Dodaj do listy

Rodzaje silników elektrycznych

SILNIK ELEKTRYCZNY - jest to urządzenie zamieniające energię elektryczną na mechaniczna., na ogół w formie energii ruchu obrotowego. Moment obrotowy powstaje w silniku elektrycznym w związku z oddziaływaniem pola magnet. oraz prądu elektr. (siła elektrodynamiczna). Silnik elektryczny zbudowany jest z: stojana (z osadzoną parą albo kilkoma parami uzwojeń elektromagnesów) i wirnika (z uzwojeniem twornikowym). W zależności od prądu dostarczanego wyróżniamy silniki elektryczne prądu stałego i silniki elektryczne prądu zmiennego. Pierwszy z wymienionych silników ma na osi wirnika pierścień, który zbudowany jest z izolowanych działek (tzw. komutator) połączonych z zaciskami uzwojeń twornika. Po powierzchni komutatora ślizgają się nieruchomo umieszczone szczotki elektryczne, które doprowadzają prąd (wykonane z drobnoziarnistych tworzyw z węgla uszlachetnionego), dociskane są one do komutatora dzięki sprężynkom. Działanie pola magnetycznego, które jest wyprodukowane dzięki elektromagnesom stojana, na prąd elektryczny. w obwodzie: para szczotek, działki komutatora oraz uzwojenie twornika, powoduje ruch obrotowy wirnika. Kierunek tych obrotów uzależniony jest od kierunku płynącego prądu w uzwojeniu twornika. W zależności jak podłączymy uzwojenia twornika z uzwojeniem elektromagnesu, które wzbudza pole magnetyczne., silniki elektryczne prądu stałego można podzielić na: szeregowe, równoległe oraz szeregowo-równoległe. W silnikach elektrycznych szeregowych prędkość obrotowa maleje wraz ze wzrostem obciążenia. Posiadają one skłonność do rozbiegania w momencie odłączenia obciążenia. Wykorzystuje się je w trakcji elektr. oraz dźwignicach. W silnikach elektrycznych także prędkość obrotowa nie zależy od obciążenia. Je wykorzystuje się, np. do napędzania obrabiarek. Silniki elektryczne szeregowo-równoległe wykorzystuje się do napędzania urządzeń o stałej prędkości obrotowej oraz o ogromnych momentach obrotowych. Silniki prądu przemiennego dzielimy na: 1- oraz 3-fazowe. Możemy je także podzielić ze względu na zasadę działania. Wyróżniamy wtedy silniki: indukcyjne (indukcyjna maszyna), synchroniczne (synchroniczna maszyna) oraz komutatorowe (komutatorowa maszyna). W silnikach elektrycznych 3-fazowych indukcyjnych prąd 3-fazowy, który płynie przez uzwojenia stojana produkuje pole wirujące. Pole to przecina przewody uzwojenia wirnika, indukując tym samym w nich prądy zgodnie z regułą Lenza. W konsekwencji powoduje ruch obrotowy wirnika. Wirnik obraca się znacznie wolniej niż pole wirujące, ponieważ w uzwojeniach wirnika indukuje się napięcie w momencie gdy jest ruch pola wirującego względem tych uzwojeń. Różnicę prędkości nazywamy poślizgiem. W silnikach elektrycznych indukcyjne wykorzystywane są do napędzania urządzeń o nie regulowanej prędkości obrotowej. Tanie oraz najczęściej wykorzystywane w przemyśle są wyróżniające się prostą konstrukcją silniki indukcyjne klatkowe (zwarte), ponieważ wirnik tych silników ma uzwojenie w formie klatki, która jest zrobiona jako odlew aluminiowy albo zespół prętów zwartych na swych czołach pierścieniami. Natomiast silniki elektryczne synchroniczne różnią się od wcześniej omówionego silnika konstrukcją wirnika. W tym przypadku jest on dodatkowo wyposażony w elektromagnesy zasilane prądem stałym ze wzbudnicy osadzonej na wale wirnika. Ilość biegunów elektromagnesów odpowiada liczbie biegunów pola wirującego stojana, gdyż moment obrotowy jest wynikiem wzajemnego oddziaływania na siebie biegunów magnetycznych elektromagnesów oraz pola wirującego. Obroty wirnika są synchroniczne z obrotami pola oraz posiadają stałą prędkość. Wykorzystywane są one do napędzania urządzeń szybkoobrotowych o stałej prędkości obrotowej, np. sprężarek. Silniki elektryczne synchroniczne można także wykorzystywać jako silniki skokowe (krokowe, impulsowe); impulsowe. Zasilanie sprawia nieciągły, skokowy obrót wirnika silnika o konkretny kąt (na ogół od kilka do kilkudziesięciu stopni). Wykonuj on do kilku tysięcy skoków na sekundę i dlatego wykorzystuje się go w układach regulacji automatycznej z cyfrowym sygnałem sterującym, w zegarach (jako siłownik precyzyjny), do ustawiania głowic w pamięciach dyskowych komputerów itp. Silniki elektryczne komutatorowe (szeregowe i równoległe), tak samo jak silniki elektryczne prądu stałego, wyposażone są w wirnik z komutatorem, do którego doprowadzony jest prąd przemienny przy pomocy szczotek. Inną grupę stanowią silniki elektryczne uniwersalne, które dają się zasilać prądem stałym albo prądem przemiennym. Wykorzystywane są one do napędzania sprzętu gospodarstwa domowego czy maszyn biurowych. Całkiem innym typem silnika elektrycznego jest silnik liniowy, który przekształca energię elektryczną od razu na energię ruchu postępowego. Zbudowany jest on z induktora oraz bieżnika, które odpowiadają stojanowi i wirnikowi prostego silnika elektrycznego. Częścią poruszają się w nim może stanowić induktor ale również i bieżnik. Podstawowymi zaletami tego typu silnika jest: brak styczności mech. pomiędzy induktorem a bieżnikiem, bardzo cicha praca, dobre chłodzenie, brak ślizgowych zestyków doprowadzających prąd, łatwość sterowania, możliwość otrzymywania różnych przebiegów zależności siły od prędkości, możliwość prostego połączenia paru silników liniowych w jeden zespół o znacznej mocy. Wyróżnia się także silniki elektryczne liniowe prądu stałego, prądu przemiennego, synchroniczne, asynchroniczne, oscylacyjne itp. Współcześnie udało się już zbudować silniki o poprzecznym strumieniu magnetycznym. (tzw. transverse-flux motor), które świetnie nadają się do napędzania szybkich pojazdów, które poruszają się na poduszce powietrznej czy magnetycznej. Silniki elektryczne liniowe wykorzystuje się przede wszystkim w automatyce, napędach specjalnych i w trakcji elektrycznej. Aktualnie silniki elektryczne konstruowane są na moce od części wata do kilkudziesięciu megawatów, przy sprawności rzędu 60 do 95%, współczynnik mocy silnika elektrycznego prądu przemiennego równa się 0,65 0,95. Pierwszy typ silnika elektrycznego skonstruował w 1831 M. Faraday (tarcza Faradaya), natomiast pierwszy silnik elektryczny (z komutatorem) wykorzystuje się do napędu łódki 1834 M.H. Jacobi. Postęp, rozwój silnika elektrycznego nastąpił w momencie skonstruowania w 1887 przez J.N. Teslę (stosującego prace inż. i fizyka G. Ferrarisa) 2-fazowego silnika indukcyjnego, czy w latach 1889-90 silnik 3-fazowy z wirnikiem klatkowym skonstruowany przez M. Doliwo-Dobrowolski. Póżniej w roku 1902 E. Danielson skonstruował silnik synchroniczny, którego prędkość obrotowa zależała przede wszystkim od częstotliwości prądu zasilającego. Tego samego roku A. Zahden otrzymał patent na silnik liniowy, który pracował wedle zasady wykorzystywanej aktualnie.

