Download pdf - Silnik pr ądu stałego du stałego -- budowa budowap.zaliczaj.pl/attachment/12/0/2/silnik_pradu_stalego.pdf · Silnik pr ądu stałego du stałego ––regulacja szeregowa regulacja

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- budowa budowa

• Stojan - najczęściej jest magneśnicą – wytwarza pole magnetyczne

• jarzmo (2),• jarzmo (2),• bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3),• bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5),• tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- budowabudowa

• Wirnik – najczęściej jest twornikiem (1)• rdzeń (pakietu blach),• uzwojenie twornika (8),• uzwojenie twornika (8),• komutator (9).

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- budowa budowa

Komutator – osadzony na wale wirnika – wiele wycinków Miedzianych umieszczonych na specjalnej piaście. Miedzianych umieszczonych na specjalnej piaście. Izolator między wycinkami - mikanit

1 – wycinek komutatora,2 – pierścień dociskowy,3 – kołnierz izolacyjny,4 – piasta.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– obwód magnetycznyobwód magnetyczny

Strumień magnetyczny – wytworzony przez uzwojenie wzbudzenia,zasilane prądem stałym.

IN=Θ

Wartość przepływu wzbudzającego –- wartości wymaganego strumienia,- permeancji obwodu magnetycznego

IN=Θ

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– obwód magnetycznyobwód magnetyczny

Przepływ – siła magnetomotoryczna– suma spadków napięcia magnetycznego w poszczególnych częściach obwodu

• jarzmo stojana – Hjl j,• bieguny – 2Hmlm,• szczelina powietrzna – 2Hδδ,• zęby twornika – 2Hzlz,• jarzmo twornika – Htl t.

NI

lHlHHlHlH

f

ttzzmmjj

2

222

=Θ

++++=Θ δδ

Prądnica prądu stałego Prądnica prądu stałego –– zasada działaniazasada działania

αsinBlve = αsinBlve =



Zwiększenie liczby wycinków komutatora – przebieg napięciaodbieranego z prądnicy jest bardziej równomierny.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– zasada działaniazasada działania

Moment napędowy –powstaje na skutek oddziaływania powstaje na skutek oddziaływania między zewnętrznym polem mag., a polem powstającym wokół przewodnika przez który płynie prąd.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– zasada działaniazasada działania

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– wpływ twornikawpływ twornika

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– układy połączeńukłady połączeń

• prąd twornika Ia,• prąd wzbudzenia If,• prąd obciążenia I (oddawany do sieci lub pobierany),• napięcie twornika U (wytwarzane lub zasilające),• rezystancja obwodu twornika Ra,• rezystancja obwodu wzbudzenia Rf,• SEM indukowana w tworniku E,• n – prędkość wirowania wirnika,• n – prędkość wirowania wirnika,• M – moment elektrodynamiczny.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– układy połączeńukłady połączeń

Maszyna obcowzbudna,Maszyna samowzbudna:

• bocznikowe,• szeregowe,• szeregowo-bocznikowe.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– SEMSEM

Rozkład indukcji pod biegunem

bi – idealna szerokość bieguna

W pręcie poruszającym się z prędkością v w polu o indukcji Bpindukuje się SEM: indukuje się SEM:

iipip blBvlBe =Φ= ,

ncE EΦ= - SEM indukowana w uzwojeniach twornika (prądnica,silnik)

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– SEMSEM

1. W stanie idealnego biegu jałowego (Ia=0, E=U)

2. Jeżeli płynie prąd Ia:

szpkaac RRRRR +++=

aacIREU −=

IRncIREU +Φ=+=

• jeżeli maszyna pracuje jako prądnica

• jeżeli maszyna pracuje jako silnik

aacEaac IRncIREU +Φ=+=

3. Moment działający na wirnik

Φ= aM IcM

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- charakterystykicharakterystyki

• Charakterystyka mechaniczna

n = f(I), n = f(M), U = const, Rf = const

• Charakterystyka momentu

M = f(I), U = const, Rf = const

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik bocznikowysilnik bocznikowy

Silnik bocznikowy i obcowzbudny

Silnik obcowzbudny stosowany w układach napędowychSilnik obcowzbudny stosowany w układach napędowychZ przekształtnikami tyrystorowymi.


