I. Silniki elektryczne  wiadomości ogólne Schemat blokowy silnika skokowego: A , B jako krótsze niż A+B, A +B, A +B , A+B . Praca ćwierćskokowa dyskach twardych, gramofonach, większości pojazdów o napędzie
( ź skokowa ) umożliwia zajmowanie przez wirnik położenia elektrycznym (np. segway, samochodach hybrydowych), wszystkich
Silnik elektryczny to maszyna przetwarzająca energię elektryczną pośredniego pomiędzy dwoma położeniami półskokowymi, dzięki wentylatorach komputerowych i urządzeniach w których iskry
na energię mechaniczną, zwykle w postaci ruchu obrotowego. możliwości zasilania całego pasma i połowy drugiego, co jest powstające na szczotkach mogłyby doprowadzić do zaprószenia
Moment obrotowy powstaje w silniku elektrycznym w wyniku możliwe ( jak to wynika z rysunku 1.14b ) przy sterowaniu ognia czy wybuchu.
oddziaływania pola magnetycznego i prądu elektrycznego. Silnik unipolarnym. Jest to widoczne na wykresie wektorowym przy pracy
elektryczny składa się ze stojana (z osadzoną parą lub kilkoma ćwierćskokowej co pokazano na rysunku 1.17a. w położeniach
parami uzwojeń elektromagnesów) oraz wirnika z uzwojeniem 2,4,6,8,10,12,14 i 16. Odpowiednie przebiegi prądowe dla pracy ź Komutacja ź
twornikowym. Zależnie od prądu zasilającego rozróżnia się silnik skokowej przedstawiono na rysunku 1.17b Pełny obrót wirnika
elektryczny prądu stałego oraz silniki elektryczny prądu składa się z 16 skoków. Przy pracy ź skokowej następuje dalsze
Stany pracy silnika skokowego
przemiennego. ograniczenie rezonansu. Praca miniskokowÄ… uzyskuje siÄ™ poprzez
W stanie statycznym, w uzwojeniach silnika skokowego występuje
dalszy podział poziomów prądu. Z założenia ten rodzaj sterowania
prąd stały, wytwarzając nieruchome pole magnetyczne. Na wirnik
Silnik prądu stałego ma na osi wirnika pierścień złożony z musi wykorzystywać sterowanie prądowe. Teoretycznie liczba
działa moment synchronizujący, który dąży do przywrócenia
izolowanych działek (tzw. komutator) łączonych z zaciskami uzwojeń skoków (miniskoków) jest nieograniczona, ale w praktyce trzy
początkowego położenia równowagi, naruszonego po zadziałaniu
twornika; po komutatorze ślizgają się doprowadzające prąd czynniki ograniczają dopuszczalną liczbę poziomów pośrednich.
momentu z zewnÄ…trz.
nieruchomo osadzone szczotki dociskane do powierzchni komutatora; Pierwszym z nich jest tarcie statyczne. Drugi z nich wynika z
Stan quasistatyczny występuje przy odpracowaniu pojedynczych
Szeregowe: prędkość obrotowa zmniejsza się wraz ze wzrostem niesinusoidalnego charakteru wytwarzanego momentu. Trzeci
skoków; wirnik przed wykonaniem każdego skoku powinien osiągnąć
obciążenia. Są stosowane w trakcji elektrycznej i dz
wignicach; zwiÄ…zany jest z samym sposobem regulacji prÄ…du. Regulowana
położenie nieruchome. Silnik przechodzi z jednego położenia
równoległe: prędkość obrotowa jest niezależna od obciążenia. Są wartość prądu nigdy nie jest stała a jedynie oscyluje wokół
ustalonego w drugie.
stosowane np. do napędzania obrabiarek; szeregowo-równoległe wartości prądu odniesienia.
W stanie ustalonym ( przy pracy kinematycznej ) silnik pracuje ze
są stosowane do napędzania maszyn o stałej prędkości obrotowej i I II III IV
stałą częstotliwością impulsów sterujących, która jest większa od
dużych momentach obrotowych. Głównymi elementami układu sterowania silnika skokowego są: takty komutacji
częstotliwości przy pracy quasistatycznej.
