UNIWERSYTET BYDGOSKI im. KAZIMIERZA WIELKIEGO

WYDZIAŁ MATEMATYKI, FIZYKI I TECHNIMKI

TEMAT IV

Silnik prądu stałego

WYKONAŁ:

Dominik Kamiński

Paweł Goncerzewicz

Radosław Wiśniewski

Grzegorz Zdziebko

ETI II r. 4 sem.

Silnik prądu stałego

Silnik prądu stałego jest silnikiem elektrycznym zasilanym prądem stałym i służy do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną.

Jako maszyna elektryczna prądu stałego może pracować zamiennie jako silnik lub prądnica. W tym drugim przypadku wirnik napędzany jest energią mechaniczną dostarczona z zewnątrz, a na zaciskach uzwojenia twornika odbierana jest wytworzona energia elektryczna.

Większość silników prądu stałego to silniki komutatorowe, to znaczy takie, w których uzwojenie twornika zasilane jest prądem poprzez komutator. Jednak istnieje wiele silników prądu stałego które nie posiadają komutatora lub też komutacja przebiega na drodze elektronicznej.

Budowa i zasada działania

1. stojan z magnesem trwałym

2. wirnik z uzwojeniem twornika - prostokątna ramka z drutu.

3. Szczotki - doprowadzające prąd do uzwojenia twornika

4. komutator - pierścień ze stykami - wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika)

5. wyjścia do zasilania

Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi było pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać. Na przewodnik ramki, w którym płynie prąd elektryczny, działają siły oddziaływania prądu i pola magnetycznego, tworzące moment obrotowy. Ramka wychyla się z położenia poziomego 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.

Podział

Ze względu na sposób wzbudzenia pola magnetycznego dzielą się na:

• silnik prądu stałego obcowzbudny - silnik prądu stałego z magnesami trwałymi, którego budowę i działanie opisano powyżej lub z elektromagnesami, t.j. z osobnym uzwojeniem wzbudzenia w stojanie zasilanym z oddzielnego źródła zasilania niż obwód twornika - stosowane głównie w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów;

(z elektromagnesami) (z magnesami trwałymi)

• 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 obciążenie. Zmniejszanie 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 trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów, wentylatorów itp.

• Silnik szeregowy może być, jako jedyny silnik prądu stałego, zasilany również prądem przemiennym. Silniki takie zwane są też silnikami uniwersalnymi. Możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania wirnika nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia. W przypadku, gdy silnik ma być zasilany prądem stałym stojan wykonywany jest z litego materiału. Natomiast przy zasilaniu prądem przemiennym część tą wykonuje się z pakietu blach zmniejszając tym samym straty cieplne powstałe na skutek prądów wirowych. Ze względu na stosunkowo małe wymiary przy stosunkowo dużej mocy silniki te znalazły duże zastosowane w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach, sokowirówkach, mikserach, pralkach itp.

• silnik bocznikowy - o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie przyłączonym równolegle z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej na skutek zmiany obciążenia. Stosowany głównie w napędach obrabiarek, pomp, dmuchaw, kompresorów;

• silnik szeregowo-bocznikowy - o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część szeregowo, a część równolegle). Charakteryzuje się brakiem głównej wady silnika szeregowego - możliwości jego rozbiegania - oraz jego zaletami - duży moment obrotowy i duża zależność prędkości obrotowej od obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych.

Obliczenia

P2 = 0,105 Mn [W]

ή = P2 / P1

M = F * L [Nm]

U < 230 V = const L = 0,55 [m]

Lp.	I [A]	P1 [W]	F [N]	n [Obr/min]	M [Nm]	Cosφ	P2 [W]	ή [%]
1.	5,7	240	0	1496	0		0	0
2.	5,7	400	2,6	1489	1,375		215	53,75
3.	5,85	520	4,8	1484	2,64		411	79,04
4.	6,1	660	7,6	1475	4,18		647	98,04
5.	6,4	780	9,6	1471	5,28		815	104,49

5

---