Spis treści:
- 1 Rodzaje maszyn elektrycznych
- 2 Podstawy działania maszyn elektrycznych
- 3 Podział maszyn elektrycznych
- 4 Elementy maszyny elektrycznej
- 5 Podstawowe parametry maszyn elektrycznych
- 6 Silniki elektryczne prądu stałego
- 7 Charakterystyki mechaniczne silników prądu stałego
- 8 Tabliczka znamionowa maszyn prądu stałego
- 9 Symbole silników prądu stałego
Maszyny elektryczne to urządzenia wykorzystujące energię elektryczną do wykonywania pracy mechanicznej. Przykłady maszyn elektrycznych to silniki elektryczne, generatory prądu elektrycznego, transformatory oraz inne urządzenia elektryczne wykorzystywane w różnych dziedzinach gospodarki i życia codziennego. W zależności od rodzaju i zastosowania, maszyny elektryczne mogą być napędzane prądem przemiennym (AC) lub prądem stałym (DC). Ponieważ temat maszyn elektrycznych jest bardzo obszerny, autor tego materiału skupił się na przedstawieniu ogólnych informacji o maszynach elektrycznych poświęcając więcej uwagi silnikom prądu stałego.
Rodzaje maszyn elektrycznych
Silnik elektryczny – maszyna służąca do przetwarzania energii elektrycznej w energię mechaniczną.
Prądnica – maszyna służąca do przetwarzania energii mechanicznej w energię elektryczną.
Podstawy działania maszyn elektrycznych
Podstawą działania silnika elektrycznego jest zjawisko powstawania siły elektrodynamicznej, która działa na przewodnik z prądem, znajdujący się w polu magnetycznym.
F = B I L sinα,
gdzie:
F – siła elektrodynamiczna
B – indukcja magnetyczna,
I – natężenie prądu w przewodniku,
L – długość tej części przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym,
α – kąt między kierunkiem prądu w przewodniku a kierunkiem linii pola magnetycznego.
Podstawą działania prądnicy jest zjawisko indukowania się napięcia w przewodniku, który porusza się w polu magnetycznym.
e = B L v sinα,
gdzie:
e – siła elektromotoryczna (indukowane napięcie),
B – indukcja magnetyczna,
L – długość tej części przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym,
v – prędkość z jaką porusza się przewodnik,
α – kąt między kierunkiem prądu w przewodniku a kierunkiem linii pola magnetycznego.
Podział maszyn elektrycznych
Ze względu na rodzaj prądu i zasadę działania maszyny elektryczne dzieli się na:
Maszyny prądu przemiennego
- maszyny synchroniczne,
- maszyny indukcyjne (asynchroniczne) – jednofazowe i trójfazowe
Maszyny prądu stałego
Maszyny komutatorowe
- prądu przemiennego,
- prądu stałego
Elementy maszyny elektrycznej
- stojan – nieruchoma część maszyny,
- wirnik – wirująca część maszyny,
- magneśnica (źródło pola magnetycznego) – może być z elektromagnesów lub magnesów stałych,
- twornik – jest w nim wytwarzana siła elektromagnetyczna (prądnica) lub siły elektrodynamiczne (silnik).
Podstawowe parametry maszyn elektrycznych
- napięcie znamionowe;
- prąd znamionowy;
- moc znamionowa;
- prawność;
- prędkość obrotowa;
- masa;
- współczynnik mocy (maszyny prądu przemiennego);
- częstotliwość znamionowa (maszyny prądu przemiennego);
- stopień ochrony – zapewnianej przez obudowę silnika; podaje się go w formie symbolu IP oraz dwóch cyfr. Pierwsza cyfra określa stopień ochrony przed dotykiem elementów niebezpiecznych oraz stopień ochrony przed dostaniem się ciał obcych do wnętrza silnika, natomiast druga – stopień ochrony przed dostaniem się wody do wnętrza silnika;
- rodzaj pracy – informacja o dopuszczalnym obciążeniu silnika, czasie pracy oraz wymaganych przerwach w pracy silnika, podczas których następuje jego chłodzenie; wyróżnia się 10 rodzajów pracy silnika, oznaczanych symbolami S1… S10; jeśli na tabliczce znamionowej silnika nie ma oznaczenia rodzaju pracy, to znaczy, że jest on przystosowany do pracy ciągłej;
- S1 praca ciągła – bez ograniczenia w czasie pod stałym obciążeniem,
- S2 praca dorywcza – czas pracy krótki w porównaniu z przerwami, silnik może pracować z większym obciążeniem,
- S3, S4, S5 praca przerywana – czas pracy i przerwy występują regularnie i naprzemiennie, S3 – bez rozruchu, S4 – z rozruchem, S5 – z rozruchem i hamowaniem,
- S6, S7 praca cykliczna nieprzerywana, S6 – praca z obciążeniem i bieg jałowy naprzemiennie, S7 – rozruch, praca z obciążeniem i hamowanie elektryczne naprzemiennie,
- S8 praca cykliczna nieprzerywana ze zmiennym obciążeniem i prędkością wirowania,
- S9 praca z nieokresowymi zmianami obciążenia i prędkości wirowania.
