Wikipedysta:Gbylski/brudnopis2
Z Wikipedii
Silnik prądu stałego jest silnikiem elektrycznym zasilanym prądem stałym i służy do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną.
Jako maszyna elektryczna prądu stałego może pracować zamiennie jako silnik lub prądnica. W tym drugim przypadku wirnik napędzany jest energią mechaniczną dostarczona z zewnatrz, a na zaciskach uzwojenia twornika odbierana jest wytworzona energia elektryczna.
Wiekszość silników prądu stałego to silniki komutatorowe, to znaczy takie, w których uzwojenie twornika zasilane jest prądem poprzez komutator. Jednak istnieje wiele silników prądu stałego które nie posiadają komutatora lub też komutacja przebiega na drodze elektronicznej.
Spis treści |
[edytuj] Pierwsze silniki
Jednym z pierwszych wirujących silników elektrycznych był wynaleziony w roku 1821 przez Michael Faraday i składał się z swobodnie zawieszonego przewodu zanurzonego w rtęci umieszczonej w rowku w kształcie okręgu otaczającym magnes. Trwały magnes był umieszczony pośrodku naczynia z rtęcią. Gdy prąd elektryczny przepływał przez przewód, obracał się on wokół magnesu, pokazując, że prąd wytwarza pole magnetyczne wokół przewodnika. Ten silnik jest często pokazywany na lekcjach fizyki w szkole, lecz zamiast toksycznej rtęci używa się solanki. To jest prosty przykład silnika elektrycznego nazywanego silnikiem homo polarnym. Później nazwanych Kołem Barlow’a.
Inna wczesna konstrukcja silnika elektrycznego używa rdzenia wewnątrz solenoidu; koncepcyjnie można go porównać do elektromagnetycznej wersji silnika spalinowego dwusuwowego. Thomas Davenport buduje taki mały silnik prądu stałego w roku 1834, używając go do napędu kolejki elektrycznej – zabawki, poruszającej się po kolistym torze. Otrzymuje na niego patent w 1837. Swoich konstrukcji używał też do napędu wiertarki i tokarki do drewna oraz większy silnik, napędzający rotacyjną prasę drukarską.
Nowoczesny silnik prądu stałego został wynaleziony przez przypadek, w 1873, gdy Zenobie Gramme połączył uzwojenie dynama z oddzielnym źródłem prądu. Maszyna Gramma była pierwszym używanym w przemyśle silnikiem elektrycznym. Wcześniejsze wynalazki były stosowane tylko jako zabawki lub laboratoryjne ciekawostki.
Pierwszy mikrosilnik zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku. Napędzał on elektryczne pióro do sporządzania kropkowanych matryc powielaczowych. Silnik miał wymiary 2,5 cm na 4 cm i osiągał około 4 tysięcy obr/min., napędzając drgającą igłę w obsadce. Igła robiła w matrycy otworki układające się w kontury liter. Silnik był zasilany z baterii.
[edytuj] Budowa i zasada działania
- stojan z magnesem trwałym
- wirnik z uzwojeniem twornika - prostokątna ramka z drutu.
- Szczotki - doprowadzające prąd do uzwojenia twornika
- komutator - pierścień ze stykami - wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika)
- wyjścia do zasilania
Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi było pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.
Na przewodnik ramki, w którym płynie prąd elektryczny, działają siły oddziaływania prądu i pola magnetycznego, tworzące moment obrotowy. Ramka wychyla się z położenia poziomego (jak na rys. 1), obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija położenie pionowe (w którym moment obrotowy jest równy zero a szczotki nie zasilają ramki). Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym ciągu jest obracana w tym samym kierunku.
Opisany wyżej silnik ma poważną wadę. Jeżeli ramka zatrzyma się w położeniu pionowym, silnik nie ruszy. Dlatego rzeczywiste silniki posiadają więcej ramek połączonych szeregowo, których połączenia przyłączone są do komutatora. Silniki posiadające wiele zwojnic z prądem pracują równomiernie.
