Rodzaje silników i sposób ich działania

Silniki prądu stałego

Podstawowe elementy silnika prądu stałego są następujące:

1. Magnes, zwany także stojanem
2. Przewodnik w kształcie ramki, zwany również rotorem
3. Komutator i szczotki węglowe doprowadzające zasilanie do rotora

Istnieją różne sposoby wyjaśnienia zasady działania silnika prądu stałego.

Wirnik znajduje się w polu magnetycznym stojana, czyli magnesu polowego (stałego lub elektromagnesu). Kotwica składa się z kilku przewodników przewodzących prąd. Jeśli przewodniki przewodzące prąd znajdują się w polu magnetycznym, działają siły. Ponieważ wirnik jest zamontowany obrotowo w polu magnetycznym, siły działające poza osią obrotu powodują moment obrotowy. Ten moment obrotowy powoduje następnie obrót wirnika.

Innym sposobem działania silnika prądu stałego jest wytwarzanie pola magnetycznego przez stojan. W polu magnetycznym, wirnik jest obrotowo zamontowanym elektromagnesem. Zwora jest podłączona do źródła napięcia za pośrednictwem ślizgowych styków zwanych szczotkami węglowymi. Prąd płynący w tworniku powoduje tworzenie się w nim biegunów magnetycznych. Moment obrotowy jest generowany przez pole magnetyczne w stojanie i pole magnetyczne w tworniku. Przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają się, a identyczne bieguny magnetyczne odpychają się. Wynikające z tego siły przyciągania i odpychania między biegunami magnetycznymi zapewniają ruch obrotowy.

Trójfazowy silnik asynchroniczny

Najczęściej instalowanym silnikiem elektrycznym na świecie jest trójfazowy silnik asynchroniczny. Jego największą zaletą w porównaniu z innymi silnikami elektrycznymi jest brak ślizgowych styków. Dzięki temu jest niezwykle wytrzymały pod względem konstrukcji, tani w utrzymaniu i niezawodny w działaniu. Silniki asynchroniczne posiadają szeroki zakres mocy, stąd najmniejsze trójfazowe silniki asynchroniczne mają kilka watów, a największe nawet dziesiątki megawatów. Aby zapobiec prądom wirowym i związanym z nimi stratom spowodowanym przez wirujące pole magnetyczne, obie główne części silnika, tj. stojan i wirnik, są laminowane. Oznacza to, że zamiast pojedynczego rdzenia żelaznego jest on zbudowany z kilku pojedynczych arkuszy blachy elektromagnetycznej, które są od siebie odizolowane. Te laminowane rdzenie żelazne zawierają rowki, które są równomiernie rozmieszczone na obwodzie i do których wprowadzane są odpowiednie uzwojenia (uzwojenia stojana i wirnika). Stojan i wirnik są oddzielone małą szczeliną powietrzną.

W większości przypadków uzwojenie stojana jest zaprojektowane jako symetryczne uzwojenie trójfazowe. Uzwojenie trójfazowe składa się z trzech oddzielnych faz uzwojenia, które w silniku z liczbą par biegunów p = 1 są przesunięte względem siebie o 120 °. Liczba par biegunów określa prędkość silnika. Przy liczbie par biegunów p = 1 i częstotliwości 50 Hz, pole wirujące ma prędkość 3000 obr / min (prędkość synchroniczna).

Prędkość można obliczyć w następujący sposób:

nd = f * 60 / p

nd = prędkość wirującego pola
f = częstotliwość
p = liczba par biegunów

Trzy pojedyncze cewki są połączone w gwiazdę lub w trójkąt, w zależności od dostępnego napięcia.

Skupmy się na wirniku. Istnieją 2 różne wersje. Z jednej strony trójfazowy silnik asynchroniczny z wirnikiem pierścieniowym oraz trójfazowy silnik asynchroniczny z wirnikiem klatkowym. Wirnik z pierścieniem ślizgowym ma również trójfazowe uzwojenie, które jest połączone w gwiazdę lub trójkąt. Przełączające końce uzwojenia wirnika są dostępne za pośrednictwem trzech przesuwnych styków, tj. jednego ślizgowego styku dla każdej fazy uzwojenia.

Obracające się 50 Hz pole magnetyczne w stojanie generuje pole magnetyczne w wirniku (zasada indukcji). Wirnik z łożyskiem kulkowym jest teraz wprawiany w ruch obrotowy przez pole magnetyczne. Prędkość wirnika jest zawsze poniżej prędkości pola wirującego przy nominalnym obciążeniu. Ta różnica prędkości nazywana jest poślizgiem.