Rodzaje silników prądu stałego i przemiennego, ich różnice

Jak działają silniki

Zasada działania wszystkich typów silników elektrycznych polega na interakcji pól magnetycznych wirnika i stojana. W takim przypadku pole magnetyczne może być wytworzone przez magnes trwały lub uzwojenie (elektromagnes cewkowy).

W zależności od mocy i typu silnika uzwojenia mogą znajdować się tylko na stojanie lub zarówno na stojanie jak i na wirniku. Spróbujmy wyjaśnić urządzenie i zasadę działania manekinów w elektryce.

Zacznijmy od przyjrzenia się konstrukcji silników kolektorów. Na przykład w małych silnikach kolektorowych prądu stałego, jak w modelach radiowych, magnesy trwałe są umieszczone na stojanie, a cewki z drutu miedzianego są nawinięte w wirniku. Prąd do cewek wirnika takiego silnika elektrycznego jest dostarczany przez zespół szczotek składający się ze szczotek i kolektora. Na kolektorze znajdują się lamele, do których podłączone są przewody uzwojenia.

Po włączeniu zasilania wirnik (zwora) zaczyna się obracać, kolektor jest na nim zamocowany, a stacjonarne szczotki naprzemiennie dotykają różnych par lameli kolektora. Poprzez szczotki i lamele prąd jest dostarczany do uzwojeń wirnika najpierw do jednego uzwojenia, a następnie do drugiego, tworząc w ten sposób zmienne pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnesu. W efekcie przyciągane są bieguny wirującego i nieruchomego elektromagnesu, dlatego następuje obrót.

Jeśli pominiemy niektóre niuanse, to im większy prąd wirnika, tym większe to pole i tym szybciej wirnik się obraca. Dotyczy to jednak głównie maszyn kolektorów prądu stałego i przemiennego (są one uniwersalne).

Jeśli mówimy o silniku asynchronicznym (AM) z wirnikiem klatkowym, jest to silnik prądu przemiennego bez szczotek. W nim uzwojenia znajdują się na stojanie (a), a wirnik jest reprezentowany przez pręty (b), zwarte pierścieniami - tak zwaną klatkę wiewiórkową.

W tym przypadku wirujące pole magnetyczne stojana generuje prąd w prętach wirnika, który generuje również inne pole magnetyczne. Co się dzieje, gdy obok siebie znajdują się dwa magnesy?

Są odpychani lub przyciągani do siebie. Ponieważ wirnik jest zamocowany na końcach w łożyskach, wirnik zaczyna się obracać. AD jest przeznaczony tylko do prądu przemiennego, a jego prędkość obrotowa wału zależy od częstotliwości prądu i liczba biegunów w uzwojeniach stojana, omówimy to zagadnienie bardziej szczegółowo w artykule na temat asynchronii silniki elektryczne.

Ale aby rozpocząć obrót wału takiego silnika, ważne jest, aby go popchnąć (aby uzyskać początkową prędkość) lub wytworzyć wirujące pole magnetyczne. Powstaje z uzwojeń ułożonych w określony sposób, podłączonych do trójfazowej sieci energetycznej. (na przykład 380V) lub za pomocą kondensatorów rozruchowych i roboczych (w tym kondensatorów asynchronicznych) silniki).

Oprócz oddziaływania pól magnetycznych w obrocie wału silnika elektrycznego, oraz amper siła.

Dlatego musisz zrozumieć, że moment na wale abstrakcyjnego silnika i liczba obrotów zależą od konstrukcji i typu maszyny elektrycznej, a także od siły prądu i jego częstotliwości. Powtarzam, że w tym artykule nie będziemy zagłębiać się w szczegóły urządzenia każdego z typów i typów silników elektrycznych, ale zrobimy w tym celu osobne artykuły.

Należy zauważyć, że silniki asynchroniczne i uniwersalne kolektorowe są najczęściej spotykane w życiu codziennym i produkcyjnym, w napędach maszyn budowlanych. Stosowane są wszędzie, zarówno do poruszania się mechanizmów przemysłowych, jak i do samochodów, pojazdów elektrycznych oraz stosowanych w sprzęcie AGD, aż po elektryczną szczoteczkę do zębów.