Klasyczny silnik prądu stałego posiada wirnik wykonany w formie elektromagnesów. Obrotowy przełącznik nazywany komutatorem zmienia kierunek prądu płynącego przez elektromagnesy wirnika dwukrotnie w czasie jednego obrotu wirnika tak, że bieguny elektromagnesów są przyciągane i odpychane przez bieguny magnesu trwałego umieszczone wokół wirnika w stojanie. Gdy bieguny elektromagnesów mijają bieguny magnesów trwałych, komutator zmienia biegunowość w elektromagnesach. Dzięki temu wirnik obraca się w jednym pożądanym kierunku.
 Prosty silnik prądu stałego z trwałymi magnesami. Kiedy uzwojenie wirnika jest zasilone prądem, wytwarza się wokół wirnika pole elektromagnetyczne. Lewa strona wirnika jest odpychana przez lewy biegun trwałego magnesu w prawo, powodując obrót wirnika |
 Wirnik kontynuuje obrót. |
 Gdy wirnik osiągnie położenie pionowe, komutator zmienia kierunek płynącego przez elektromagnesy wirnika prądu, zmieniając kierunek wytworzonego pola elektromagnetycznego. Proces powtarza się. |
[edytuj] Podział
Ze względu na sposób wzbudzenia pola magnetycznego dzielą się na:
- silnik prądu stałego obcowzbudny - silnik prądu stałego z magnesami trwałymi, którego budowę i działanie opisano powyżej lub z elektromagnesami, t.j. z osobnym uzwojeniem wzbudzenia w stojanie zasilanym z oddzielnego źródła zasilania niż obwód twornika - stosowane głównie w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów;
- silnik prądu stałego samowzbudny - silniki z elektromagnesem w stojanie mogą mieć połączone uzwojenia stojana i wirnika szeregowo, równolegle (bocznikowo) lub w sposób mieszany. Sposób podłączenia określa rodzaj silnika.
-
- silnik szeregowy - o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym szeregowo z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się dużą zależnością prędkości obrotowej od obciążenie. Zmniejszanie obciążenie powoduje wzrost prędkości obrotowej (teoretycznie do nieskończenie wielkiej) i grozi tzw. rozbieganiem, a w konsekwencji zniszczeniem silnika. Jest to jego poważna wada. Dlatego tego typu silników nie wolno włączać bez obciążenia. Stosowane są głównie w trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów, wentylatorów itp.
-
- Silnik szeregowy może być, jako jedyny silnik prądu stałego, zasilany również prądem przemiennym. Silniki takie zwane są też silnikami uniwersalnymi. Możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania wirnika nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia. W przypadku, gdy silnik ma być zasilany prądem stałym zarówno stojan jak i wirnik wykonywane są z litego materiału. Natomiast przy zasilaniu prądem przemiennym części te wykonuje się z pakietu blach zmniejszając tym samym straty cieplne powstałe na skutek prądów wirowych. Ze względu na stosunkowo małe wymiary przy stosunkowo dużej mocy silniki te znalazł duże zastosowane w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach, sokowirówkach, mikserach, pralkach itp.;
.
-
- silnik bocznikowy - o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie przyłączonym równolegle z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej na skutek zmiany obciążenia. Stosowany głównie w napędach obrabiarek, pomp, dmuchaw, kompresorów;
-
- silnik szeregowo-bocznikowy - o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część szeregowo, a część równolegle). Charakteryzuje się brakiem głównej wady silnika szeregowego - możliwości jego rozbiegania - oraz jego zaletami - duży moment obrotowy i duża zależność prędkosci obrotowej od obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych.
Napięcie: 700 V
Natężenie prądu: 1150 do 2630 A
Moc: 730 kW
Kopalnia Thorez, Wałbrzych
- Silniki mocy ułamkowej albo mikrosilniki.