Charakterystyka mechanicznasilnika bocznikowego (przypominięciu wpływu oddziaływania twornika).

aE

ac

E

Ic

R

c

Un

Φ−

Φ=

N

N

n

nnn

−= 0δZmienność prędkości3-8% (2-5%)


Charakterystyka momentu silnika bocznikowego (przypominięciu wpływu oddziaływania twornika).

aaM IcIcM 1≈Φ=

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik szeregowysilnik szeregowy

Strumień zależy od prądu obciążenia (przy zmianie obciążeniazmienia się strumień – wzrostowi momentu obciążenia odpowiada wzrost prądu obciążenia i wzrost strumienia zgodnie z charakterystyką

magnesowania obwodu magnetycznego.


Charakterystyka momentu

Przy małym nasyceniu obwodu:

cI=Φ2cIcIcM MM =Φ=


Charakterystyka mechaniczna

ARUIRU −B

I

A

cc

R

cIc

U

cIc

IRUn

E

ac

EE

ac −=−=−=

przy założeniu liniowej zależności strumienia od prądu

2cIM = BM

An −= 1


Bardzo duża prędkość obrotowa przy małych obciążeniachmoże doprowadzić do uszkodzenia silnika ze względu na może doprowadzić do uszkodzenia silnika ze względu na przekroczenie jego wytrzymałości mechanicznej

Silnik szeregowy nie może pracować w stanie jałowym i musibyć połączony z maszyną roboczą za pomocą sprzęgła lub

przekładni zębatej

Zaleta – duży moment rozwijany podczas rozruchu

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik szeregowosilnik szeregowo--bocznikowybocznikowy

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– schemat zastępczyschemat zastępczy

,

=++=

=++=

Mobc

E

IKMDdt

dJM

KEERIdt

dILU

ωω

ω

)1(

1

)(

)()(

,,)1)(1(

1

)(

)()(

+==

==++

==

mEM

eME

memE

sTsKsU

ssG

R

LT

KK

RJT

sTsTKsU

ssG

α

ω

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- rozruchrozruch

W chwili rozruchu prędkość obrotowa wirnika = 0, E =0, równanienapięcia dla silnika ma postać:

IRU =

Prąd rozruchowy pobierany przez silnik:

racIRU =

acr R

UI =

Prąd rozruchowy jest wielokrotnie większy od prądu znamionowego.

acR

EUI

−=


Prąd rozruchowy można ograniczyć przez:

• zmniejszenie napięcia zasilającego,• włączenie w obwód twornika dodatkowego opornika • włączenie w obwód twornika dodatkowego opornika • o rezystancji Rar

W przypadku silnika bocznikowego – obwód wzbudzenia w czasie rozruchu musi być zasilany całym napięciem (musi być włączony przed

aracr RR

UI

+=

rozruchu musi być zasilany całym napięciem (musi być włączony przed rozrusznikiem).

Rozrusznik jest opornikiem kilkustopniowym dostosowanym dopracy krótkotrwałej.



Dla silnika prądu stałego dobierz rezystancję włączoną na czas rozruchu,Tak aby prąd rozruchowy nie przekroczył 2IN.N

Rezystancja obwodu twornika tego silnika Rac=0,3Ω.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja prędkościregulacja prędkościobrotowejobrotowej

Prędkość silnika prądu stałego z dodatkową rezystancją w obwodzietwornika Rar

Na zmianę prędkości wirowania wirnika mają wpływ:

( )Φ+−=

c

IRRUn aarac

• napięcie U,• rezystancja Rar,• strumień magnetyczny Φ.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja prędkościregulacja prędkościobrotowejobrotowej

Prędkość obrotową można regulować:

• przez zmianę napięcia zasilania twornika U,• przez zmianę rezystancji w obwodzie twornika Rar, • przez zmianę strumienia Φ

Wykorzystywane w praktyce, a różnią się pod względem:

• zakresu regulacji,• zakresu regulacji,• kierunku regulacji (góra, dół),• ekonomicznym

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja szeregowaregulacja szeregowa

Regulacja szeregowa polega na włączeniu rezystancji regulacyjnej Rar

w szereg z obwodem twornika (silniki bocznikowe i szeregowe).

