2009-10-23

1

Prądnice i silniki (tzw. maszyny wirujące)

W każdej maszynie można wyróżnić magneśnicę i twornik

oraz stojan i wirnik.

magneśnica

Składa się z elektromagnesów lub
magnesów trwałych, stanowiąc źródło
pola magnetycznego.

stojan

Nieruchoma część maszyny.
Może być magneśnicą lub
twornikiem.

twornik

Wytwarzana jest w nim SEM (prądnica)
lub siły elektrodynamiczne (silnik).

wirnik

Obraca się na wale wewnątrz
stojana.

1

Prądnica prądu przemiennego

2

Maszyny komutatorowe

Komutator -

umożliwia przekształcenie prądu

przemiennego na stały.

Jest „mechanicznym prostownikiem”.

Komutacja -

zmiana zwrotu prądu w zwoju.

3

Prądnica prądu stałego z komutatorem

2-segmentowym

4

2009-10-23

2

Prądnica prądu stałego z komutatorem

2-segmentowym

5

Typy prądnic prądu stałego

1) prądnice z magnesami trwałymi

pole magnetyczne wytwarzane przez magnesy trwałe

2) prądnice obcowzbudne

uzwojenia elektromagnesów są zasilane z obcego źródła

napięcia

6

3) prądnice samowzbudne

uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem

wytwarzanym przez samą prądnicę

7

Reguła lewej dłoni.

Silniki elektryczne

Wykorzystywane w nich zjawisko powstawania siły

elektrodynamicznej. Oddziałuje ona na przewodnik, przez

który płynie prąd, znajdujący się w polu magnetycznym:



sin









l

I

B

F

8

2009-10-23

3

Silnik indukcyjny - model

1) Magnes trwały obraca

się z prędkością

obrotową n

p

2) Pole magnetyczne

indukuje w prętach

SEM, np.

e

a

= B · l · v

3) Pręty są zwarte

poprzez pierścienie,

więc prętami płyną

prądy i

a

, i

b

, i

c …

4) Prądy płynące prętami

oddziaływują z polem

magnetycznym, więc na

każdy pręt działa siła:
F = B · i · l

5) Siły działające na poszczególne pręty wytwarzają elektromagnetyczny

napędowy moment obrotowy M.

6) Klatka obraca się zgodnie z kierunkiem obrotu pola magnetycznego

(kierunkiem wirowania magnesu).

9

W miarę wzrostu prędkości obrotowej klatki maleje względna
prędkość ruchu klatki i pola magnetycznego.

Wskutek powyższego:

-

maleją indukowane SEM

-

w zw. z tym

maleją prądy

-

maleją siły F

-

maleje moment obrotowy M

Wniosek :

Prędkości obrotowe klatki i magnesu nie mogą się zrównać.

(wówczas byłoby:

i = 0



F = 0



M = 0)

10

Zachodzi więc:

n < n

p

czyli klatka (wirnik) obraca się z

pewnym

poślizgiem w stosunku do pola magnetycznego.

Nie są ze sobą zsynchronizowane.
stąd silniki indukcyjne nazywane są silnikami asynchronicznymi

poślizg = względna różnica prędkości obrotowej

wirującego pola magnetycznego i wirnika:

s = (n

p

- n) / n

p



n = n

P

(1 - s)

Przeciętna wartość poślizgu przy znamionowym obciążeniu
silnika: s = 0,02



0,05

11

Pole magnetyczne wirujące

Wykorzystywane jest w silnikach zamiast magnesu trwałego.

Powstawanie pola wirującego:

1. Każda cewka podłączona jest do innej fazy (zasilanie

3-fazowe).

2. Wokół każdej cewki wytwarza się pulsujące pole

magnetyczne.

12

2009-10-23

4

3. Trzy nieruchome w

przestrzeni pola pulsujące

poszczególnych cewek

wytwarzają wypadkowe pole

magnetyczne.

13

4. To wypadkowe pole magnetyczne wiruje ze stałą

prędkością względem nieruchomego układu cewek.