- S10 praca z obciążeniem nieregularnym okresowym.
- klasa izolacji – literowe oznaczenie, stanowiące informację o maksymalnej temperaturze pracy silnika.
Silniki prądu stałego są ważne ze względu na swoje liczne zastosowania w różnych dziedzinach oraz posiadają wiele zalet, takich jak łatwa regulacja prędkości, wysoki moment obrotowy, prosta konstrukcja i wysoka sprawność. Dlatego też silniki prądu stałego są niezwykle istotnym elementem w dzisiejszych czasach. Silniki elektryczne prądu stałego są popularnym typem silników wykorzystywanym w różnego rodzaju urządzeniach elektrycznych. Najprościej można określić, że działają one poprzez wykorzystanie zjawiska elektromagnetycznego, które powoduje obrót wirnika wewnątrz obudowy. W silnikach prądu stałego, wirnik oraz stojan są zasilane prądem stałym, co oznacza, że kierunek i wartość prądu jest stały. Silniki te mogą być zbudowane z różnych materiałów, takich jak żelazo lub miedź, które zapewniają odpowiednią przewodność elektryczną.
Silniki elektryczne prądu stałego
Silniki prądu stałego to najczęściej silniki komutatorowe. Składają się z:
- stojana z magnesami trwałymi lub uzwojeniami wzbudzania,
- wirnika z uzwojeniami twornika,
- komutatora umożliwiającego zasilanie uzwojeń twornika,
- szczotek doprowadzających napięcie zasilania do uzwojeń twornika przez komutator.
Silniki prądu stałego z magnesami trwałymi lub z uzwojeniem wzbudzania zasilanym z innego źródła zasilania niż uzwojenie twornika nazywamy silnikami obcowzbudnymi. Jeżeli natomiast uzwojenia wzbudzania oraz twornika są zasilane z tego samego źródła napięcia, mówimy o silnikach samowzbudnych. W silnikach samowzbudnych uzwojenia wzbudzania i twornika można połączyć na kilka różnych sposobów.
Rodzaje silników komutatorowych
szeregowy
bocznikowy
szeregowo-bocznikowy
obcowzbudny
z magnesami trwałymi
Oznaczenia zacisków maszyny prądu stałego
Rodzaje uzwojenia
Oznaczenia zacisków
uzwojenie twornika
uzwojenie komutacyjne
uzwojenie kompensacyjne
uzwojenie wzbudzenia szeregowe
uzwojenie wzbudzenia bocznikowe
uzwojenie wzbudzenia obce
uzwojenie pomocnicze w osi wzdłużnej
uzwojenie pomocnicze w osi poprzecznej
A1-A2
B1-B2
C1-C2
D1-D2
E1-E2
F1-F2
H1-H2
I1-I2
Aby zmienić kierunek wirowania wirnika, należy zmienić podłączenie zacisków jednego z uzwojeń – twornika lub wzbudzenia.
Charakterystyki mechaniczne silników prądu stałego
Właściwości silników prądu stałego w stanie ustalonym są określone przez ich charakterystyki mechaniczne n = f(I) lub n = f(M).
Tabliczka znamionowa maszyn prądu stałego
Tabliczka znamionowa silników prądu stałego zawiera następujące dane:
- moc znamionową (dla silnika jest to moc mechaniczna na wale maszyny),
- napięcie znamionowe twornika,
- prąd znamionowy twornika,
- napięcie znamionowe wzbudzenia,
- prąd znamionowy wzbudzenia,
- prędkość znamionową,
- klasę izolacji,
- nazwę producenta, serię i rok produkcji.
Symbole silników prądu stałego
silnik obcowzbudny
silnik bocznikowy
silnik szeregowy
silnik szeregowo-bocznikowy
silnik z magnesami trwałymi
silnik liniowy z magnesami trwałymi
Silniki prądu stałego są stosowane głównie w sytuacjach, w których potrzebne jest precyzyjne regulowanie prędkości obrotowej, duży moment obrotowy oraz wysoka trwałość. Są często wykorzystywane w maszynach przemysłowych, wózkach widłowych, wentylatorach, pompach i innych urządzeniach ponieważ cechują się niskim zużyciem energii elektrycznej, są proste w obsłudze i budowie.