- Stosunek mocy pomiędzy najmniejszymi i największymi maszynami elektrycznymi jest jak 1:1010. Według starego nazewnictwa silniki mocy ułamkowej to silniki o mocy poniżej 1kW. Nowsze źródła określają mianem mikrosilników, silniki o mocy mniejszej niż 750W. Rozwój techniki i powszechna miniaturyzacja sprawiają, ze mikrosilniki są powszechne w urządzeniach codziennego użytku: komputer, drukarka, magnetofon,odtwarzacz CD, wieża Hi-Fi, magnetowid, kamera wideo, aparat fotograficzny, telefax, programator, elektryczna szczoteczka do zębów, zegarek, zabawki to tylko kilka przykładów. Ocenia się, ze w przeciętnym gospodarstwie domowym znajduje się kilkadziesiąt mikrosilników. Są one konstruowane pod konkretne zastosowanie. około 75% są to silniki prądu stałego, zarówno komutatorowe jak też z komutacją elektroniczną.
[edytuj] Linki zewnętrzne
[edytuj] SILNIK PRĄDU STAŁEGO
Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi - silnik prądu stałego obcowzbudny, w którym uzwojenie twornika wiruje w stałym polu magnetycznym pochodzącym od magnesów trwałych osadzonych w stojanie.
Artykuł o silniku prądu stałego (komutatorowym) powinien zawierać budowę i opis takiego silnika od strony fizycznej (i to nie jest zabawka, lecz ukłąd umożliwiający zrozumienie działania)
- prosty model z ramką,
- ramka składająca się z wielu uzwojeń,
- silnik z elektromagnesem i tu różne układy
- rzeczywiste silniki, ich charakterystyki techniczne (teoretyczne i rzeczywiste)
- silnik z komutatorem elektronicznym (ostatnio coraz popularniejsze)
silnik elektr. przystosowany do zasilania prądem stałym; maszyna przetwarzająca energię elektr. prądu stałego na energię mechaniczną na zasadzie indukcji elektromagnet., polegającej na wytwarzaniu siły elektromotorycznej w przewodnikach znajdujących się w zmiennym polu magnet. Pole magnet. wytwarzane jest w nieruchomej części s.p.s. zw. stojanem; wewnątrz stojana umieszczony jest wirnik (twornik), na powierzchni którego, równolegle do osi, umieszczone jest w specjalnych żłobkach uzwojenie z izolowanych przewodów miedzianych. Zarówno stojan, jak i wirnik zasilane są z sieci prądem elektr.; przewody obracającego się wirnika przecinają linie sił pola magnet. biegunów stojana, w wyniku czego w tych przewodach indukuje się siła elektromotoryczna skierowana przeciwnie do przyłożonego doń napięcia (stąd zw. siłą przeciwelektromotoryczną).
Ze względu na sposób wzbudzenia s.p.s. dzieli się na:
- s. szeregowe, o uzwojeniach cewek wzbudzających stojana połączonych szeregowo z uzwojeniem twornika - stosowane gł. w trakcji elektr. (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów itp.;
- s. bocznikowe, o uzwojeniu cewek wzbudzających stojana przyłączonym do sieci równolegle do obwodu twornika - o najszerszym praktycznie zastosowaniu spośród s.p.s., gł. w napędach obrabiarek;
- s. szeregowo-bocznikowe, o wzbudzeniu mieszanym uzyskiwanym poprzez dwa różnie podłączone uzwojenia wzbudzające - stosowane zazwyczaj jako silniki dużych mocy do napędu walcarek, pras itp. oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych;
- s. obcowzbudne o oddzielnych źródłach zasilania obwodu wzbudzenia i obwodu twornika - stosowane gł. w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów;
- silnik szeregowy może, jako jedyny s.p.s., być zasilany również prądem przemiennym jednofazowym; silniki takie zw. są silnikami uniwersalnymi, a możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania twornika nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia; stosowane w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, wiertarkach ręcznych.