Stan dynamiczny jest zasadniczym stanem pracy silnika - z
ródło impulsów, którym może być generator impulsów, komutacje
Silnik prądu przemiennego maszyna cyfrowa, mikroprocesor, przetwornik sygnału ciągłego na I II III IV V VI VII VII I
skokowego. Stan ten zawiera: rozruch, hamowanie, nawrot,
Asynchroniczne; dzielą się na 1- i 3-fazowe, a zależnie od zasady impulsowy lub pamięć operacyjna;
przejście od jednej częstotliwości do drugiej.
działania na indukcyjne, synchroniczne i komutatorowe. Silniki - układ logiczny zawiera układ formowania impulsów na
indukcyjne (asynchroniczne) są najbardziej rozpowszechnione . prostokątne oraz układ rozdzielania impulsów na poszczególne
Sterowanie silników skokowych
Najtańsze i najczęściej stosowane są odznaczające się najprostszą pasma uzwojenia silnika ( licznik).
Komutacja symetryczna i niesymetryczna silnika skokowego
budową silniki indukcyjne klatkowe (zwarte); Synchroniczne różnią
Silnik skokowy przetwarza ciąg sterujących impulsów - wzmacniacz jest stopniem wyjściowym mocy, który jest
się od silników elektrycznych indukcyjnych budową wirnika, który jest wykonany na tranzystorach o układzie analogicznym dla każdego
elektrycznych na ciąg kątowych przemieszczeń wału wokół jego osi.
wyposażony dodatkowo w elektromagnesy zasilane prądem stałym ze pasma uzwojenia;
Jest to więc silnik o działaniu dyskretnym. Silnik skokowy nie może
wzbudnicy osadzonej na wale wirnika; liczba biegunów
pracować bez elektronicznego układu sterowania. Pojęcie małej, - zasilacz prądu stałego.
elektromagnesów odpowiada liczbie biegunów pola wirującego
średniej, czy dużej częstotliwości pracy silnika skokowego wynika
stojana; ponieważ moment obrotowy jest wynikiem wzajemnego
z charakterystycznych rodzajów jego pracy. Prędkość obrotowa (min-
oddziaływania na siebie biegunów magnetycznych elektromagnesów i
1) szybkiego silnika skokowego może być obliczona ze wzoru:
pola wirującego, obroty wirnika są synchroniczne z obrotami pola i II.Silniki wykonawcze prądu stałego:
n=60/360 alfa*f gdzie: alfa  wartość skoku; f  częstotliwość pracy
mają stałą prędkość. Stosowane są do napędzania maszyn
silnika, równa liczbie impulsów na sekundę.
szybkoobrotowych o stałej prędkości obrotowej, np. sprężarek. Silniki wykonawcze - elektromechaniczne przetworniki energii
Komutatorowe (szeregowe i równoległe) mają wirnik z komutatorem, pracujące w układach automatyki, przekształcające energię KOMUTACJA przemiennobiegunowa
do którego doprowadza się prąd przemienny za pomocą szczotek. elektryczną (sygnały elektryczne) w przemieszczenie kątowe wału,
Elektryczne uniwersalne, które mogą być zasilane prądem stałym jego prędkość (gdy są sterowane w sposób ciągły)oraz moment
lub przemiennym; stosowane do napędzania sprzętu gospodarstwa obrotowy (często przy pracy w stanie zahamowanym) w sposób
domowego, maszyn biurowych itp. Silnik liniowy, przetwarza energiÄ™ jednoznaczny, najlepiej proporcjonalny.
elektryczną bezpośrednio na energię ruchu postępowego; składa się
z induktora i bieżnika, które są odpowiednikami stojana i wirnika, lecz Cechy silnika wykonawczego:
rozwiniętymi w linię prostą. 1. Liniowość charakterystyki mechanicznej n=f(M),
2. Liniowość charakterystyki regulacyjnej n=f(Us napięcie sterujące),
I. Silniki skokowe (inaczej krokowe) Komutacja symetryczna silnika skokowego rys. 1.12 3. Samohamowność
Silnik krokowy przekształca impulsy elektryczne w dyskretne ruchy 4. Duża szybkość działania,
mechaniczne. Oś silnika obraca się o niewielkie przyrosty kąta pod 5. Duży moment rozruchowy,
wpływem impulsów elektrycznych, podawanych w odpowiedniej 6. Mała moc sterująca przy dużej mocy na wale
kolejności. Obroty silnika są związane bezpośrednio z podawanymi 7. Małe wymiary i masa.
impulsami na kilka sposobów. Kierunek obrotów osi jest ściśle Uw - napięcie wzbudzenia
związany z sekwencją podawanych impulsów, prędkość obrotów
zależy od częstotliwości tych impulsów, a kąt obrotu - od ich ilości. Przeważnie stosuje się silniki szeregowo-bocznikowe. Zaletą tych
Częste zastosowanie silników krokowych można zaobserwować w silników jest stosunkowo duży moment rozruchowy (większy niż w
automatyce przemysłowej. bocznikowym). Stosuje się też silniki bocznikowe, tam gdzie rozruch
jest łagodny np. w maszynach poligraficznych tłoczenie dostawiane
rodzaje silników krokowych: jest po uprzednim "rozpędzeniu" się maszyny. Szeregowe też się
Komutacja niesymetryczna silnika skokowego rys.1.13
stosuje, tam gdzie moment rozruchowy ma dużą wartość.
