2009-10-23
Prądnice i silniki (tzw. maszyny wirujące)
Prądnica prądu przemiennego
W każdej maszynie można wyróżnić magneśnicę i twornik
oraz 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.
1 2
Prądnica prądu stałego z komutatorem
Maszyny komutatorowe
2-segmentowym
Komutator - umożliwia przekształcenie prądu
przemiennego na stały.
Jest  mechanicznym prostownikiem .
Komutacja - zmiana zwrotu prądu w zwoju.
3 4
1
2009-10-23
Typy prądnic prądu stałego
Prądnica prądu stałego z komutatorem
1) prądnice z magnesami trwałymi
2-segmentowym
pole magnetyczne wytwarzane przez magnesy trwałe
2) prądnice obcowzbudne
uzwojenia elektromagnesów są zasilane z obcego z
ródła
napięcia
5 6
Silniki elektryczne
3) prądnice samowzbudne
Wykorzystywane w nich zjawisko powstawania siły
uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem
elektrodynamicznej. Oddziałuje ona na przewodnik, przez
wytwarzanym przez samą prądnicę
który płynie prąd, znajdujący się w polu magnetycznym:
F =� B �� I ��l ��sin a�
Reguła lewej dłoni.
7 8
2
2009-10-23
Silnik indukcyjny - model
W miarę wzrostu prędkości obrotowej klatki maleje względna
1) Magnes trwały obraca
prędkość ruchu klatki i pola magnetycznego.
się z prędkością
obrotową np
Wskutek powyższego:
2) Pole magnetyczne
indukuje w prętach
- maleją indukowane SEM
SEM, np. ea= B � l � v
- w zw. z tym maleją prądy
3) Pręty są zwarte
poprzez pierścienie,
- maleją siły F
więc prętami płyną
prądy ia , ib , ic &
- maleje moment obrotowy M
4) Prądy płynące prętami
oddziaływują z polem
magnetycznym, więc na
każdy pręt działa siła:
Wniosek :
F = B � i � l
5) Siły działające na poszczególne pręty wytwarzają elektromagnetyczny
napędowy moment obrotowy M. Prędkości obrotowe klatki i magnesu nie mogą się zrównać.
6) Klatka obraca się zgodnie z kierunkiem obrotu pola magnetycznego
(wówczas byłoby: i = 0 ą� F = 0 ą� M = 0)
(kierunkiem wirowania magnesu). 9 10
Pole magnetyczne wirujące
Zachodzi więc: n < np czyli klatka (wirnik) obraca się z
Wykorzystywane jest w silnikach zamiast magnesu trwałego.
pewnym poślizgiem w stosunku do pola magnetycznego.
Powstawanie pola wirującego:
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)
1. Każda cewka podłączona jest do innej fazy (zasilanie
Przeciętna wartość poślizgu przy znamionowym obciążeniu
3-fazowe).
silnika: s = 0,02 �� 0,05
2. Wokół każdej cewki wytwarza się pulsujące pole
11 12
magnetyczne.
3
2009-10-23
3. Trzy nieruchome w
przestrzeni pola pulsujące
poszczególnych cewek
wytwarzają wypadkowe pole
4. To wypadkowe pole magnetyczne wiruje ze stałą
magnetyczne.
13 14
prędkością względem nieruchomego układu cewek.
Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika
stojan silnika indukcyjnego
1) klatkowe
1 - żeliwna lub stalowa obudowa, 2 - pierścień z blach z wyciętymi żłobkami,
Wirnik klatkowy: 1 - pręty z miedzi lub aluminium, 2 - pierścienie zwierające
3 - uzwojenia ułożone w żłobkach zasilane z sieci 3-fazowej, wytwarzające
wirujące pole magnetyczne Najczęstsze zastosowania tych silników:
15 napęd obrabiarek, maszyn przemysłowych, dz
wigów itp. 16
4
2009-10-23
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
Przekrój silnika klatkowego:
są połączone z trzema odizolowanymi od siebie i wału pierścieniami
1 - wał, 2 - skrzynka zaciskowa, 3 - wirnik klatkowy,
17 mosiężnymi. 18
4 - wentylator, 5 - kadłub, 6 - uzwojenia stojana
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
Pierścieniowy silnik indukcyjny:
stałego,
- hamowanie przez przeciwwłączenie (przeciwny kierunek obrotów)
a) wygląd zewnętrzny, b) wirnik silnika
19 20
5
2009-10-23
Jednofazowy silnik indukcyjny
Silniki prądu stałego (komutatorowe)
analogiczne do prądnic prądu stałego
" Zasilanie z jednej fazy �� nie można uzyskać
wirującego pola magnetycznego.
" Samoczynnie nie powstaje więc moment rozruchowy. W silniku prądu stałego komutator pełni funkcję odwrotną
niż w prądnicy: powoduje, że prąd stały dostarczony ze
" Wirnik będzie się obracał w tę stronę, w jaką nada mu
z
ródła napięcia zmienia w wirniku kierunek przepływu.
się początkowy moment rozruchowy (w tym celu -
dodatkowe uzwojenie rozruchowe).
Dzięki temu przemienny prąd w wirniku oddziałuje ze
stałym polem magnetycznym wytwarzanym przez stojan,
sprawiając że na wirnik zaczyna działać moment
Najczęstsze zastosowania: napęd sprężarek lodówek,
obrotowy.
napęd pralek.
21 22
Rodzaje silników komutatorowych (w zależności od
Silniki komutatorowe prądu przemiennego
sposobu zasilania magneśnicy):
- szeregowy używany do napędu urządzeń wymagających
dużego momentu rozruchowego (np. rozruszniki silników
Są przeznaczone do zasilania z sieci
spalinowych, napędy dz
wigów, tramwajów, lokomotyw)
jednofazowej.
- bocznikowy
Szerokie zastosowanie w gospodarstwach
- szeregowo-bocznikowy
domowych (miksery, odkurzacze, wiertarki).
- obcowzbudny
Charakteryzują się dużą prędkością obrotową.
- z magnesami trwałymi
W większości silniki te można zasilać zarówno
napięciem stałym, jak i przemiennym.
Kierunek w jakim się obraca silnik zależy od biegunowości
doprowadzonego napięcia stałego.
23 24
6