SILNIKI PRĄDU STAŁEGO

SILNIK ELEKTRYCZNY JEST MASZYNĄ, KTÓRA ZAMIENIA ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ NA ENERGIĘ MECHANICZNĄ

BUDOWA I DZIAŁANIE SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Moment obrotowy silnika powstaje na skutek oddziaływania dwóch pól magnetycznych od stojana i wirnika. Pole magnetyczne stojana może pochodzić od magnesu trwałego, lub cewki zasilanej napięciem stałym. Źródło: M. Olszewszki, W. Kościelny, W. Mednis, J. Szaciłło-Kosowski, P. Wasiewicz, Urządzenia i systemy mechatroniczne, REA, Warszawa 2009. Pole magnetyczne od wirnika pochodzi od cewki zasilanej napięciem stałym. Zasilanie do ruchomej cewki doprowadza się za pomocą szczotek i komutatora.

BUDOWA I DZIAŁANIE SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Komutator zapewnia odpowiednie przełączanie napięcia na uzwojenia wirnika i zmianę kierunku przepływu prądu, dzięki czemu uzyskuje się stały kierunek obrotu wirnika Źródło: M. Olszewszki, W. Kościelny, W. Mednis, J. Szacidło-Kosowski, P. Wasiewicz, Urządzenia i systemy mechatroniczne, REA, Warszawa 2009.

ZALETY: CECHY SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO duży moment rozruchowy, łatwy sposób regulacji prędkości obrotowej w dużym zakresie, prosty sposób zmiany kierunku wirowania. WADY: mała trwałość i niezawodność wymóg częstej konserwacji, iskrzenie pod szczotkami, głośna praca, wrażliwość na przeciążenia większa niż dla SPP.

CHARAKTERYSTYKI SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO CHARAKTERYSTYKI ROZRUCHOWE określają właściwości silnika od momentu włączenia zasilania do osiągnięcia przez niego stanu ustalonego. Mogą to być zależności: prądu rozruchowego w funkcji czasu, momentu rozruchowego w funkcji czasu, prędkości w funkcji czasu.

CHARAKTERYSTYKI SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO CHARAKTERYSTYKI ROBOCZE określają zachowanie się silnika w stanach ustalonych. Mogą to być zależności: prędkości w funkcji momentu, prędkości w funkcji prądu, prądu w funkcji momentu.

CHARAKTERYSTYKI SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO CHARAKTERYSTYKI REGULACYJNE określają zachowanie się silnika podczas regulacji prędkości obrotowej silnika. Brana jest tutaj pod uwagę regulacja poprzez zmianę wszelkiego rodzaju parametrów wpływających na prędkość obrotową.

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Ze względu na sposób zasilania obwodu wzbudzenia: obcowzbudne, samowzbudne. Ze względu na połączenie uzwojeń wirnika i stojana: bocznikowe, szeregowe, szeregowo-bocznikowe.

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Oznaczenia uzwojeń silników prądu stałego: A uzwojenia wirnika (twornika), B uzwojenia biegunów komutacyjnych, C uzwojenia kompensacyjne, D uzwojenia stojana (wzbudzenia) szeregowe, E uzwojenia wzbudzenia bocznikowe, F uzwojenia wzbudzenia zasilane z osobnego źródła.

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI OBCOWZBUDNE silniki z magnesem trwałym w stojanie lub takie których uzwojenie stojana (uzwojenie wzbudzenia) jest zasilane z osobnego źródła. F1 F2 A1 A2 A1 A2 Charakteryzują się niezależną od obrotów wirnika indukcją magnetyczną i szybką reakcją na zmiany napięcia zasilania.

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SAMOWZBUDNE BOCZNIKOWE silniki, w których uzwojenie twornika połączone jest równolegle z uzwojeniem wzbudzenia. E1 A1 E2 A2 Charakteryzują się mało zależną od obciążenia prędkością obrotową i możliwością dokładnej, płynnej regulacji prędkości w dużym zakresie przy zachowaniu sztywnej charakterystyki mechanicznej.