Odnośnie regulacji, wszystkie te silniki można łatwo regulować (po
przez zmianę wartości prądu w obwodzie wirnika).
W celu uproszczenia rysunków na każdym z nich pokazano tylko to
Silniki prądu stałego są droższe w budowie niż asynchroniczne.
pasmo uzwojenia, które w danej chwili jest zasilane impulsem
prÄ…dowym. Jak widać z rysunku 1.12 kÄ…t skoku wynosi 90°ð. Ten
Poniżej charakterystyki tych silników.
-Silnik reluktancyjny składa się z sam silnik, zasilany impulsami według sekwencji przedstawionej
na rysunku 1.13a, wykonuje pracę półskokową. W położeniach
przedstawionych na rysunku 1.13c,e, impulsy prÄ…dowe sÄ…
jednocześnie podawane na wszystkie pasma uzwojenia i w
rezultacie działania wytworzonego pola magnetycznego wirnik
zatrzymuje się w położeniu pośrednim, po przemieszczeniu o kąt
skoku wynoszÄ…cy 45°ð. Tego rodzaju komutacjÄ™ nazwano
rotora o wielu zębach wykonanego z miękkiej stali i uzwojonego niesymetryczną. Przez odpowiednie zaprojektowanie układu
stojana. Kiedy uzwojenia stojana są zasilane prądem stałym, bieguny sterowania można również uzyskać pracę miniskokową,
namagnesowują się. Ruch pojawia się na skutek przyciągania zębów polegającą na tym, że silnik wykonuje w granicach jednego skoku
rotora przez zasilane bieguny stojana. bazowego pewną liczbę miniskoków o bardzo małej wartości ( rzędu
Linie pola magnetycznego wykazują dążenie do zamknięcia się w setnych, a nawet tysięcznych części stopnia ).
obwodzie o najmniejszej reluktancji. W ten sposób powstaje moment
obrotowy, który dąży do ustawienia wirnika w położeniu q = 0.
Budowa i sposób funkcjonowania silników wykonawczych:
rzeczywisty
stojan z magnesem trwałym; wirnik z uzwojeniem twornika 
Strumień w obwodzie magnetycznym opisany jest wzorem
prostokÄ…tna ramka z drutu; szczotki  doprowadzajÄ…ce prÄ…d do
kąt_fi=I / R i jest funkcją przepływu I oraz reluktancji
z m z
uzwojenia twornika; komutator  pierścień ze stykami 
wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika);wyjścia do zasilania.
Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów
zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy
nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami
Rys.1.14. Sterowanie silników skokowych a) bipolarne, b) unipolarne
znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do z
ródła
ZaletÄ… sterowania bipolarnego jest dobre wykorzystanie momentu
prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik
obrotowego dzięki temu, że całe uzwojenie jest w stanie prądowym
zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.
po otrzymaniu impulsu. Wadą jest to, że zapewnienie
Na ramkę, w której płynie prąd elektryczny, działa para sił
przeciwnego zwrotu prądu w uzwojeniu wymaga aż ośmiu
elektrodynamicznych z powodu obecności pola magnetycznego. Siły
tranzystorów w sterowniku silnika, przez co cały układ staje się
te powodujÄ… powstanie momentu obrotowego. Ramka wychyla siÄ™ z
Zasada działania silnika skokowego o wirniku reluktancyjnym bardziej kosztowny. Zaletą wariantu unipolarnego jest prostszy
położenia poziomego, obracając się wokół osi. W wyniku swojej
Na rysunku wyżej są trzy takty pracy tego silnika. Kiedy prąd pojawi układ połączeń i mniejsza liczba tranzystorów, wadą zaś to, że
bezwładności mija położenie pionowe (w którym moment obrotowy
się w paśmie 1-1, wirnik zajmie położenie pokazane w A) Gdy w jednocześnie pracuje tylko połowa uzwojenia, a zatem nie wytwarza
jest równy zero a szczotki nie zasilają ramki). Po przejściu położenia
następnej chwili nastąpi jednoczesne zasilenie pasm 1-1 i 2-2, się moment obrotowy o pełnej wartości. W reluktancyjnych stosuje
pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale
Układy sterowania:
wówczas wirnik zajmie położenie odpowiadające największej się sterowanie unipolarne. W przeciwieństwie do silników
odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w
permeancji dla strumienia wytworzonego przez przepływy obu hybrydowych czy też klasycznych z magnesami jego uzwojenia
dalszym ciÄ…gu jest obracana w tym samym kierunku.