Silnik prądu stałego Jak sama nazwa wskazuje, silnik ten zasilany jest przez prąd stały czyli na przykład : ogniwo lub akumulator. Budowa silnika prądu stałego jest bardzo prosta. Składa się on przede wszystkim z dwóch przeciwnych biegunów magnetycznych, cewki, która jest zrobiona z wielu zwojów, komutatora czyli dwóch półpierścieni, szczotek, które są podłączone do źródła prądu oraz oczywiście ze źródła prądu stałego. Cewka znajduje się pomiędzy dwoma biegunami i może się obracać. Komutator podłączony jest do końcówek cewki i obraca się w tej samej płaszczyźnie co cewka. Szczotki są nieruchome i przylegają do komutatora. Zasada działania tego silnika jeż również bardzo prosta. Zasadę można przedstawić za pomocą trzech sytuacji 1. W pierwszym położeniu cewka znajduje się w pozycji poziomej, a szczotki dotykają komutatora. Prąd płynie od dodatniego do ujemnego bieguna źródła prądu. Nad cewką tworzy się biegun północny, a pod cewką południowy. Dzięki wzajemnemu oddziaływaniu biegunów magnetycznych cewki z prądem i magnesów, cewka wraz z komutatorem zaczyna się obracać. 2. Dzięki wyżej opisanemu oddziaływaniu cewka wraz z komutatorem przechodzi do położenia, w którym szczotki nie dotykają komutatora, a cewka znajduje się w położeniu pionowym. Prąd wtedy nie płynie, ale poprzednio rozpędzona przechodzi do pozycji trzeciej. 3. W trzecim położeniu powtarza się ta sama sytuacja co w położeniu pierwszym, więc proces obrotowy zachodzi od początku.
Silnik elektr. przystosowany do zasilania prądem stałym; maszyna przetwarzająca energię elektr. prądu stałego na energię mechaniczną na zasadzie indukcji elektromagnet., polegającej na wytwarzaniu siły elektromotorycznej w przewodnikach znajdujących się w zmiennym polu magnet. Pole magnet. wytwarzane jest w nieruchomej części s.p.s. zw. stojanem; wewnątrz stojana umieszczony jest wirnik (twornik), na powierzchni którego, równolegle do osi, umieszczone jest w specjalnych żłobkach uzwojenie z izolowanych przewodów miedzianych. Zarówno stojan jak i wirnik zasilane są z sieci prądem elektr.; przewody obracającego się wirnika przecinają linie sił pola magnet. biegunów stojana, w wyniku czego w tych przewodach indukuje się siła elektromotoryczna skierowana przeciwnie do przyłożonego doń napięcia (stąd zw. siłą przeciwelektromotoryczną).
Ze względu na sposób wzbudzenia s.p.s. dzieli się na:
s. szeregowe, o uzwojeniach cewek wzbudzających stojana połączonych szeregowo z uzwojeniem twornika - stosowane gł. w trakcji elektr. (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów itp.;
s. bocznikowe, o uzwojeniu cewek wzbudzających stojana przyłączonym do sieci równolegle do obwodu twornika - o najszerszym praktycznie zastosowaniu spośród s.p.s., gł. w napędach obrabiarek;
s. szeregowo-bocznikowe, o wzbudzeniu mieszanym uzyskiwanym poprzez dwa różnie podłączone uzwojenia wzbudzające - stosowane zazwyczaj jako silniki dużych mocy do napędu walcarek, pras itp. oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych;
s. obcowzbudne o oddzielnych źródłach zasilania obwodu wzbudzenia i obwodu twornika - stosowane gł. w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów;
silnik szeregowy może, jako jedyny s.p.s., być zasilany również prądem przemiennym jednofazowym; silniki takie zw. są silnikami uniwersalnymi, a możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania twornika nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia; stosowane w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, wiertarkach ręcznych.
Budowa silnika prądu stałego i zagadnienia teoretyczne
Mimo że w pracy silników prądu przemiennego i prądu stałego wykorzystywane są różne zasady działania, a także odmienne zasady mechaniki, to zadaniem silników obydwu rodzajów jest przekształcanie energii elektrycznej w energię mechaniczną.
Silniki prądu stałego o takiej samej mocy znamionowej co silniki prądu przemiennego są większe, ponieważ musi być w nich dodatkowe miejsce na szczotki i komutator. W silnikach prądu stałego magnesy trwałe umieszczone są w cewce magneśnicy stojana, a uzwojony jest wirnik. Prąd silnika, o „stałej częstotliwości”, płynie przez szczotki silnika, ślizgające się po powierzchni komutatora i zapewniające ciągły kontakt elektryczny z uzwojeniem wirnika podczas jego wirowania. Tarcie spowodowane ślizganiem się szczotek sprawia, że wirnik nie obraca się z taką samą prędkością obrotową jak w silnikach na prąd przemienny, a zatem silniki prądu stałego nie zapewniają takiego samego momentu obrotowego.
