2010-10-19

1

Prądnice i silniki (tzw. maszyny wirujące)

W każdej maszynie można wyróżnić:

- magneśnicę i twornik,

- 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.

Jeśli magneśnica jest stojanem, to twornik jest wirnikiem.

Jeśli magneśnica jest wirnikiem, to twornik jest stojanem.

Prądnica prądu przemiennego

model:

2010-10-19

2

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

2010-10-19

3

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 źródła

napięcia:

2010-10-19

4

3) prądnice samowzbudne

uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem

wytwarzanym przez samą prądnicę:

Reguła lewej dłoni.

Silniki elektryczne

Wykorzystywane w nich zjawisko powstawania siły elektrodynamicznej.

Oddziałuje ona na znajdujący się w polu magnetycznym przewodnik, przez który

płynie prąd:



sin









l

I

B

F

2010-10-19

5

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.

model:

2010-10-19

6

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.

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.

2010-10-19

7

Silnik indukcyjny

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).

model:

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

 F = 0  M = 0)

2010-10-19

8

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

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.

2010-10-19

9

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.

2010-10-19

10

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, dźwigów itp.

2010-10-19

11

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.

Pierścieniowy silnik indukcyjny:

a) wygląd zewnętrzny, b) wirnik silnika

2010-10-19

12

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)

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.