Teollisuudessa, voimaloissa ja vedenpuhdistamoissa tarvitaan tehokkaita sähkömoottoreita.

Niitä varten on kehitetty suurnopeusmoottori, joka yltää sataantuhanteen kierrokseen minuutissa.

TEKSTI:Risto Varteva


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Teollisuudessa, voimaloissa ja vedenpuhdistamoissa tarvitaan
tehokkaita sähkömoottoreita. Niitä varten on kehitetty suurnopeusmoottori,
joka yltää sataantuhanteen kierrokseen minuutissa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

1/2003

Tavallinen verkkovirralla toimiva sähkömoottori pyörii enintään 3 000 kierrosta minuutissa, koska tämä nopeus vastaa verkkovirran taajuutta. Ei mitään hiljaista menoa, mutta monissa prosesseissa se ei riitä alkuunkaan. Tarvitaan enemmän kierroksia ja tehoa.

Kierroksia saadaan lisää vaihteistolla, mutta nopeus tulee tehon kustannuksella.

- Kyllä vanhoin konstein päästään sataantuhanteen kierrokseen minuutissa, mutta teho rajoittuu kymmeneen kilowattiin, sanoo professori Antero Arkkio Teknillisen korkeakoulun sähkömekaniikan laboratoriosta. - Uudella moottorilla päästään laskennallisesti kolmeensataan kilowattiin. Testejä on tehty jo sadalla kilowatilla.

TKK:n ja Lappeenrannan teknillisen yliopiston yhteistyönä kehitetyn suurnopeusmoottorin huikean kierrosnopeuden ja tehon selittää uudenlainen rakenne. Moottorissa ei ole vaihteita, vaan roottori kytketään suoraan koneen akseliin.

Suurella taajuudella suuri nopeus

Suuriin pyörimisnopeuksiin päästään kasvattamalla moottorille syötettävän sähkövirran taajuutta. Jos verkkovirran 50 hertsiä antaa 3 000 kierrosta minuutissa, 500 hertsiä antaa 30 000.

- Kuulostaa yksinkertaiselta, mutta idean tekninen toteuttaminen on jo hankalampaa, Arkkio sanoo. - Kymmenkunta vuotta sitten, kun ensimmäiset ideat uudentyyppisestä moottorista syntyivät, ei vielä ollut esimerkiksi tarpeeksi suuritehoisia taajuusmuuttajia.

Kymmenkunta vuotta sitten moottorin suunnittelukin olisi ollut vaikeaa, sillä se vaati uusia laskentamenetelmiä ja valtavasti tietokoneaikaa. Arkkio arvelee, että yhdessä vaiheessa hänen tutkijaryhmänsä oli TKK:n laskentakapasiteetin suurin käyttäjä.

Lujaa terästä ja magneettikenttiä

Myös sähkömoottorin mekaaninen kestävyys ja voitelu on ratkaistava suurilla nopeuksilla uudella tavalla.

Tyypillisen moottorin roottorin läpimitta on 13 senttiä. Jos kierroksia on 30 000 minuutissa, roottorin ulkoreunan nopeudeksi tulee huikeat 200 metriä sekunnissa. On helppo kuvitella, että tällä vauhdilla rakennelmat voivat revetä hajalle.

- Pyörivän roottorin keskeisvoimat todella ovat näillä kierroksilla valtavat, mutta nykyajan teräkset kestävät, Arkkio sanoo. Pelivaraakin vielä on, sillä ulkoreunan nopeus saisi kasvaa 500 metriin sekunnissa - eli reuna voisi kiitää ääntä nopeammin.

Perinteiset laakerit joutuisivat näin suurilla tehoilla ja nopeuksilla koville. Siksi huippunopea roottori pannaan käynnin ajaksi leijumaan magneettikenttien varaan. Näin metallipinnat eivät missään kohdassa joudu hankaamaan toisiaan vasten.

Magneettikenttien muoto ja vahvuus säädetään elektronisesti, joten siinäkään ei tarvita liikkuvia osia. Puolen millimetrin rako riittää hyvin pitämään pinnat erillään vinhassakin vauhdissa.

Ensimmäiset käytössä puhdistamoissa

Uusia sähkömoottoreita valmistetaan Lappeenrannassa High Speed Tech Oy:n tehtaassa. Niitä on jo toimitettu muun muassa jätevedenpuhdistamoiden kompressoreiksi, jotka puhaltavat suuripaineista ilmaa altaisiin. Pienillä pyörimisnopeuksilla paine ei kasvaisi riittävän suureksi.

- Suurnopeille sähkömoottoreille on tutkittu muitakin käyttötapoja, mutta ilmastuskompressori on toistaiseksi ainoa kaupallinen tuotesarjamme, kertoo High Speed Techin tuotekehitysinsinööri Erkki Lantto. - Jäteveden ilmastuksessa huoltovapaus, öljyttömyys ja säädettävä pyörimisnopeus ovat tärkeitä. Juuri niitä voimme tarjota asiakkaille näillä moottoreilla.

Sisältö jatkuu mainoksen alla