bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Transkrypt

1 Silnik prądu stałego - budowa Stojan - najczęściej jest magneśnicą wytwarza pole magnetyczne jarzmo (2), bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe. Silnik prądu stałego - budowa Wirnik najczęściej jest twornikiem (1) rdzeń (pakietu blach), uzwojenie twornika (8), komutator (9).

2 Silnik prądu stałego - budowa Komutator osadzony na wale wirnika wiele wycinków Miedzianych umieszczonych na specjalnej piaście. Izolator między wycinkami - mikanit 1 wycinek komutatora, 2 pierścień dociskowy, 3 kołnierz izolacyjny, 4 piasta. Silnik prądu stałego obwód magnetyczny Strumień magnetyczny wytworzony przez uzwojenie wzbudzenia, zasilane prądem stałym. Θ IN Wartość przepływu wzbudzającego - wartości wymaganego strumienia, - permeancji obwodu magnetycznego

3 Silnik prądu stałego obwód magnetyczny Przepływ siła magnetomotoryczna suma spadków napięcia magnetycznego w poszczególnych częściach obwodu jarzmo stojana H j l j, bieguny 2H m l m, szczelina powietrzna 2H δ δ, zęby twornika 2H z l z, jarzmo twornika H t l t. Θ H Θ 2I j f l j N + 2H m l m + 2H δ + 2H l δ z z + H l t t Prądnica prądu stałego zasada działania e Blvsinαα

4 Prądnica prądu stałego zasada działania Prądnica prądu stałego zasada działania Zwiększenie liczby wycinków komutatora przebieg napięcia odbieranego z prądnicy jest bardziej równomierny.

5 Silnik prądu stałego zasada działania Moment napędowy powstaje na skutek oddziaływania między zewnętrznym polem mag., a polem powstającym wokół przewodnika przez który płynie prąd. Silnik prądu stałego zasada działania

6 Silnik prądu stałego wpływ twornika Silnik prądu stałego układy połączeń prąd twornika I a, prąd wzbudzenia I f, prąd obciążenia I (oddawany do sieci lub pobierany), napięcie twornika U (wytwarzane lub zasilające), rezystancja obwodu twornika R a, rezystancja obwodu wzbudzenia R f, SM indukowana w tworniku, n prędkość wirowania wirnika, M moment elektrodynamiczny.

7 Silnik prądu stałego układy połączeń Maszyna obcowzbudna, Maszyna samowzbudna: bocznikowe, szeregowe, szeregowo-bocznikowe. Silnik prądu stałego SM Rozkład indukcji pod biegunem b i idealna szerokość bieguna W pręcie poruszającym się z prędkością v w polu o indukcji Bp indukuje się SM: e B l v, Φ p i B l b p i i c n - SM indukowana w uzwojeniach twornika (prądnica, Φ silnik)

8 Silnik prądu stałego SM 1. W stanie idealnego biegu jałowego (I a 0, U) 2. Jeżeli płynie prąd I a : R R + R + R + R ac U a k jeżeli maszyna pracuje jako prądnica p sz R I ac a jeżeli maszyna pracuje jako silnik U + R I c Φ n + R ac a ac I a 3. Moment działający na wirnik M c I Φ M a Silnik prądu stałego - charakterystyki Charakterystyka mechaniczna n f(i), n f(m), U const, R f const Charakterystyka momentu M f(i), U const, R f const

9 Silnik prądu stałego silnik bocznikowy Silnik bocznikowy i obcowzbudny Silnik obcowzbudny stosowany w układach napędowych Z przekształtnikami tyrystorowymi. Silnik prądu stałego silnik bocznikowy Charakterystyka mechaniczna silnika bocznikowego (przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika). n U c Φ Rac c Φ I a δn n n n 0 N N Zmienność prędkości 3-8% (2-5%)

10 Silnik prądu stałego silnik bocznikowy Charakterystyka momentu silnika bocznikowego (przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika). M cm ΦI a c1 I a Silnik prądu stałego silnik szeregowy Strumień zależy od prądu obciążenia (przy zmianie obciążenia zmienia się strumień wzrostowi momentu obciążenia odpowiada wzrost prądu obciążenia i wzrost strumienia zgodnie z charakterystyką magnesowania obwodu magnetycznego.

11 Silnik prądu stałego silnik szeregowy Charakterystyka momentu Przy małym nasyceniu obwodu: Φ ci M cm ΦI c M ci 2 Silnik prądu stałego silnik szeregowy Charakterystyka mechaniczna U R n c ci ac I U c ci Rac c c A B I przy założeniu liniowej zależności strumienia od prądu M ci 2 n A 1 M B

12 Silnik prądu stałego silnik szeregowy Bardzo duża prędkość obrotowa przy małych obciążeniach może doprowadzić do uszkodzenia silnika ze względu na przekroczenie jego wytrzymałości mechanicznej Silnik szeregowy nie może pracować w stanie jałowym i musi być połączony z maszyną roboczą za pomocą sprzęgła lub przekładni zębatej Zaleta duży moment rozwijany podczas rozruchu Silnik prądu stałego silnik szeregowo- bocznikowy

