Silnik prądu stałego

Urządzenie do przekształcania
energii elektrycznej w pracę
mechaniczną.

Zasada działania

W polu magnetycznym magnesu trwałego lub
elektromagnesu umieszczona jest ramka z
przewodnika. Ramka zasilana jest poprzez komutator i
ślizgające się po nim szczotki. 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.

Silniki z elektromagnesem w stojanie mogą mieć
połączone uzwojenia stojana i wirnika szeregowo,
równolegle lub uzwojenie wirnika jest równolegle do
części uzwojenia stojana (bocznikowo). Sposób
podłączenia określa rodzaj silnika.

Widok z góry

Widok z przodu

1. Magnes trwały

2. Prostokątna ramka z drutu.

3. Szczotki przewodzące

4. Pierścień ze stykami -

wyprowadzenia z ramki

5. Wyjścia do zasilania

Budowa

Widok z góry

Widok z przodu

1. Pierwsza sytuacja polega na tym, że cewka jest w
pozycji

poziomej,

natomiast

szczotki

dotykają

komutatora. Prąd płynie od dodatniego do ujemnego
bieguna źródła prądu. Zatem nad cewką wytwarza się
biegun północny, natomiast pod cewką biegun
południowy. Na skutek wzajemnego oddziaływaniu
biegunów magnetycznych cewki z prądem oraz
magnesów, cewka razem z komutatorem obraca się.

2. Ze względu na wcześniej opisane oddziaływanie
cewka razem z komutatorem przechodzi do położenia, w
którym szczotki nie stykają się z komutatorem, a cewka
jest się w położeniu pionowym. Wówczas nie płynie
prąd, ale wcześniej rozpędzona przechodzi do pozycji
trzeciej.

3. Tutaj powtarzana jest ta sama sytuacja co w
pierwszym położeniu, zatem proces obrotowy zaczyna
się od początku.

Zasada działania w trzech
punktach

W zależności od sposobu połączeń
uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy
silniki samowzbudne: bocznikowe,
szeregowe i szeregowo-bocznikowe oraz
silniki obcowzbudne. Każdy z nich
charakteryzuje się innymi właściwościami
ruchowymi.

Pracę silnika prądu stałego charakteryzują
następujące wielkości:
U – napięcie zasilania,
M – moment obciążania,
I – prąd obciążenia,
N – prędkość obrotowa.

Silniki prądu stałego
charakteryzują się dobrymi
własnościami ruchowymi, przy
czym szczególnie korzystne są
duże zakresy regulacji
prędkości obrotowej i duży
moment rozruchowy

Porównanie silnika prądu
stałego do silnika prądu
zmiennego

Małe silniki
elektryczne

Bezszczotkowy
silnik prądu
stałego