Dodaj do listy

Rodzaje silników elektrycznych, ich odkrywcy

Eksperymenty, doświadczenia, które prowadzono na początku XIX wieku przyczyniły się do rozbudowy współczesnych generatorów o ogromnych mocach. W 1819 roku Duńczyk Hans Oersted spostrzegł, iż jeśli przez drut przepuścimy prąd elektryczny to nastąpi wychylenie igły leżącej obok kompasu. Wykrył dzięki temu elektromagnetyzm, związał zatem w jeden kilka działów fizyki. W 1821 roku francuski naukowiec Andre Ampere otrzymał odwrotny efekt. Przepuszczając prąd przez drut, który był umieszczony w polu magnetycznym silnego magnesu uzyskał poruszanie się drutu. Dzięki temu wykryto jak zamienić energię elektryczną na mechaniczną, na tym polega zasada działania silnika elektrycznego.

Dopiero eksperyment Ampere, mimo tego że ważne z punktu widzenia postępu fizyki, nie znalazło wielkiego wykorzystania w praktyce. Wynikało to stąd, że przewód przemieszczał nieco, w momencie włączania przepływ prądu. W tym samym roku jednak Anglik Michaela Faradaya uzyskał inne wyniki. Jemu udało się zbudować maszynę, która zmieniała elektryczność w ciągły ruch mechaniczny. Doświadczenie polegało na tym, że zanurzył jeden koniec drutu w rtęci znajdującej się w pojemniku. Pośrodku naczynia ulokował magnes sztabkowy. Następnie podłączył do układu baterię do góry przewodu i rtęci w naczyniu, spowodowało to ruch obrotowy druta wokół magnesu.

"Obroty elektryczne" Faradaya (teraźniejsza nazwa opisanego wcześniej doświadczenia) stanowiły prawa fizyki, na podstawie których działają wszystkie silniki elektryczne. Pierwszy silnik elektryczny, który działał skonstruowano w 1837 r. w Stanach Zjednoczonych. Konstruktorem jego był Thomas Daven, który do budowli swoich wykorzystał napęd wiertarki oraz tokarkę do drewna.

Po znalezieniu możliwości zmiany elektryczności w energię mechaniczną Faraday skupiał się nad tym, jak poprzez ruch mechaniczny wytworzyć elektryczność. Po raz kolejny jego odkrycia spowodowały, że inni zaczęli budować maszyny, które są na co dzień używane. Do roku 1870 budowano generatory o ogromnej (jak na tamte czasy) mocy, natomiast w 1881 r. w Godalming( angielskie hrabstwo Surrey) udostępniono pierwszą na świecie elektrownię, w której generatory napędzane były za pomocą energii z wody z rzeki Rzeki Największe rzeki świata: Wielkość rzeki można rozpatrywać w 3 kategoriach: długości, wielkości dorzecza oraz wielkości przepływu.
Po analizie danych z poniższej tabeli można uznać, że...
Czytaj dalej Słownik geograficzny
Wey. Latarnie gazowe w tej miejscowości wymieniono na latarnie elektryczne, natomiast burmistrz płacił rocznie około 200 funtów z kasy miejskiej, by ulice były oświetlane światłem elektrycznym.

Porównując jednak z lampami gazowymi wprowadzony system okazał się bardzo drogi i nie znalazł wielu zainteresowanych wykorzystaniem go. Nastąpiło zamknięcie elektrowni, było to raptem dwa i pół roku od dnia jej otwarcia. Skonstruowana w 1882 r. pierwsza elektrownia Elektrownia zakład przemysłowy wytwarzający energię elektryczną. Wyróżnia się elektrownie cieplne spalające paliwa stałe, płynne lub gazowe, elektrownie wodne wykorzystujące energię wód płynących oraz elektrownie... Czytaj dalej Słownik geograficzny londyńska znalazła znacznie większą rzesze zainteresowanych. Wskaźnik z jakim sklepy, restauracje czy hotele zakładały oświetlenie elektryczne zastępując oświetlenie gazowe pokazało, iż wyrób energii elektrycznej w przyszłości będzie podstawową gałęzią przemysłu.

W silniku prądu stałego kierunek prądu przepływającego przez wirnik ulega zmianie w ten sposób, aby wirnik był wstanie ciągle się obracać.

Silniki elektryczne oraz generatory prądu (prądnice) posiadają wiele cech wspólnych w przeciwieństwie do niektórych urządzeń o prostej budowie, mogą być używane jako jedno i drugie. Silnik elektryczny o bardzo prostej budowie to zwinięty w cewkę na żelaznym rdzeniu drut, umocowany na wale tak by mógł się swobodnie obracać między biegunami stałego magnesu podkowiastego. Cewka pracuje jak elektromagnes, w momencie gdy przepuszczamy przez nią prąd elektryczny, a umieszczony w środku niej rdzeń zaopatrywany jest w wytwarzane pole magnetyczne.