uzwojeń. Następnie w paśmie 1-1 nie ma już prądu i wirnik są połączone w gwiazdę. Wykorzystywane jest całe uzwojenie
znajduje się w położeniu pokazanym na silnika a nie jego połowa. Inną korzyścią wynikającą ze sterowania
Ze względu na sposób wzbudzenia pola magnetycznego dzielą się
C) Komutacja silnika przebieg w następującej kolejności : bipolarnego lub unipolarnego jest możliwość zmniejszania wartości
na:
skoku silnika. Przez odpowiednie przełączenie uzyskuje się
silnik prądu stałego obcowzbudny  silnik z magnesami trwałymi,
pracę: pełnoskokową, półskokową lub ćwierćskokową.
lub z elektromagnesami, t.j. z osobnym uzwojeniem wzbudzenia w
Aby otrzymać pracę pełnoskokową przyłącza się na przemian
-SILNIK o magnesach trwałych ( czynny ) - silnik skokowy o wirniku stojanie zasilanym z oddzielnego z
ródła zasilania niż obwód twornika
dodatnie i ujemne impulsy prÄ…dowe do pasm dwupasmowego silnika
wytwarzającym strumień magnetyczny i o stojanie z uzwojeniem  stosowane głównie w napędach wymagających regulacji prędkości
skokowego, sterowanego bipolarnie. Pełny obrót wirnika składa się z
sterującym. w szerokim zakresie obrotów;
czterech skoków.
silnik prądu stałego samowzbudny  silniki z elektromagnesem w
stojanie mogą mieć połączone uzwojenia stojana i wirnika szeregowo,
równolegle (bocznikowo) lub w sposób mieszany. Sposób
podłączenia określa rodzaj silnika.
silnik szeregowy  o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym
szeregowo z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się dużą
zależnością prędkości obrotowej od obciążenia. Zmniejszanie Układy sterowania:
obciążenie powoduje wzrost prędkości obrotowej (teoretycznie do
nieskończenie wielkiej) i grozi tzw. rozbieganiem, a w konsekwencji
zniszczeniem silnika. Jest to jego poważna wada. Dlatego tego typu
silników nie wolno włączać bez obciążenia. Stosowane są głównie w
Rys.1.15. Sterowanie bipolarne przy pracy pełnokrokowej silnika
trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) i
Wirnik silnika stanowią magnesy trwałe . Na stojanie znajdują się
skokowego
pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki
bieguny wydatne, na których umieszczone są pasma uzwojenia 1-1 i
samochodów), w napędach dz
wigów, wentylatorów itp.
2-2. Do pasm 1-1 i 2-2 uzwojenia sterujÄ…cego podawane sÄ…
Współrzędna A oznacza prąd dodatni, natomiast A ujemny w pasmie
Silnik szeregowy może być, jako jedyny silnik prądu stałego, zasilany
impulsy . Pod wpływem wytworzonego momentu synchronizującego
A. To samo dotyczy współrzędnych B-B w pasmie B. Wektory na
również prądem przemiennym. Silniki takie zwane są też silnikami
po każdym impulsie wirnik obraca się o kąt skoku. Wytworzenie
wykresie wskazują położenia wirnika przy pracy pełnoskokowej. W
uniwersalnymi. Możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że
momentu synchronizujÄ…cego odbywa siÄ™ na podobnej zasadzie
położeniu 1 pasmo A jest zasilane prądem dodatnim, B zaś ujemnym.
kierunek wirowania wirnika nie zależy od biegunowości przyłożonego
jak w zwyczajnym silniku synchronicznym. Tak więc kolejność
W następnym skoku ( położenie 2 na wykresie wektorowym ) w obu
napięcia. W przypadku, gdy silnik ma być zasilany prądem stałym
przełączania ( komutacji ) pasm 1-1 i 2-2 uzwojenia sterującego
pasmach występuje prąd dodatni (A+B). Kiedy pasmo A jest zasilane
stojan wykonywany jest z litego materiału. Natomiast przy zasilaniu
przedstawia wykres przebiegu napięć pasmowych w funkcji czasu.
prÄ…dem ujemnym, pasmo 2 zaÅ› dodatnim (A +B), wtedy wirnik
prÄ…dem przemiennym wykonuje siÄ™ go z pakietu izolowanych blach
Każdemu impulsowi odpowiada określone położenie wirnika silnika:
przemieszcza siÄ™ ponownie o kÄ…t 90°ð, osiÄ…gajÄ…c poÅ‚ożenie 3. W
zmniejszając straty energii powstałe na skutek prądów wirowych. Ze
położenie A) odpowiada pierwszemu impulsowi, położenie B) 
czwartym skoku oba uzwojenia sÄ… zasilane prÄ…dami ujemnymi
względu na stosunkowo małe wymiary przy stosunkowo dużej mocy
drugiemu, C)  trzeciemu impulsowi napięciowemu.