14

stojan silnika indukcyjnego

1 -

żeliwna lub stalowa obudowa, 2 - pierścień z blach z wyciętymi żłobkami,

3 -

uzwojenia ułożone w żłobkach zasilane z sieci 3-fazowej, wytwarzające

wirujące pole magnetyczne

15

Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika

1) klatkowe

Wirnik klatkowy: 1 -

pręty z miedzi lub aluminium, 2 - pierścienie zwierające

Najczęstsze zastosowania tych silników:
napęd obrabiarek, maszyn przemysłowych, dźwigów itp.

16

2009-10-23

5

Przekrój silnika klatkowego:

1 -

wał, 2 - skrzynka zaciskowa, 3 - wirnik klatkowy,

4 - wentylator, 5 -

kadłub, 6 - uzwojenia stojana

17

Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika

2) pierścieniowe

Wirnik pierścieniowy: 1 - pierścienie, 2 - szczotki,

r

P

- rezystory rozruchowe

Wirnik ma uzwojenie 3-

fazowe takie jak stojan. Końce uzwojeń faz wirnika

są połączone z trzema odizolowanymi od siebie i wału pierścieniami
mosiężnymi.

18

Pierścieniowy silnik indukcyjny:

a

) wygląd zewnętrzny, b) wirnik silnika

19

Eksploatacja silników indukcyjnych trójfazowych

- zmiana kierunku obrotów

Trzeba zmienić zwrot wirowania pola magnetycznego. Realizacja -
zamiana ze sobą dwóch faz (odpowiednie przełączniki).

- regulacja prędkości obrotowej

• zmiana rezystancji w obwodzie uzwojeń wirnika (silniki pierścieniowe)

• zmiana liczby par biegunów

• zmiana częstotliwości sieci zasilającej (przetwornice częstotliwości)

- hamowanie

• mechaniczne

• elektryczne (tzw. praca hamulcowa silnika)

-

odłączenie zasilania stojana i przyłączenie go do źródła napięcia

stałego,

-

hamowanie przez przeciwwłączenie (przeciwny kierunek obrotów)

20

2009-10-23

6

Jednofazowy silnik indukcyjny

•

Zasilanie z jednej fazy



nie można uzyskać

wirującego pola magnetycznego.

•

Samoczynnie nie powstaje więc moment rozruchowy.

•

Wirnik będzie się obracał w tę stronę, w jaką nada mu

się początkowy moment rozruchowy (w tym celu -

dodatkowe uzwojenie rozruchowe).

Najczęstsze zastosowania: napęd sprężarek lodówek,

napęd pralek.

21

Silniki prądu stałego (komutatorowe)

analogiczne do prądnic prądu stałego

W silniku prądu stałego komutator pełni funkcję odwrotną
niż w prądnicy: powoduje, że prąd stały dostarczony ze
źródła napięcia zmienia w wirniku kierunek przepływu.
Dzięki temu przemienny prąd w wirniku oddziałuje ze
stałym polem magnetycznym wytwarzanym przez stojan,
sprawiając że na wirnik zaczyna działać moment
obrotowy.

22

Rodzaje silników komutatorowych (w zależności od

sposobu zasilania magneśnicy):

- szeregowy

używany do napędu urządzeń wymagających

dużego momentu rozruchowego (np. rozruszniki silników

spalinowych, napędy dźwigów, tramwajów, lokomotyw)

- bocznikowy
- szeregowo-bocznikowy
- obcowzbudny
- z magnesami trwałymi

Kierunek w jakim się obraca silnik zależy od biegunowości

doprowadzonego napięcia stałego.

23

Silniki komutatorowe prądu przemiennego

Są przeznaczone do zasilania z sieci

jednofazowej.
Szerokie zastosowanie w gospodarstwach

domowych (miksery, odkurzacze, wiertarki).
Charakteryzują się dużą prędkością obrotową.
W większości silniki te można zasilać zarówno

napięciem stałym, jak i przemiennym.

24