Silniki prądu przemiennego

Prąd przemienny przekształca w takich samych odstępach czasu kierunek swojego przepływu. W sieciach energetycznych wykorzystywane są dwie częstości zmian: 50 razy na sekundę (50 Hz), w krajach europejskich, azjatyckich i afrykańskich, oraz 60 Hz w Ameryce czy Japonii. Niektóre silniki prądu przemiennego mają zaopatrzony wirnik w komutator, ale w kilku strukturach prąd nie dopływa do wirnika. Silniki te pracują na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Przepływający przez uzwojenie wzbudzające stojana prąd zmienny wytwarza wirujące pole magnetyczne. W związku z tym, że znajduje się on w tym polu w uzwojeniu wirnika płynie prąd elektryczny robiąc z wirnika elektromagnes, który obraca się, ponieważ jego bieguny podążają za zmianami pola magnetycznego stojana.

Wirnik tego silnika na ogół ma formę walcowatej klatki, której pręty są z miedzi albo aluminium, oraz na końcach połączone są obręczami. Wewnątrz lokuje się rdzeń stalowy, po to by wzmocnić pole magnetyczne. Silniki takiego rodzaju nazywamy klatkowymi.

Silniki synchroniczne

Wirnik silnika indukcyjnego wiruje wolno w porównaniu z wzbudzającym polem magnetycznym. W silniku synchronicznym wirnik oraz pole obracają się z taką samą prędkością. W prostych budowach takiego silnikach umieszczony jest jeden wirniki albo parę magnesów stałych. Ich bieguny biegną za przeciwnymi biegunami wirującego pola wzbudzającego, w taki sposób, iż ich prędkości obrotowe są takie same. Są też takie sytuacje, że wirnikiem jest elektromagnes (zasilany prądem przez komutator). Zasada pracy takiego silnika jest taka sama jak w poprzednich. Innym natomiast gatunkiem silnika synchronicznego jest silnik krokowy, stosujący zmiany kierunku przepływu prądu by wytworzyć pole magnetyczne, które następnie popycha koło zębate wirnika o jeden ząb na każdy okres. Silniki tego typu stosuje się w zegarach elektronicznych.

Na ogół silniki elektryczne wytwarzają ruch obrotowy. Istnieją także takie silniki(liniowe), gdzie części ruchome poruszają się ruchem liniowym. Uzwojenie wzbudzające ułożone jest w nich po linii, natomiast stojan otwarty jest od góry. Wytwarzają one pole magnetyczne poruszające się niedaleko tej linii ciągnąc za sobą elementy, które są zrobione z materiałów przewodzących. Silniki takie stosuje się do napędzania drzwi przesuwnych, taśmociągów bagażowych na lotniskach czy eksperymentalnych pociągów osiągających ogromne prędkości.

Alternatory

Jeśli obracać będziemy wirnikiem zwykłego (bez komutatora) silnika prądu stałego, wówczas będzie on działał jak generator. W uzwojeniu cewki Cewki tracheidy - zespoły martwych, klinowato na siebie zachodzących komórek, które uczestniczą w transporcie wody u roślin. Cewki mają silnie zdrewniałe ściany komórkowe, z licznymi jamkami lejkowatymi lub... Czytaj dalej Słownik biologiczny elektromagnesu wytwarzane będzie zmienne napięcie, które osiągnie wartość maksymalną, w momencie gdy biegun elektromagnesu będzie mijał biegun magnesu stałego. Później spada ono do zera i zaczyna rosnąć w przeciwnym kierunku. Napięcie z cewki elektromagnesu odprowadzane jest poprzez dwie pełne obręcze umiejscowione na wale wirnika, po których ślizgają się szczotki węglowe. Natomiast jeżeli cewkę włączymy w obwód, to popłynie w nim prąd przemienny. Generator ten jest przedstawicielem prostego alternatora, czyli urządzenia, które wytwarza prąd przemienny.

Prądnice

Natomiast gdy wykorzystamy komutator, to będzie on zmieniał połączenia końców cewki z obwodem zewnętrznym. Dzięki temu nastąpi kompensowanie oscylacje napięcia w cewce w taki sposób, iż napięcie na szczotkach komutatora ciągle będzie miało taki sam kierunek. W związku z tym zamiast prądu przemiennego w obwodzie będzie płynął prąd pulsujący, czyli taki, którego natężenie zmienia się od wartości maksymalnej do zera. Kierunek przepływu prądu zostaje stały. Są to tak zwane prądnice. W większej części z nich stojan nie jest magnesem stałym a elektromagnesem, takim którego rdzeń jest namagnesowany. Jest tak dlatego, by zapewnić urządzeniu możliwość wytwarzania prądu zaraz po włączeniu. Część produkowanego prądu jest przepuszczana przez uzwojenie stojana, by wzmocnić jego pole magnetyczne czyli zwiększyć tym samym moc prądnicy.

Duża część samochodów do produkowania stałego napięcia ma zamontowane alternatory z wbudowanym układem prostowniczym, dzięki czemu możliwy jest na przepływ prądu tylko w jednym kierunku, ponieważ jest to wydajniejsze niż wykorzystanie prądnicy.

W dużej część alternatorów, także tych samochodowych ładujących akumulatory, ale także i tych potężnych produkujących energię w elektrowniach, wirnik oraz są elektromagnesami. Wirnik wytwarza pole magnetyczne. Poprzez uzwojenie wirnika, czyli także przez szczotki węglowe, przepływa niewielki prąd. Napięcie produkowane jest w stojanie dzięki czemu większy prąd generowany przez alternator nie przepływa przez elementy ruchome. Eliminuje to straty mocy i iskrzenia, nieuniknione w momencie gdyby tak duży prąd płynął przez pierścienie wirnika i szczotki zbierające.