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SAMOWZBUDNE BOCZNIKOWE silniki, w których uzwojenie twornika połączone jest równolegle z uzwojeniem wzbudzenia. E1 E2 A1 A2

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SAMOWZBUDNE SZEREGOWE silniki, w których uzwojenie twornika połączone jest szeregowo z uzwojeniem wzbudzenia. D1 D2 Charakteryzują się zwiększaniem się prędkości obrotowej przy zmniejszaniu się obciążenia, co grozi rozbieganiem się silnika. Jego zaletą jest bardzo duży moment rozruchowy. A1 A2

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SAMOWZBUDNE SZEREGOWE silniki, w których uzwojenie twornika połączone jest szeregowo z uzwojeniem wzbudzenia. D1 D2 A1 A2

RODZAJE SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SAMOWZBUDNE SZEREGOWO-BOCZNIKOWE silniki, które mają uzwojenie stojana dzielone na część szeregową i część równoległą do uzwojenia twornika. Charakteryzują się dużym momentem D1 rozruchowym i stałą prędkością. Wyeliminowane jest zjawisko rozbiegania się. E1 A1 E2 A2 D2 Często pracuje w układzie szeregowo bocznikowym tylko przy rozruchu (dla uzyskania dużego momentu), a po uruchomieniu zwierane jest uzwojenie szeregowe (dla uzyskania dokładnej regulacji prędkości).

ROZRUCH SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Jak wynika z charakterystyk elektromechanicznych naturalnych silników prądu stałego przy prędkości obrotowej n = 0 prąd płynący przez uzwojenia silnika jest bardzo duży. Wynika to z zależności: U = E + I A R A I A = (U E)/R A Przy prędkości n = 0 napięcie indukowane w wirniku E jest równe 0. dlatego cale napięcie zasilające odkłada się na rezystancji twornika. Ponieważ rezystancja ta jest mała to prąd płynący przyjmuje duże wartości.

ROZRUCH SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Aby ograniczyć prąd rozruchowy należy w szereg z wirnikiem włączyć dodatkowy rezystor (tzw. rozrusznik), którego rezystancja będzie zmniejszana w miarę zwiększania się prędkości obrotowej wirnika. Działanie rozrusznika można przedstawić na charakterystykach rozruchowych:

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Regulacja prędkości silnika prądu stałego przy pewnej wartości prądu płynącego przez uzwojenie wirnika może odbywać się przez zmianę: napięcia zasilania, rezystancji obwodu twornika, strumienia magnetycznego.

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Regulacja prędkości silnika bocznikowego lub obcowzbudnego przez zmianę napięcia zasilania przy stałym prądzie wzbudzenia :

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Regulacja prędkości silnika bocznikowego lub obcowzbudnego przez zmianę strumienia magnetycznego przy stałym napięciu zasilania:

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Regulacja prędkości silnika szeregowego przez zbocznikowanie obwodu twornika:

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Regulacja prędkości silnika szeregowego przez zbocznikowanie obwodu wzbudzenia:

SILNIKI BLDC Główne wady silników prądu stałego wynikają ze stosowania komutatora i szczotek. Współcześnie coraz bardziej popularne stają się silniki BLDC (ang. BrushLess Direct-Current motor) z magnesami trwałymi w wirniku i nieruchomymi cewkami w stojanie. Stosuje się dla nich komutatory elektroniczne budowane dzięki wykorzystaniu elementów półprzewodnikowych takich jak tyrystory i triaki.

Zalety silników BLDC: SILNIKI BLDC większa trwałość i niezawodność, większa sprawność mniejsze straty mocy, cicha praca, lepsze odprowadzanie ciepła, kontrola prędkości obrotowej prawie niezależnie od mocy silnika. Wady silników BLDC: duże koszty produkcji, utrudnione przezwajanie.

Dziękuję za uwagę