W tym przypadku mamy możliwość regulacji w dół – poniżej prędkościodpowiadającej pracy na charakterystyce naturalnej (od prędkości znamionowej do zera).

Regulacja nieekonomiczna – straty na rezystorze regulacyjnym.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja regulacja bocznikowabocznikowa

Regulacja bocznikowa sprowadza się do osłabienia strumieniamagnetycznego.

• w silnikach bocznikowych – rezystancja regulacyjna Rfr jestwłączona w szereg w obwód wzbudzenia,

• w silniku szeregowym – rezystancja Rfr jest włączona równoleglez obwodem wzbudzenia.

Regulacja bocznikowa jest regulacją w górę od wartości n do 3n ,Regulacja bocznikowa jest regulacją w górę od wartości nN do 3nN,jest regulacją ekonomiczną.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja regulacja bocznikowa bocznikowa

Prowadząc regulację prędkości przez zmianę strumienia, nie należynadmiernie osłabiać pola magnetycznego oraz powodować zanikuprądu w obwodzie wzbudzenia silnika.

Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– regulacja przez regulacja przez zmianę napięcia zasilania.zmianę napięcia zasilania.

Regulację prędkości obrotowej przez zmianę napięcia twornika można uzyskać przez zastosowanie tyrystorowychregulatorów napięcia.regulatorów napięcia.

Zmieniając napięcie zasilające twornik można przy znamionowymobciążeniu regulować prędkość od zera do wartości większej odprędkości znamionowej – w całym zakresie regulacji prąd twornikanie zmienia wartości i zależy tylko od obciążenia.

Silnik prądu stałego z magnesami trwałymiSilnik prądu stałego z magnesami trwałymi

Pole magnetyczne – magnesy trwałe

Stosowane materiały magnetyczne: Stosowane materiały magnetyczne:

• materiały proszkowe z ferrytów baru,• magnesy lane ze stopów alnico.

Silnik prądu stałego z magnesami Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi trwałymi

Kubkowy silnik prądu stałego

1 – wirnik kubkowy,2 – magnes trwały stojana,3 – rdzeń ferromagnetyczny,4 – obudowa.


Silnik tarczowy (wirnikiem drukowanym).

Całe uzwojenie – szereg pojedynczych zwojów –ścieżki miedzianenaniesione na przeciwne strony tarczy i zespawane na zewnętrznymobwodzie tarczy, a przeciwne zakończenia ścieżek doprowadzonesą do komutatora.


Silnik prądu stałego z biegunami Silnik prądu stałego z biegunami trwałymi trwałymi

Zalety silnika tarczowego:

• bardzo mały moment bezwładności wirnika, małe mechaniczne• bardzo mały moment bezwładności wirnika, małe mechanicznestałe czasowe wynoszące 3-10ms – zwiększenie częstotliwościwłączeń i zmian kierunku wirowania

• znacznie korzystniejszy przebieg komutacji niż w silniku tradycyjnym• prostoliniowa charakterystyka mechaniczna,• stały moment w całym zakresie prędkości,• duży zakres prędkości obrotowej 1-3000 obr/min,• możliwość uzyskania idealnie liniowej zależności SEM od prędkości,• małe wymiary• małe wymiary


Wady silnika tarczowego:

• duży koszt wytworzenia,• mniejsza trwałość przy większych mocach.

Zastosowanie:

• silniki wykonawcze w układach sterowania i automatyki –sterowanie obrabiareksterowanie obrabiarek

• w zgrzewarkach,• pojazdach mechanicznych,• urządzeniach radilokacyjnych.