SILNIK ELEKTRYCZNY

SILNIK ELEKTRYCZNY

pierwsze silniki (historia)

jeden z pierwszych wirujących silników elektrycznych został wynaleziony w roku 1821 przez Michaela Faradaya i składał się ze swobodnie zawieszonego przewodu zanurzonego w rtęci umieszczonej w rowku o kształcie okręgu otaczającym magnes. Trwały magnesbył umieszczony pośrodku naczynia z rtęcią. Gdy prąd elektryczny przepływał przez przewód, obracał się on wokół magnesu, pokazując, że prąd wytwarza pole magnetyczne wokół przewodnika. Ten silnik jest często pokazywany na lekcjach fizyki w szkole, lecz zamiast toksycznej rtęci używa się solanki. To jest prosty przykład silnika elektrycznego nazywanego silnikiem homopolarnym. Później nazwanych Kołem Barlowa.Inna wczesna konstrukcja silnika elektrycznego używa rdzenia wewnątrz solenoidu; koncepcyjnie można go porównać do elektromagnetycznej wersji silnika spalinowego dwusuwowego. Thomas Davenport zbudował taki mały silnik prądu stałego w roku 1834, i użył go do napędu kolejki elektrycznej – zabawki, poruszającej się po kolistym torze. Otrzymuje na niego patent w 1837. Swoich konstrukcji używał też do napędu wiertarki i tokarki do drewna oraz większego silnika napędzającego rotacyjną prasę drukarską.Nowoczesny silnik prądu stałego został wynaleziony przez przypadek, w 1873, gdy Zenobie Gramme połączył uzwojenie dynama z oddzielnym źródłem prądu. Maszyna Gramma była pierwszym używanym w przemyśle silnikiem elektrycznym. Wcześniejsze wynalazki były stosowane tylko jako zabawki lub laboratoryjne ciekawostki.Pierwszy mikrosilnik zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku. Napędzał on elektryczne pióro do sporządzania kropkowanych matryc powielaczowych. Silnik miał wymiary 2,5 cm na 4 cm i osiągał około 4 tysięcy obr/min., napędzając drgającą igłę w obsadce. Igła robiła w matrycy otworki układające się w kontury liter. Silnik był zasilany z baterii.

sposób działania silnika

Inna wczesna konstrukcja silnika elektrycznego używa rdzenia wewnątrz solenoidu; koncepcyjnie można go porównać do elektromagnetycznej wersji silnika spalinowego dwusuwowego. Thomas Davenport zbudował taki mały silnik prądu stałego w roku 1834, i użył go do napędu kolejki elektrycznej – zabawki, poruszającej się po kolistym torze. Otrzymuje na niego patent w 1837. Swoich konstrukcji używał też do napędu wiertarki i tokarki do drewna oraz większego silnika napędzającego rotacyjną prasę drukarską.Nowoczesny silnik prądu stałego został wynaleziony przez przypadek, w 1873, gdy Zenobie Gramme połączył uzwojenie dynama z oddzielnym źródłem prądu. Maszyna Gramma była pierwszym używanym w przemyśle silnikiem elektrycznym. Wcześniejsze wynalazki były stosowane tylko jako zabawki lub laboratoryjne ciekawostki.Pierwszy mikrosilnik zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku. Napędzał on elektryczne pióro do sporządzania kropkowanych matryc powielaczowych. Silnik miał wymiary 2,5 cm na 4 cm i osiągał około 4 tysięcy obr/min., napędzając drgającą igłę w obsadce. Igła robiła w matrycy otworki układające się w kontury liter. Silnik był zasilany z baterii

Widok z przodu

Widok z góry

wady
Opisany wyżej silnik ma wiele wad. Jeżeli ramka zatrzyma się w położeniu pionowym, silnik nie ruszy. Dlatego rzeczywiste silniki posiadają więcej ramek połączonych szeregowo, których są przyłączone do komutatora za pośrednictwem szczotek. Ramka składająca się z pojedynczego przewodu w rzeczywistych silnikach jest zastępowana zwojnicą. Podczas przełączania kolejnych zwojnic następuje jej zwarcie, powodujące iskrzenie na komutatorze oraz utratę energii zgromadzonej w polu magnetycznym wytwarzanym w tej zwojnicy. By zmniejszyć te zjawiska, wirnik dzielony jest nawet na kilkadziesiąt zwojnic.

sposób funkcjonowania silnika prądu stałego

Prosty silnik prądu stałego z trwałymi magnesami. W uzwojeniu wirnika płynie prąd, wokół wirnika powstaje pole magnetyczne. Lewa strona wirnika jest odpychana przez lewy biegun trwałego magnesu w prawo, powodując obrót wirnika

Wirnik kontynuuje obrót.

Gdy wirnik osiągnie położenie pionowe, komutator zmienia kierunek płynącego przez elektromagnesy wirnika prądu, zmieniając kierunek wytworzonego pola magnetycznego. Proces powtarza się.

Schemat pracy silnika elektrycznego prądu stałego

Gdy wirnik silnika obraca się, ramka z prądem (zwojnica) porusza się w polu magnetycznym. Powoduje to indukowanie się siły elektromotorycznej, która zmniejsza natężenie prądu płynącego w wirniku, zmniejszając moment obrotowy wytwarzany przez silnik. Indukowana siła elektromotoryczna jest proporcjonalna do indukcji magnetycznej pola wytwarzanego przez magnes oraz prędkości ruchu przewodnika wirnika, która to jest zależna od prędkości obrotowej wirnika.

podział silników

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;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 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)[1] i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów,wentylatorów itp.Silnik maszyny wyciągowej firmy SIEMENS – SCHUCKERT
Napięcie: 700 V
Natężenie prądu: 1150 do 2630 A
Moc: 730 kW
Kopalnia Thorez, WałbrzychSilnik 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 wykonuje się go z pakietu izolowanych blach zmniejszając straty energii powstałe na skutek prądów wirowych. Ze względu na stosunkowo małe wymiary przy stosunkowo dużej mocy oraz duże prędkości obrotowe, silniki te znalazły liczne zastosowania w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach,sokowirówkach, mikserach itp.silnik bocznikowy [1] – 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 jegorozbiegania przy braku obciążenia, a także ma jego zalety – duży moment obrotowy w szerokim zakresie obrotów i zależnośćprędkości obrotowej od obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: do