Spis treści:
- 1 Czym jest silnik prądu stałego?
- 2 W jaki sposób są zbudowane silniki prądu stałego?
- 3 Co jeszcze warto wiedzieć o zasilaniu silnika prądu stałego?
- 4 Silniki prądu stałego – zastosowanie
- 5 Parametry techniczne silników DC – podstawowe informacje
- 6 Pozostałe parametry silników prądu stałego
- 7 Silniki prądu stałego micro z przekładnią – zastosowanie
Silniki DC (z ang. direct current) to maszyny zasilane prądem, które zmieniają energię elektryczną na energię mechaniczną (ruch obrotowy).
Czym jest silnik prądu stałego?
Silniki prądu stałego to grupa maszyn, które są zasilane prądem stałym o różnym napięciu. Zmieniają energię elektryczną ze źródła zasilania na energię mechaniczną w postaci stałego ruchu obrotowego wału. Silniki tego typu można podzielić według różnych kategorii. Jedną z nich jest podział na modele z przekładnią i bez przekładni. Przekładniowe silniki prądu stałego dodatkowo dzielą się ze względu na typ wbudowanej przekładni. Najpopularniejsze z nich to silniki DC z przekładniami prostymi, kątowymi i maszyny z podwójną przekładnią.
Z kolei silniki DC micro dzielą się na Low Power, Medium Power i High Power. Dodatkowo można je podzielić ze względu na poziom napięcia zasilania, pobór mocy, moment obrotowy, możliwe przełożenia i maksymalną liczbę obrotów na każdą minutę pracy. Na szczególną uwagę zasługują również silniki DC wyposażone w enkoder. Takie maszyny doskonale nadają się do implementacji w rozbudowanych projektach, które wymagają precyzyjnego sterowania.
W jaki sposób są zbudowane silniki prądu stałego?
Jednymi z najważniejszych elementów silników prądu stałego są magnesy trwałe, z których jest wykonany stojan. Następne ważne podzespoły to uzwojenia, które są połączone z zestawem blach wykonanych z miedzi. Blachy tworzą wirniki silników prądu stałego. Do elementów ruchomych w postaci wirników, zasilanie jest doprowadzone za pośrednictwem szczotek węglowych.
Szczotki są stykowo połączone z komutatorem, czyli z blaszkami wirnika. Podczas zasilania silnika DC, prąd przepływa przez uzwojenie, jednocześnie wytwarzając pole magnetyczne, które powoduje, że wirnik zaczyna się obracać. Ruch obrotowy powstaje na skutek oddziaływania z magnetycznym polem stojana.
Co jeszcze warto wiedzieć o zasilaniu silnika prądu stałego?
W sytuacji, gdy uzwojenie elementu ruchomego (wirnika) jest równoległe do linii magnetycznej pola stojana, następuje przełączenie biegunowości napięcia zasilania. Przełączenie odbywa się poprzez komutator.
W momencie przełączenia, pole magnetyczne obwodu wirnika zmienia kierunek. Co to oznacza w praktyce? Ciągłe utrzymanie obrotów wirnika silnika prądu stałego w tym samym kierunku. To skrótowe opisanie etapów wprawiania silnika DC w ruch.
Silniki prądu stałego – zastosowanie
Silniki elektryczne zasilane prądem stałym mają różnorodne zastosowanie. Używa się ich m.in. w różnego rodzaju układach automatyki przemysłowej, w robotach i urządzeniach AGD. Pozostałe zastosowanie obejmuje elektronarzędzia (m.in. sprzęt akumulatorowy), podzespoły wykorzystywane w branży motoryzacyjnej i w systemach automatycznych bram.
Silniki DC wyróżniają się prostą i co za tym idzie niezawodną konstrukcją. Używają ich zarówno profesjonaliści, jak i amatorzy. W zależności od konkretnego modelu, mogą być zasilane bateryjnie lub przy wykorzystaniu zasilacza sieciowego.
Nawet niewielkie silniki prądu stałego mają stosunkowo wysoki moment obrotowy w dolnym zakresie pracy. W praktyce oznacza to, że nawet w przypadku obciążenia mechanicznego, którego siła jest dostosowana do parametrów silnika, jednostka napędowa umożliwia szybkie osiągnięcie pożądanej prędkości obrotowej.
Parametry techniczne silników DC – podstawowe informacje
Poszczególne silniki prądu stałego różnią się od siebie nie tylko rozmiarami i typem przekładni (lub jej brakiem), ale również parametrami technicznymi. Poszukując silnika DC do konkretnego projektu należy zwrócić szczególną uwagę na napięcie zasilania. Wybrane jednostki napędowe mogą być zasilane np. napięciem 3 V, 3,7 V, 5 V, 6 V, 9 V, 12 V lub 24 V. Dodatkowo niektóre silniki prądu stałego mogą być efektywnie i bezpiecznie zasilane napięciem w pewnym zakresie, np. od 3 V do 6 V.
Następnym kluczowym parametrem technicznym jest moment obrotowy, wyrażany iloczynem kilogramów i centymetrów. Niektórzy producenci silników prądu stałego podają moment obrotowy w niutonometrach (skrót Nm). Im wyższy moment obrotowy, tym większa siła (mierzona na wale) jednostki napędowej.
Pozostałe parametry silników prądu stałego
W opisie silnika DC powinna znaleźć się informacja dotycząca poboru prądu, wyrażona w amperach. To kluczowy parametr determinujący sposób zasilania jednostki napędowej. Niewielkie silniki prądu stałego wyróżniają się stosunkowo niskim zapotrzebowaniem na prąd. Przeważnie pobór jest mniejszy niż 100 mA. W hobbystycznym zastosowaniu i przy projektowaniu niewielkich robotów przeważnie wykorzystuje się silniki prądu stałego, których pobór energii elektrycznej nie przekracza 1000 mA.
Kolejnym istotnym parametrem jest prędkość obrotowa, czyli liczba obrotów wału w trakcie 1 minuty pracy silnika. Tę wartość należy dostosować do konkretnego projektu. Dostępne są modele, których wał obraca się kilkanaście, kilkadziesiąt lub kilkaset razy w trakcie 1 minuty.
Osobną grupę stanowią jednostki napędowe, których wał obraca się kilka tysięcy razy na minutę np. 4800 obr/min. Na co jeszcze zwrócić uwagę w trakcie wyboru silnika prądu stałego? Przede wszystkim na średnicę wału, która powinna być dopasowana do konkretnego projektu. Silniki prądu stałego mogą być wyposażone w wał o średnicy mniejszej niż 1 mm (np. 0,7 mm). Z kolei inne jednostki mają wał o średnicy np. 3 mm, 4 mm lub 6 mm. Rodzaj przekładni to kolejny czynnik determinujący wybór konkretnego modelu silnika prądu stałego. Przykładowe przekładnie to 1:48, 1:90 1:150, 10:1, 75:1, 150:1, 378:1 i 9.7:1.
Silniki prądu stałego micro z przekładnią – zastosowanie
Silniki DC micro z przekładnią wyróżniają się niewielkimi rozmiarami i niską wagą. Takie połączenie zapewnia możliwość implementacji jednostki napędowej w niewielkich projektach elektronicznych. Zastosowanie przekładni pozwala na zmniejszenie prędkości obracającego się wału i jednoczesne zwiększenie momentu obrotowego.