Szczotki silnika prądu stałego są elementami zużywającymi się podczas pracy i stan ich zużycia musi być kontrolowany, a same szczotki muszą być wymieniane w ramach regularnych prac serwisowych. Mimo że niezachowanie należytej staranności w kontrolowaniu stanu szczotek i ich wymianie może powodować poważne awarie takich silników, to czynność ta jest często lekceważona i zaniedbywana z uwagi na utrudniony dostęp.
W miarę jak stopień naładowania akumulatorów wózka widłowego spada, wartość płynącego prądu wzrasta i na komutatorze wydzielane jest dodatkowe ciepło, które może powodować niszczenie powierzchni komutatora, uszkodzenie szczotek lub wcześniejsze ich zużywanie i niewłaściwą pracę.
Silnik elektryczny
Zamiana jednego rodzaju energii na inny interesowała ludzi już od bardzo dawna. Wraz z odkryciem elektryczności powstała myśl jak zamienić energię prądu elektrycznego na energię mechaniczną. Stało się to możliwe dzięki zaobserwowaniu istnienia siły elektromotorycznej, którą wykorzystano do budowy silnika elektrycznego. Problem, w budowie silnika, polegał na tym aby znaleźć sposób zamiany krótkotrwałego ruchu przewodnika "z prądem" w polu magnetycznym na ciągły ruch obrotowy. Powstanie silnika elektrycznego zapoczątkowały doświadczenia Michaela Faradaya, któremu udało się skonstruować urządzenie zamieniające elektryczność w ciągły ruch mechaniczny. Jego doświadczenie zwane: "obroty elektryczne" polegało na zanurzeniu schemat silnika jednego końca drutu w rtęci wypełniającej naczynie. Pośrodku naczynia umieścił magnes sztabkowy. Podłączając baterię do góry przewodu i rtęci w naczyniu wprawił drut w ruch obrotowy wokół magnesu. Zasada działania silnika elektrycznego jest następująca: wirnik obraca się dzięki temu, że uzwojenia przewodzące prąd umieszczone są w polu magnetycznym. Elektromagnes (stojan) wytwarza pole magnetyczne. Prąd podawany jest na uzwojenia wirnika. Pola magnetyczne uzwojenia i stojana oddziałują na siebie, powodując nieznaczny obrót wirnika. Prąd podawany jest wówczas na następne uzwojenie; cały proces przebiega bardzo szybko i silnik obraca się. Pierwszy pracujący silnik elektryczny zbudowano w roku 1837 w USA. Jego twórcą był Thomas Davenport, który swoich konstrukcji używał do napędu wiertarki i tokarki do drewna. Silnik był wyposażony w elektromagnes i osiągał prędkość 450 obrotów na minutę. Dwa lata później Davenport zbudował większy silnik, napędzający rotacyjną prasę drukarską, na której zaczął druk pierwszego w USA czasopisma poświęconego elektryczności. Pierwszy miniaturowy silnik zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku, aby napędzać elektryczne pióro do sporządzania kropkowanych matryc powielaczowych. Motor miał wymiary 2,5 cm na 4 cm i osiągał około 4 tysięcy obr/min., napędzając drgającą igłę w obsadce, która robiła w matrycy otworki układające się w kontury liter. Całość napędzała dwuogniskowa bateria. Elektryczne pióro Edisona (zbudowano ich około 60 tysięcy sztuk), skutecznie powielało dokumenty, aż zostało wyeliminowane przez wynalazek maszyny do pisania.
Ze względu na rodzaj napięcia zasilającego, silniki elektryczne dzielimy na:
1. silniki elektryczne prądu stałego, 2. silniki elektryczne prądu zmiennego, 3. silniki uniwersalne.