13 Silnik prądu stałego schemat zastępczy di U L + RI +, dt dω M J + Dω + M dt obc K ω K M I ω( s) G( s) U ( s) K ( st m 1 + 1)( st e, + 1) T m RJ K K M, T e L R G M α( s) ( s) U ( s) K 1 s( st m + 1) Silnik prądu stałego - rozruch W chwili rozruchu prędkość obrotowa wirnika 0, 0, równanie napięcia dla silnika ma postać: U R ac I r Prąd rozruchowy pobierany przez silnik: I r U R ac Prąd rozruchowy jest wielokrotnie większy od prądu znamionowego. I U R ac

14 Silnik prądu stałego - rozruch Prąd rozruchowy można ograniczyć przez: zmniejszenie napięcia zasilającego, włączenie w obwód twornika dodatkowego opornika o rezystancji R ar U I r R + R ac ar W przypadku silnika bocznikowego obwód wzbudzenia w czasie rozruchu musi być zasilany całym napięciem (musi być włączony przed rozrusznikiem). Rozrusznik jest opornikiem kilkustopniowym dostosowanym do pracy krótkotrwałej. Silnik prądu stałego - rozruch

15 Silnik prądu stałego - rozruch Dla silnika prądu stałego dobierz rezystancję włączoną na czas rozruchu, Tak aby prąd rozruchowy nie przekroczył 2I N. N Rezystancja obwodu twornika tego silnika R ac 0,3Ω. Silnik prądu stałego regulacja prędkości obrotowej Prędkość silnika prądu stałego z dodatkową rezystancją w obwodzie twornika R ar n U ( R + R ) ac cφ ar I a Na zmianę prędkości wirowania wirnika mają wpływ: napięcie U, rezystancja R ar, strumień magnetyczny Φ.

16 Silnik prądu stałego regulacja prędkości obrotowej Prędkość obrotową można regulować: przez zmianę napięcia zasilania twornika U, przez zmianę rezystancji w obwodzie twornika R ar, przez zmianę strumienia Φ Wykorzystywane w praktyce, a różnią się pod względem: zakresu regulacji, kierunku regulacji (góra, dół), ekonomicznym Silnik prądu stałego regulacja szeregowa Regulacja szeregowa polega na włączeniu rezystancji regulacyjnej R ar w szereg z obwodem twornika (silniki bocznikowe i szeregowe). W tym przypadku mamy możliwość regulacji w dół poniżej prędkości odpowiadającej pracy na charakterystyce naturalnej (od prędkości znamionowej do zera). Regulacja nieekonomiczna straty na rezystorze regulacyjnym.

17 Silnik prądu stałego regulacja bocznikowa Regulacja bocznikowa sprowadza się do osłabienia strumienia magnetycznego. w silnikach bocznikowych rezystancja regulacyjna R fr jest włączona w szereg w obwód wzbudzenia, w silniku szeregowym rezystancja R fr jest włączona równolegle z obwodem wzbudzenia. Regulacja bocznikowa jest regulacją w górę od wartości n N do 3n N, jest regulacją ekonomiczną. Silnik prądu stałego regulacja bocznikowa Prowadząc regulację prędkości przez zmianę strumienia, nie należy nadmiernie osłabiać pola magnetycznego oraz powodować zaniku prądu w obwodzie wzbudzenia silnika.

18 Silnik prądu stałego regulacja przez zmianę napięcia zasilania. Regulację prędkości obrotowej przez zmianę napięcia twornika można uzyskać przez zastosowanie tyrystorowych regulatorów napięcia. Zmieniając napięcie zasilające twornik można przy znamionowym obciążeniu regulować prędkość od zera do wartości większej od prędkości znamionowej w całym zakresie regulacji prąd twornika nie zmienia wartości i zależy tylko od obciążenia. Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Pole magnetyczne magnesy trwałe Stosowane materiały magnetyczne: materiały proszkowe z ferrytów baru, magnesy lane ze stopów alnico.

19 Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Kubkowy silnik prądu stałego 1 wirnik kubkowy, 2 magnes trwały stojana, 3 rdzeń ferromagnetyczny, 4 obudowa. Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Silnik tarczowy (wirnikiem drukowanym). Całe uzwojenie szereg pojedynczych zwojów ścieżki miedziane naniesione na przeciwne strony tarczy i zespawane na zewnętrznym obwodzie tarczy, a przeciwne zakończenia ścieżek doprowadzone są do komutatora.

20 Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Silnik prądu stałego z biegunami trwałymi Zalety silnika tarczowego: bardzo mały moment bezwładności wirnika, małe mechaniczne stałe czasowe wynoszące 3-10ms zwiększenie częstotliwości włączeń i zmian kierunku wirowania znacznie korzystniejszy przebieg komutacji niż w silniku tradycyjnym prostoliniowa charakterystyka mechaniczna, stały moment w całym zakresie prędkości, duży zakres prędkości obrotowej obr/min, możliwość uzyskania idealnie liniowej zależności SM od prędkości, małe wymiary

21 Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Wady silnika tarczowego: duży koszt wytworzenia, mniejsza trwałość przy większych mocach. Zastosowanie: silniki wykonawcze w układach sterowania i automatyki sterowanie obrabiarek w zgrzewarkach, pojazdach mechanicznych, urządzeniach radilokacyjnych.