SILNIK PRĄDU STAŁEGO - jest to silnik elektryczny przystosowany do zasilania prądem stałym. Urządzenie to zamienia energię elektryczną prądu stałego w energię mechaniczną na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, polegającej na produkowaniu siły elektromotorycznej w przewodnikach, które są umieszczane w zmiennym polu magnetycznym. Pole magnetyczne produkowane jest w nieruchomej części s.p.s. zw. stojanem. W środku stojana ulokowany jest wirnik (twornik), na powierzchni którego, równolegle do osi, ulokowane jest w określonych żłobkach uzwojenie z izolowanych przewodów miedzianych. Stojan ale także i wirnik zasilane są z sieci prądem elektrycznym, natomiast przewody kręcącego się wirnika przecinają linie sił pola magnetycznego biegunów stojana. W związku z tym w przewodach indukuje się siła elektromotoryczna, która jest skierowana przeciwnie do przyłożonego napięcia (stąd zw. siłą przeciwelektromotoryczną). Można podzielić silniki także ze względu na wzbudzenia: s. szeregowe, o uzwojeniach cewek wzbudzających stojana złączonych szeregowo z uzwojeniem twornika - wykorzystywane przede wszystkim w trakcji elektr. (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) oraz pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów itp.; s. bocznikowe, o uzwojeniu cewek wzbudzających stojana przyłączonym do sieci równolegle do obwodu twornika - wykorzystuj się je głównie w napędach obrabiarek; s. szeregowo-bocznikowe, o wzbudzeniu mieszanym otrzymywanym przez dwa różnie podłączone uzwojenia wzbudzające - wykorzystywane na ogół jako silniki dużych mocy do napędu walcarek, pras itp. a także w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych; s. obcowzbudne o oddzielnych źródłach zasilania obwodu wzbudzenia i obwodu twornika - wykorzystywane na ogół w napędach, które wymagają regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów. Silnik szeregowy i tylko on może być zasilany także prądem przemiennym jednofazowym. Silniki takie nazywane są silnikami uniwersalnymi, natomiast możliwość ich zasilania związane jest z tym, iż kierunek wirowania twornika nie zależy od biegunowości przykładanego napięcia Wykorzystywane są one w urządzeniach, które potrzebują dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, wiertarkach ręcznych.