Silniki elektryczne
Silniki elektryczne definicja.
Maszyny przemysłowe, urządzenia czy aparaty codziennego użytku potrzebują układów napędowych. Ekologiczną alternatywą silników parowych lub spalinowych stał się silnik elektryczny. Silnik elektryczny jest urządzeniem, w którym zachodzi zamiana energii elektrycznej w prędkość obrotową.
Jak zbudowany jest silnik elektryczny?
Silniki ogólnego zastosowania możemy podzielić na silniki jednofazowe, silniki trójfazowe, silniki z magnesami trwałymi oraz silniki szeregowe. Konstrukcyjnie silniki elektryczne zbudowane są ze:
- Stojana
- Wirnika
- Układu ułożyskowania
- Zacisków elektrycznych
- Akcesoriów
Silnik elektryczny jednofazowy
Występuje w wersji klatkowej lub szeregowej. Napęd 1 fazowy klatkowy występuje w maszynach niewielkiej mocy oraz urządzeniach agd. Budowa to stojan z uzwojeniami z lakierowanych drutów miedzianych i rdzeniem z blach magnetycznie obojętnych. Ponadto wirnik z wałem napędowym oraz rdzeniem wirnika z tzw. klatką magnetyczną. Wirnik zamocowany jest na łożyskach lub pierścieniach ślizgowych i odpowiednich uchwytach. Uzwojenia wyprowadzone są na dedykowane zaciski elektryczne.
Silnik elektryczny 1 fazowy szeregowy zbudowany jest ze stojana z uzwojeniami, wirnika z uzwojeniami i komutatorem, szczotko trzymaczy. Standardowy silnik elektryczny 1 fazowy zbudowany jest zazwyczaj na 230V, ale występują również na inne napięcia np. 400V. W ofercie nie jednego producenta silników elektrycznych występują napędy na różne prędkości obrotowe. Są to na przykład prędkość obrotowa 1400 obr/min. Silnik elektryczny jednofazowy może być wyposażony w hamulec lub z obcym chłodzeniem. Obce chłodzenie to dodatkowy wentylator z małym silnikiem zainstalowany na obudowie stojana. Silniki elektryczne klatkowe mogą pracować na prądzie przemiennym. Szeregowe z komutatorem na stałym DC i przemiennym AC.
Silnik elektryczny trójfazowy
Zazwyczaj wykonany jako silnik klatkowy lub pierścieniowy. Występują silniki z hamulcem lub obcym chłodzeniem. Konstrukcja różni się nieco, gdyż na rdzeniu stojana nawinięto uzwojenie 3 fazowe. W zależności od ilości tak zwanych par biegunów rdzenia zmienia się ilość obr min. Podłączamy go do prądu przemiennego AC.
Silniki z hamulcem to napędy elektryczne, które do wału mają doczepiony element cierny. Może to być na przykład tarcza, która zwolniona zostaje przy pomocy elektromagnesu lub specjalnej konstrukcji mechanicznej. Zarówno silnik elektryczny trójfazowy na 400V, jak i elektryczny 1 fazowy na 230V produkowane są na różną moc i prędkość obrotową. Są to zazwyczaj silniki ogólnego zastosowania. Instalowane mogą być na łapach lub przy pomocy kołnierza. W ofercie producenta silników elektrycznych takiego jak np. Tamel lub Siemens znaleźć można motory od kilkunastu wat do Megawatów. Oczywiście te największe nie są to produkty ogólno-dostępne, lecz wykonywane na specjalne zamówienie.
Silniki elektryczne z magnesami trwałymi
W tym przypadku konstrukcyjnie są inne niż silnik elektryczny 1 fazowy, czy silnik elektryczny trójfazowy. Zwany jest również silnikiem synchronicznym. Oczywiście tutaj też następuje wirujące pole magnetyczne wytworzone w stojanie. Jednak wirnik wyposażono w elementy z neodymowymi magnesami. Pole magnetyczne jest wzmocnione, a odległość wirnika i stojana minimalna. Silnik z magnesami trwałymi ma o wiele większą sprawność niż asynchroniczne silniki. Silniki synchroniczne, w których niemalże nie występuje efekt poślizgu, zużywają znacznie mniej energii elektrycznej. Jednakże cena silników synchronicznych jest nieco wyższa. Wpływa na nią przede wszystkim precyzja wykonania.
Rodzaje silników synchronicznych.
Do silników elektrycznych synchronicznych zakwalifikować możemy silniki krokowe oraz silniki serwo. Silniki krokowe są produkowane do kilkunastu Nm. momentu obrotowego, a prędkość z reguły nie przekracza 1500 obr min. Wynika to z faktu, że podstawowy napęd krokowy największy moment ma podczas postoju. Im wyższa prędkość, tym mniejszy moment obrotowy. Serwosilnik konstrukcyjnie jest nieco inaczej zbudowany. Ma dłuższy rdzeń stojana oraz wirnik. Osiąga prędkości obrotowe znacznie większe tj. 6000 obr min. Ponadto wyposażono go w enkoder lub resolver spięty z osia silnika. W niektórych opcjach jest również hamulec. Do sterowania silnikami serwo stosowane są falowniki lub inaczej serwowzmacniacze. Mają za zadanie zasilić silnik elektryczny oraz odczytać tzw. feedback określający prędkość i pozycję wału na podstawie wskazań enkodera. Silniki krokowe potrzebują do tego sterownik silnika krokowego.
Niewątpliwą zaletą stosowania napędów elektrycznych synchronicznych jest możliwość precyzyjnego zatrzymania w odpowiednim wychyleniu kąta wału.
Zastosowanie silników elektrycznych.
Silniki elektryczne zastosowanie znalazły w szerokich gałęziach zarówno przemysłu, jak i domowego agd. Analizując przemysł, to firmy wykorzystują je do zasilania różnych maszyn w układy napędowe. W górnictwie są to różnego rodzaju taśmociągi, wiertnice czy pompy. W stoczniach spotkać je można w aparatach dźwigowych. W produkcji przemysłowej to wszelkiego rodzaju maszyny obróbcze, transportery, wentylacja, przepompownie. W precyzyjnych maszynach CNC czy do montażu elektroniki. Ponadto coraz częściej spotykamy je w samochodach elektrycznych i innym transporcie mobilnym.
Silniki elektryczne o różnych mocach, konstrukcjach i przeznaczeniach są obecnie jedynym ekologicznym systemem napędowym.