Silniki prądu stałego
Maszyny prądu stałego Silniki zamiana energii elektrycznej na mechaniczną Prądnice zamiana energii mechanicznej na elektryczną Często dane urządzenie może pracować zamiennie. Zenobie Gramme przypadkowo wynalazł silnik prądu stałego Zasadniczo maszyny prądu stałego wykorzystują mechaniczny komutator. Rosnącą popularnością cieszą się maszyny o komutacji elektronicznej.
Budowa silników prądu stałego stojan z magnesem trwałym (dwa magnesy zwrócone do siebie biegunami różnoimiennymi stałe pole między nimi); wirnik z uzwojeniem twornika prostokątna ramka z drutu zawieszona na osi (w rzeczywistym silniku wiele zwojnic); szczotki doprowadzające prąd do uzwojenia twornika; komutator pierścień ze stykami wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika); wyjścia do zasilania.
Budowa silników prądu stałego Jeżeli indukcja magnetyczna stojana nie zależy od obrotów wirnika, to: moment obrotowy silnika jest największy, gdy silnik nie obraca się i maleje wraz ze wzrostem obrotów, obroty silnika zależą od momentu obciążającego silnik, ale przy małej rezystancji wirnika zależność ta jest niewielka i silnik ma prawie stałe obroty w zakresie od biegu luzem do obciążenia znamionowego, obroty silnika nieobciążonego zależą od wielkości indukcji magnetycznej B (im większa indukcja, tym mniejsze obroty biegu jałowego)
Opisany poprzednio silnik z magnesami trwałymi w stojanie lub z elektromagnesem, którego uzwojenie zasilane jest z oddzielnego źródła zasilania (obce, tzn. zewnętrzne wzbudzenie strumienia magnetycznego). Silnik obcowzbudny Indukcja magnetyczna niezależna od obrotów wirnika. Szybko reagują na zmianę napięcia zasilania.
Silnik obcowzbudny Charakterystyki mechaniczne nbj prędkość obrotowa biegu jałowego
Silnik samowzbudny szeregowy Uzwojenie stojana połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika. Prąd obu uzwojeń wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia. Zmniejszanie obciążenia zwiększa prędkość obrotową (zagrożenie tzw. rozbiegnięciem) nie wolno włączać bez obciążenia! Silnik uniwersalny może być zasilany napięciem przemiennym. Charakteryzuje się bardzo dużym momentem rozruchowym, co zdecydowało o użyciu silnika w trakcji miejskiej i kolejowej oraz w urządzeniach dźwigowych.
Silnik samowzbudny równoległy Uzwojenie stojana połączone równolegle z uzwojeniem wirnika. Prąd uzwojenia stojana niezależny od prądu wirnika (stała indukcja stojana). (bocznikowy) Prędkość obrotowa słabo zależna od obciążenia. Możliwość precyzyjnego kontrolowania prędkości. Użyteczny w aplikacjach wymagających płynnej, o dużym zakresie regulacji prędkości obrotowej przy zachowaniu sztywności charakterystyki mechanicznej.
Silnik szeregowo-równoległy (szeregowo-bocznikowy) Uzwojenie stojana podzielone na część równoległą i szeregową z uzwojeniem wirnika. Brak zjawiska rozbiegania się. Może mieć duży moment rozruchowy i stałą prędkość. Typowo przy rozruchu pracuje jako bocznikowo-szeregowy (moment), a po uruchomieniu zwiera się uzwojenie szeregowe i silnik pracuje jako bocznikowy (precyzyjna kontrola prędkości). Stosuje się do napędu walców, wind w ciężkich warunkach pracy.
Sterowanie silnikiem Prędkość silnika prądu stałego reguluje się przez zmianę napięcia przyłożonego do uzwojeń. zestaw przełączanych rezystorów przełączanie silników (lokomotywy) sterowanie modulacyjne PWM PFM
Sterowanie oporowe Tramwaj Konstal 105Na/805Na rozrusznik
Przełączanie silników Lokomotywa Et22 Każda konfiguracja jest dodatkowo wyposażona w zestaw oporników rozruchowych. Sterowanie stycznikami przez wał grupowy (w jednostkach trakcyjnych wał kułakowy)
Bocznikowanie uzwojeń wzbudzenia Osłabianie strumienia magnetycznego regulacja w górę od nn do 3nN w silniku szeregowym rezystancja równolegle z obwodem wzbudzenia lub odłączanie zwojów (rys.) w silniku bocznikowym szeregowo z obwodem wzbudzenia
Obwód główny elektrowozu (przykład)
Sterowanie impulsowe Low-side High-side Diody ochrona przed zniszczeniem wyłączonego tranzystora ( rozładowanie uzwojenia)
Sterowanie kierunkiem obrotów Możliwość hamowania silnikiem.
Dedykowany układ scalony tpic108 nowoczesny układ drivera PWM
Silniki bezszczotkowe BLDC BrushLess DC Komutacja mechaniczna zastąpiona elektroniczną.
Silniki bezszczotkowe
Silniki bezszczotkowe sterowanie Napięcia i prądy poszczególnych faz silnika
Silniki bezszczotkowe Sterowanie prądem momentem napędowym silnika
BLDC sterowanie bezczujnikowe