2010-10-19
Prądnice i silniki (tzw. maszyny wirujące)
W każdej maszynie można wyróżnić:
- magneśnicę i twornik,
- stojan i wirnik.
magneśnica stojan
Składa się z elektromagnesów lub Nieruchoma część maszyny.
magnesów trwałych, stanowiąc z
ródło Może być magneśnicą lub
pola magnetycznego. twornikiem.
twornik wirnik
Wytwarzana jest w nim SEM (prądnica) Obraca się na wale wewnątrz
lub siły elektrodynamiczne (silnik). stojana.
Jeśli magneśnica jest stojanem, to twornik jest wirnikiem.
Jeśli magneśnica jest wirnikiem, to twornik jest stojanem.
Prądnica prądu przemiennego
model:
1
2010-10-19
Maszyny komutatorowe
Komutator - umożliwia przekształcenie prądu
przemiennego na stały.
Jest  mechanicznym prostownikiem .
Komutacja - zmiana zwrotu prądu w zwoju.
Prądnica prądu stałego z komutatorem
2-segmentowym
2
2010-10-19
Prądnica prądu stałego z komutatorem
4-segmentowym
Typy prądnic prądu stałego
1) prądnice z magnesami trwałymi
pole magnetyczne wytwarzane przez magnesy trwałe
2) prądnice obcowzbudne
uzwojenia elektromagnesów są zasilane z obcego z
ródła
napięcia:
3
2010-10-19
3) prądnice samowzbudne
uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem
wytwarzanym przez samą prądnicę:
Silniki elektryczne
Wykorzystywane w nich zjawisko powstawania siły elektrodynamicznej.
Oddziałuje ona na znajdujący się w polu magnetycznym przewodnik, przez który
płynie prąd:
F =� B�� I ��l ��sina�
Reguła lewej dłoni.
4
2010-10-19
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 z
ródła 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.
model:
5
2010-10-19
Rodzaje silników komutatorowych (w zależności od
sposobu zasilania magneśnicy):
- szeregowy używany do napędu urządzeń wymagających
dużego momentu rozruchowego (np. rozruszniki silników
spalinowych, napędy dz
wigów, tramwajów, lokomotyw)
- bocznikowy
- szeregowo-bocznikowy
- obcowzbudny
- z magnesami trwałymi
Kierunek w jakim się obraca silnik zależy od biegunowości
doprowadzonego napięcia stałego.
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.
6
2010-10-19
Silnik indukcyjny
1) Magnes trwały obraca
model:
się z prędkością
obrotową np
2) Pole magnetyczne
indukuje w prętach
SEM, np. ea= B � l � v
3) Pręty są zwarte
poprzez pierścienie,
więc prętami płyną
prądy ia , ib , ic &
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).
W miarę wzrostu prędkości obrotowej klatki maleje względna prędkość ruchu
klatki i pola magnetycznego.
Wskutek powyższego:
- maleją indukowane SEM
- w związku z powyższym maleją prądy
- w związku z powyższym maleją siły F
- w związku z powyższym maleje moment obrotowy M
Wniosek :
Prędkości obrotowe klatki i magnesu nie mogą się zrównać.
(bo wówczas byłoby: i = 0 ą� F = 0 ą� M = 0)
7
2010-10-19
Zachodzi więc: n < np
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 = (np - n) / np �� n = nP (1 - s)
Przeciętna wartość poślizgu przy znamionowym obciążeniu silnika: s = 0,02 �� 0,05
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.
8
2010-10-19
3. Trzy nieruchome w przestrzeni pola
pulsujące poszczególnych cewek
wytwarzają wypadkowe pole
magnetyczne.
4. To wypadkowe pole magnetyczne wiruje ze stałą prędkością względem
nieruchomego układu cewek.
9
2010-10-19
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
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, dz
wigów itp.
10
2010-10-19
Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika
2) pierścieniowe
Wirnik pierścieniowy: 1 - pierścienie, 2 - szczotki,
rP - 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.
Pierścieniowy silnik indukcyjny:
a) wygląd zewnętrzny, b) wirnik silnika
11
2010-10-19
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 z
ródła napięcia
stałego,
- hamowanie przez przeciwwłączenie (przeciwny kierunek obrotów)
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.
12