Główna klasyfikacja

Tak więc silniki elektryczne dzielą się głównie na maszyny, które działają zarówno na prąd stały, jak i na prąd przemienny. Jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym, powiedzieliśmy w artykule: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Rozważymy rodzaje silników elektrycznych z maszyn pracujących na wnęce.

Silniki prądu przemiennego

Większość maszyn elektrycznych wykorzystywanych w produkcji oraz w życiu codziennym do napędzania wind, w innych typach napędów elektrycznych zasilana jest prądem zmiennym.

Silniki prądu przemiennego można sklasyfikować w następujący sposób:

• asynchroniczny;
• synchroniczny.

W tym przypadku silniki asynchroniczne wyróżnia się konstrukcją wirnika:

• z wirnikiem klatkowym (najczęściej z dowolną liczbą faz);
• z wirnikiem fazowym (tylko trójfazowy).

A według liczby faz:

• jednofazowe (z kondensatorem rozruchowym) są stosowane w domowych wentylatorach elektrycznych i innych urządzeniach małej mocy;
• kondensatorowy lub dwufazowy (są to jednofazowe z kondensatorem, który nie wyłącza się podczas pracy, dzięki czemu Faza "druga") stosowane są w małych pompach, wentylacji, na pralkach typu "baby" i starych modelach produkcyjnych ZSRR;
• trójfazowe są najczęstsze i są stosowane wszędzie w produkcji.

Istnieją różne konstrukcje jednofazowego komunikatora internetowego, lista zawiera dwie główne opcje!

Cechą wszystkich asynchronicznych silników elektrycznych jest to, że prędkość wirnika jest nieco mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana i jest równa:

gdzie n to liczba obrotów na minutę, f to częstotliwość sieci zasilającej, p to liczba par biegunów, s to poślizg, a „60” to sekundy na minutę.

Tak więc prędkość wirnika zależy od częstotliwości sieci zasilającej, konstrukcji uzwojeń, a raczej liczby par biegunów (cewek) w niej i wielkości poślizgu.

Poślizg to wielkość, która charakteryzuje, o ile mniejsza jest prędkość wirnika w stosunku do częstotliwości wirującego pola magnetycznego. W normalnych warunkach pracy mieści się w zakresie 0,01-0,06. W uproszczeniu pole w stojanie z jedną parą biegunów obraca się z prędkością:

60*50/1 = 3000 obr/min

Z dwiema parami - 1500 obr./min, a z trzema parami - 1000 obr./min.

Podczas przesuwania się, na przykład przy 0,05, prędkość wirnika będzie równa:

3000 * (1-0,05) = 2850 obr/min

Aby dostosować prędkość takich silników elektrycznych, użyj przetwornice częstotliwości, ponieważ nie możemy wpływać na pozostałe zmienne powyższego wzoru.

Najczęstsze w Rosji są silniki asynchroniczne o napięciu zasilania 220 V do łączenia uzwojeń w układzie trójkąta i 380 V w układzie gwiazdy.

Jeżeli w trójfazowej maszynie elektrycznej pole wirujące stojana jest tworzone przez układ uzwojeń i przesunięcie fazowe w sieci o 120˚, to w jednofazowej takiego efektu nie obserwuje się. Wał będzie się obracał, jeśli wykonasz początkowy obrót, obracając wał ręcznie lub instalując kondensator przesuwający fazę, który spowoduje przesunięcie fazowe na uzwojeniu początkowym.

Silniki kondensatorowe dwufazowe są rozmieszczone w podobny sposób, ale drugie uzwojenie nie wyłącza się po uruchomieniu, ale kontynuuje pracę kondensator. Dlatego nazwa „dwufazowy” odnosi się raczej do projektu i schematu połączeń, a nie do obwodów zasilających. Zarówno dwufazowe, jak i jednofazowe są przeznaczone do pracy z sieci 220V.

Synchroniczne silniki elektryczne (SM) są prawie zawsze wykonywane z uzwojeniem wzbudzenia na tworniku i prądem wzbudzenie jest do niego przekazywane albo przez zespół szczotek, albo indukowane przez elektromagnetyczny systemy.

