vil valg av en slik motor bety at nøyaktig hastighetskontroll ikke er viktig, dessuten at motoren ikke kjøres langvarig med lavt turtall.<ref name="DNTO427" />

:* Justering av ankerspenningen brukes for shuntmotorer. En endring av spenningen over ankeret fører til proporsjonal hastighetsendring.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 428.]]</ref>

Kombinasjoner av disse metodene er også vanlig<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 434.]]</ref> En annen løsning er å bruke permanentmagneter istedenfor feltvikling for polene. En fordel med denne typen motorer er at strøm til magnetisering ikke trengs, noe som i sin tur fører til reduserte tap. Den opplagte ulempen er at avmagnetisering kan oppstå over tid, eller ved for eksempel svært store ankerstrømmer eller overoppheting.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 520.]]</ref>

I punktene over ble det beskrevet hvordan forskjellige motorer kan ha forskjellige karakteristikker for moment og turtall. En grunn til at dette er ønskelig er tilpasning til arbeidsmaskinen, som kan ha forskjellige karakteristikker. For eksempel vil kompressorer og transportbelter ha konstant moment selv om turtallet endres, mens vifter derimot vil ha et moment som er kvadratisk proporsjonalt med turtallet. Noen spesielle arbeidsmaskiner som skrupumper har stort moment ved lav hastighet, men som avtar med økende turtall.<ref>{{Kilde www| forfatter=Edvard Csanyi |url=http://electrical-engineering-portal.com/5-most-common-motor-load-types | tittel=5 Most Common Motor Load Types | besøksdato=7. november 2015 | utgiver=Electrical Engineering Portal | arkivdato=20. mai 2012 }}</ref>

Et spesielt problem er at ankeret ikke har noe indusert spenning ved start, altså ved turtall lik null. Når i tillegg den ohmske motstanden er liten betyr det at ''startstrømmen'' kan bli skadelig stor. Spesielt for maskiner over 1&nbsp;kW kan dette bli et problem. Løsningen på dette er å sette inn en motstand i serie med ankeret, en såkalt ''igangsetter'' eller ''startmotstand''. Denne kan ha flere trinn som kobles ut gradvis etter som turtallet øker.<ref name="EMS289" />

==== Bremsing ====
Som nevnt har noen motorer driftsforhold der bremsing er ønskelig, eksempler er lokomotiver, trikker, heisekraner og elevatorer. En enkel metode er såkalt ''motstandsbremsning'' der ankeret til motoren kobles vekk fra kraftforsyningen og over til en motstand, også kalt ''bremsemotstand''. Ankerstrøm og dreiemoment snur retning i forhold til vanlig drift, dermed virker motoren som generator. Bremsemotstanden vil da avgi varme til omgivelsene. En annen metode er å la maskinen være tilkoblet kraftsystemet, og mate ut energien under bremsing til kraftnettet. For å få bremsevirkning må den induserte spenningen i ankeret være større enn nettspenningen. Dette oppnås med å øke feltet, altså øke magnetiseringsstrømmen. Denne typen ''regenerativ bremsing'' er hensiktsmessig der bremsingen skjer over lengre tid, for eksempel tog som kjører ned lange bakker.<ref>[[#EMS|F. Moeller og P. Vaske : ''Elektriske maskiner og omformere'' side 309-310.]]</ref>

==== Bruk av likestrømsmotorer uten tilgang på kraftsystem for likestrøm ====
Som nevnt har likestrømmotoren utmerkede egenskaper når det gjelder turtallsregulering, dermed har dette vært den foretrukne motoren for drifter der dette er viktig. Men hvordan skal en få til å bruke en likestrømsmotor, når praktisk talt all kraftforsyning er i form av vekselstrøm? For tog og sporvogner er det gjerne helt egne kraftsystemer for dette. Disse blir forsynt med likestrøm fra overliggende kraftsystemet (vekselstrøm) som blir likerettet. Dette har vært vanlig siden 1930-årene<ref name="BKB">{{Kilde www| forfatter=Bimal K. Bose | url=http://ethw.org/Power_electronics | tittel=Power electronics | besøksdato=4. desember 2015 | utgiver=Engineering and Technology History Wiki | arkivdato=2. desember 2014 }}</ref> ved at det er egne stasjoner med kvikksølv-likeretter langs banen. Nå brukes helst kraftelektroniske likerettere. For andre bruksområder fins andre metoder.

[[Fil:WardLeonard-Internationl.svg|thumb|En Ward-Leonard kobling for turtallstyring av en likestrømsmotor med trefase vekselstrømsforsyning.]]

En tradisjonell løsning er ''Ward-Leonard systemet'' (eller bare ''leonardkoblingen'') som egner seg der nøyaktig styring over et stort turtallsområde er nødvendig. Denne kan bestå av en oppstilling av elektriske maskiner som vist i figuren til høyre. Til venstre kommer forsyningen inn med trefase vekselstrøm til en vekselstrømsmotor (1). Dette kan typisk være en asynkronmaskin. Denne har to likestrømsgeneratorer tilknyttet sin aksling, nemlig en egen generator for å lage magnetiseringsstrøm (3) og en ''styregenerator'' (2) som produserer strømmen til hovedmotoren (4). Magnetiseringsstrømmen fra generatoren (3) forsyner hovedfeltet både til hovedgeneratoren (2) og hovedmotoren (4).<ref>[[#EMS|F. Moeller og P. Vaske: ''Elektriske maskiner og omformere'' side 305.]]</ref>

Ved å endre på reostatens (5) innstilling kan hovedgeneratorens spenning justeres, dermed vil også spenningen ''U<sub>a</sub>'' til ankret til hovedmotoren kunne reguleres. Dette ble forklart over som en av metodene for å regulere turtallet på likestrømsmotoren. En reostat kan også settes inn i  serie med feltviklingen til hovedmotoren, slik at også denne kan reguleres. Med dette oppsettet oppnås gode reguleringsegenskaper, men en opplagt ulempe er behovet for hele tre elektriske maskiner for å håndtere turtallsregulering av kun én motor.

==== Styring av likestrømsmotorer med kraftelektroisk omformer ====
[[Fil:ThyristorBridge.svg|thumb|Kraftleektronisk motorstyring av en likestrøms-<br /> motor (M) med trefase vekselstrømsforsyning. Til venstre er likeretterbroen som sørger for at vekselstrømmen gjøres om til likestrøm. Kontrollenehten (CU) som kontrollerer tenning av [[tyristor]]ene sørger for at spenningen inn på motorens anker kan reguleres. De tre komponentene i den nederste delen av likeretteren er [[diode]]r. ]]

Kraftelektroniske motorstyringer begynte sin store utbredelse i siste halvdel av 1900-tallet.<ref name="BKB" />. Disse består i hovedsak av halvlederkomponenter som er i stand til å kontrollere den elektriske energistrømmen til en motor. En typisk komponent som benyttes er [[diode]]n, som kun leder strøm i én retning. Ved å sette sammen slike enheter kan det konstrueres en [[likeretter]]. Likeretteren omformer vekselstrøm til likestrøm, noe som kan være nyttig i forbindelse med en likestrømsmotor. En annen viktig komponent er [[tyristor]]en som også slipper strøm gjennom i bare en retning, men som i tillegg kan kontrolleres slik at den leder strøm kun når den får signal om å gjøre det. Tyristorstyrte motordrifter gjør bruk av denne egenskapen. En tegning som viser prinsippet er vist til høyre. Denne motordriften kan brukes til å oppnå det samme som Ward-Leonard systemet, men uten at andre maskiner enn selve hovedmotoren trenges.