(A +B ) i wówczas sekwencja
oraz duże prędkości obrotowe, silniki te znalazły liczne zastosowania
powtarza się. Rysunek 1.15b. pokazuje sposób zasilania impulsami
w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu,
Silnik hybrydowy-to najczęściej połączenie silnika spalinowego i
pasm dwupasmowego silnika skokowego, sterowanego bipolarnie,
np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach, sokowirówkach,
elektrycznego. Silnik elektryczny może być prądnicą i ładować
przy pracy pełnoskokowej.
mikserach itp.
akumulatory lub kondensator w wyniku napędzania silnikiem
W odróżnieniu od pracy pełnoskokowej, kiedy oba uzwojenia są
silnik bocznikowy  o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie
spalinowym lub w wyniku hamowania silnikiem.
zasilane, przy pracy półskokowej (1/2 skokowej ) jedno z uzwojeń
przyłączonym równolegle z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się
Zasada działania:
znajduje siÄ™ w stanie bezprÄ…dowym co drugi skok (rysunek 1.16b). To
małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej na skutek zmiany
powoduje, że silnik wykonuje ruch tylko o pół skoku, jak to wynika z
obciążenia. Stosowany głównie w napędach obrabiarek, pomp,
wykresu wektorowego na rysunku 1.16a. W położeniach 2,4,6 i 8 tylko
dmuchaw, kompresorów;
jedno pasmo jest zasilane. Jeden pełny obrót wirnika przy pracy
silnik szeregowo-bocznikowy  o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie
półskokowej składa się z ośmiu skoków, tj. dwukrotnie więcej aniżeli
połączonym z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część
przy pracy pełnoskokowej. Oczywiście wartość skoku zmniejsza
szeregowo, a część równolegle). Charakteryzuje się brakiem głównej
siÄ™ o poÅ‚owÄ™ i wynosi 45°ð.
wady silnika szeregowego  możliwości jego rozbiegania przy braku
obciążenia, a także ma jego zalety  duży moment obrotowy w
szerokim zakresie obrotów i zależność prędkości obrotowej od
Magnes trwały umieszczony na wirniku lub stojanie wytwarza
rys. 116 sterowanie przy pracy
obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam
jednako- biegunowy strumień magnetyczny, który zamyka się w
gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dz
wigów
obwodzie magnetycznym: stojan  szczelina powietrzna  wirnik. Po
oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych.
zasileniu uzwojenia stojana impulsem sterujÄ…cym, wzbudzony
strumień magnetyczny pod jednym biegunem stojana dodaje się do
półskokowej
Bezszczotkowy silnik elektryczny  rodzaj silnika elektrycznego
strumienia magnesów trwałych, pod drugim zaś  odejmuje się.
Wibracje i rezonans, które pojawiają się przy przyspieszaniu,
zasilanego przez prąd stały, w którym zamiast szczotek zastosowano
Wirnik zostaje wprawiony w ruch tak, by osie zębów stojana i
opóz
nianiu lub zatrzymywaniu silnika, sÄ… znacznie ograniczone
elektrycznie sterowany komutator, cewki sÄ… nieruchome wewnÄ…trz
wirnika bieguna o strumieniu wzmacniajÄ…cym pole magnetyczne
przy pracy półskokowej. Wadą tego sposobu sterowania jest nieco
obudowy, a magnesy znajdują się na wirniku. Ze względu na
pokryły się. Silnik wykonał jeden skok. Bieguny stojana są
mniejszy moment statyczny, występujący co drugi skok, gdyż
niezawodność, oraz możliwość sterowania prędkości silniki są
wzbudzane w pożądanej kolejności, by na tej samej zasadzie
wówczas tylko jedno pasmo jest wzbudzane. Wyrażono to na
stosowane w napędach dysków optycznych (CD, DVD, BD),
zrealizować kolejne przemieszczenia skokowe.
wykresie wektorowym (rysunek 1.16a) przedstawiajÄ…c wektory A, B,