Jest to konieczne, aby jego wał obracał się z częstotliwością, która pokrywa się z częstotliwością wirowania pola stojana. Oznacza to, że w tym przypadku nie ma takiego parametru, jak przesuwanie.

Prąd wzbudzenia dostarczany jest ze specjalnych układów wzbudzenia typu „generator-silnik” lub przekształtników elektronicznych opartych na tyrystorach lub tranzystorach. Najczęściej spotykane w przedsiębiorstwach krajowych są urządzenia takie jak VTE, TVU itp.

Nie zawsze jest uzwojenie polowe i szczotki, na przykład w kuchence mikrofalowej silnik synchroniczny z magnesami trwałymi służy do napędzania obrotu naczynia.

Maszyny synchroniczne są istotne i ukryte. Różnice wizualne tkwią w konstrukcji wirnika, w praktyce występuje różnica w ich charakterystyce, metodach produkcji i konstrukcji. W praktyce przeciętny elektryk domowy raczej nie będzie miał z nimi do czynienia.

Pozostaje powiedzieć najważniejsze o silnikach prądu przemiennego - trudno jest dostosować prędkość obrotową, ponieważ ich prędkość jest powiązana z prędkością. Redukcja napięcia (prądu) na stojanie lub wzbudzenia (dla synchronicznego i asynchronicznego z wirnikiem fazowym) prowadzi do spadku momentu i zwiększenia wielkości poślizgu (w AD), podczas gdy wał może się obracać wolniej. Aby kontrolować prędkość takich silników, potrzebujesz przetwornicy częstotliwości. W artykule rozmawialiśmy o tym, jak wybrać przetwornicę częstotliwości: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

Silniki prądu stałego (silniki prądu stałego)

Istnieją następujące typy i typy silników prądu stałego:

1. Silniki z kolektorem prądu stałego. Składają się z magnesów lub cewki wzbudzającej i twornika, prąd jest przekazywany do uzwojenia twornika za pomocą zespołu szczotek, których wadą jest stopniowe zużycie.
2. Uniwersalne silniki kolektorowe. Są podobne do poprzednich, ale mogą działać zarówno na prąd stały, jak i przemienny.
3. Bezszczotkowy lub bezszczotkowy. Składa się z uzwojeń stojana, na wirniku zainstalowane są magnesy trwałe. Jest on podłączony do obwodu prądu stałego poprzez specjalny sterownik, który przełącza uzwojenia stojana.

Silniki kolektorów można podzielić na grupy w zależności od typu wzbudzenia:

• podekscytowany;
• z niezależną ekscytacją.

W zależności od rodzaju połączenia uzwojeń pola rozróżnia się je w następujący sposób:

1. Wzbudzenie sekwencyjne pozwala na uzyskanie wysokiego momentu obrotowego na wale, ale prędkość biegu jałowego jest również bardzo wysoka i może uszkodzić silnik (przeregulować).
2. Wzbudzenie równoległe - w tym przypadku prędkość jest bardziej stabilna i nie zmienia się pod obciążeniem, ale moment obrotowy na wale jest mniejszy.
3. Mieszane podniecenie łączy zalety obu typów.

W DCT małej mocy kolektora wzbudzenie jest najczęściej organizowane za pomocą magnesów trwałych.

Przy niezależnym wzbudzeniu silnika kolektora uzwojenia stojana i wirnika nie są ze sobą połączone, ale w rzeczywistości są zasilane z różnych źródeł. Dzięki temu możliwe jest zorganizowanie regulacji momentu obrotowego lub prędkości, a także osiągnięcie większej efektywności energetycznej.

W zależności od konstrukcji taki silnik elektryczny może działać albo tylko na prąd stały, albo na prąd zmienny i stały. W drugim przypadku nazywane są „uniwersalnym silnikiem kolektorowym”. Są szeroko rozpowszechnione w życiu codziennym, stosowane w urządzeniach kuchennych i elektronarzędziach (szlifierkach, wiertarkach itp.).

Silniki bezszczotkowe są pozbawione wad związanych z silnikami kolektorowymi ze względu na brak zespołu szczotek. Prąd dostarczany jest do trzech uzwojeń stojana, a uzwojenia są przełączane przez sterownik. W rzeczywistości bezszczotkowe silniki prądu stałego są zasilane przetworzonym prądem przemiennym. Możesz dowiedzieć się, jak działają te silniki, oglądając poniższy film:

Są one podobne w konstrukcji do silników synchronicznych, z tym wyjątkiem, że zamiast elektromagnesów stosuje się magnesy trwałe. Aby obrócić taki silnik i zwiększyć jego wydajność, stosuje się czujniki Halla do określenia położenia wału i prawidłowego załączenia uzwojeń.

Często nazywane są silnikami zaworowymi, a w źródłach anglojęzycznych takie silniki, w zależności od ich konstrukcji, nazywane są PWSM lub BLDC.

Stosowane są w lodówkach komputerowych, jako napęd do modeli sterowanych radiowo, takich jak quadkoptery, oraz w motocyklach do rowerów.

Dodatkowa klasyfikacja

Oprócz silników omówionych powyżej należy wspomnieć o innych typach, takich jak:

• krokowy;
• serwa;
• liniowy;
• silniki prądu tętniącego (podobnie jak silnik prądu stałego, różnica polega na tym, że moc jest dostarczana przez wyprostowany prąd tętniący).

Silniki krokowe i serwa znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest pozycjonowanie zespołu jakiegoś mechanizmu. Najprostszym przykładem jest CNC, drukarka 3D i tak dalej. Również za pomocą „kroków” czasami kontrolują położenie przepustnicy samochodu - a to tylko niewielka część ich zastosowania.

Opis funkcji i cech tego typu napędów elektrycznych to temat na osobny artykuł. Jeśli jesteś zainteresowany, napisz komentarz, a my go opublikujemy!

Silnik liniowy, w przeciwieństwie do wszystkich powyższych, ruch jego wału nie jest obrotowy, ale translacyjny. Oznacza to, że nie kręci się, ale porusza się „w tę iz powrotem”. Oni są różni:

• prąd przemienny na zasadzie działania podobnej do synchronicznych i asynchronicznych silników elektrycznych;
• prąd stały;
• piezoelektryczny;
• magnetostrykcyjny.

W praktyce są rzadkością, służą jako napęd kolei jednoszynowej, do podawania korpusu roboczego w różnych maszynach.

Podana w artykule klasyfikacja została jednak wybrana z punktu widzenia praktyczności, podczas gdy w literaturze sugeruje się podział napędu elektrycznego według następujących kryteriów.

Według specyfiki generowanego momentu obrotowego:

• histereza;
• magnetoelektryczny.

Następna opcja klasyfikacji opiera się na różnicach w projekcie i cechach ich projektu.

Według typu i lokalizacji szybu:

• z poziomym wałem;
• z pionowym umieszczeniem wału.

Ochrona przed działaniami środowiska zewnętrznego:

• chroniony przed wysoką wilgotnością i kurzem;
• do użytku w obszarach zagrożonych wybuchem.

Przez czas trwania trybu pracy:

• przerywany (wyciągarki, dźwigi, silniki zasuw);
• do pracy ciągłej (pompy, wentylacja itp.).

Pod względem mocy można również rozróżnić maszyny o małej, średniej, dużej mocy. Jednak nie ma sensu podawać granic tych mocy, ponieważ gdzieś 6 MW to średnia moc, a gdzieś 1 kW to liczba kolosalna.

Niemożliwe jest szczegółowe rozważenie wszystkich typów w jednym artykule, dlatego każdą wersję rozważymy osobno. Mamy nadzieję, że przedstawiona pokrótce klasyfikacja pomogła Państwu zrozumieć, jakie są typy silników elektrycznych AC i DC, a także jakie są ich różnice i możliwości zastosowania!

Powiązane materiały:

• Jak uzyskuje się przemienny prąd elektryczny
• Rodzaje regulatorów napięcia
• Jak zrobić najprostszy silnik elektryczny własnymi rękami

Lubić(0)nie lubię(0)