Silniki prÄ du staÅego
Silniki prÄ du staÅego
Silniki prÄ du staÅego
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Silniki</strong> prądu stałego
Maszyny prądu stałego<br />
<strong>Silniki</strong> – zamiana energii elektrycznej na mechaniczną<br />
Prądnice – zamiana energii mechanicznej na elektryczną<br />
Często dane urządzenie może pracować zamiennie.<br />
Zenobie Gramme – przypadkowo wynalazł silnik prądu stałego<br />
Zasadniczo maszyny prądu stałego wykorzystują mechaniczny<br />
komutator. Rosnącą popularnością cieszą się maszyny o komutacji<br />
elektronicznej.
Budowa silników prądu stałego<br />
• stojan z magnesem trwałym (dwa magnesy zwrócone do siebie<br />
biegunami różnoimiennymi – stałe pole między nimi);<br />
• wirnik z uzwojeniem twornika – prostokątna ramka z drutu<br />
zawieszona na osi (w rzeczywistym silniku – wiele zwojnic);<br />
• szczotki – doprowadzające prąd do uzwojenia twornika;<br />
• komutator – pierścień ze stykami – wyprowadzenia z ramki<br />
(uzwojenia twornika);<br />
• wyjścia do zasilania.
Budowa silników prądu stałego<br />
Jeżeli indukcja magnetyczna stojana nie zależy od obrotów<br />
wirnika, to:<br />
• moment obrotowy silnika jest największy, gdy silnik nie<br />
obraca się i maleje wraz ze wzrostem obrotów,<br />
• obroty silnika zależą od momentu obciążającego silnik, ale<br />
przy małej rezystancji wirnika zależność ta jest niewielka i<br />
silnik ma prawie stałe obroty w zakresie – od biegu luzem do<br />
obciążenia znamionowego,<br />
• obroty silnika nieobciążonego zależą od wielkości indukcji<br />
magnetycznej B (im większa indukcja, tym mniejsze obroty<br />
biegu jałowego)
Opisany poprzednio silnik z<br />
magnesami trwałymi w stojanie<br />
lub z elektromagnesem, którego<br />
uzwojenie zasilane jest z<br />
oddzielnego źródła zasilania<br />
(obce, tzn. zewnętrzne<br />
wzbudzenie strumienia<br />
magnetycznego).<br />
Silnik obcowzbudny<br />
Indukcja magnetyczna niezależna od obrotów wirnika.<br />
Szybko reagują na zmianę napięcia zasilania.
Silnik obcowzbudny<br />
Charakterystyki mechaniczne<br />
nbj – prędkość obrotowa biegu jałowego
Silnik samowzbudny szeregowy<br />
Uzwojenie stojana połączone<br />
szeregowo z uzwojeniem<br />
wirnika.<br />
Prąd obu uzwojeń wzrasta wraz<br />
ze wzrostem obciążenia.<br />
Zmniejszanie obciążenia zwiększa prędkość obrotową (zagrożenie<br />
tzw. rozbiegnięciem) – nie wolno włączać bez obciążenia!<br />
Silnik uniwersalny – może być zasilany napięciem przemiennym.<br />
Charakteryzuje się bardzo dużym momentem rozruchowym, co<br />
zdecydowało o użyciu silnika w trakcji miejskiej i kolejowej oraz<br />
w urządzeniach dźwigowych.
Silnik samowzbudny równoległy<br />
Uzwojenie stojana połączone<br />
równolegle z uzwojeniem<br />
wirnika.<br />
Prąd uzwojenia stojana<br />
niezależny od prądu wirnika<br />
(stała indukcja stojana).<br />
(bocznikowy)<br />
Prędkość obrotowa słabo zależna od obciążenia.<br />
Możliwość precyzyjnego kontrolowania prędkości.<br />
Użyteczny w aplikacjach wymagających płynnej, o dużym<br />
zakresie regulacji prędkości obrotowej przy zachowaniu<br />
sztywności charakterystyki mechanicznej .
Silnik szeregowo-równoległy<br />
(szeregowo-bocznikowy)<br />
Uzwojenie stojana podzielone na<br />
część równoległą i szeregową z<br />
uzwojeniem wirnika.<br />
Brak zjawiska rozbiegania się.<br />
Może mieć duży moment rozruchowy i stałą prędkość.<br />
Typowo przy rozruchu pracuje jako bocznikowo-szeregowy<br />
(moment), a po uruchomieniu zwiera się uzwojenie szeregowe i<br />
silnik pracuje jako bocznikowy (precyzyjna kontrola prędkości).<br />
Stosuje się do napędu walców, wind w ciężkich warunkach pracy.
Sterowanie silnikiem<br />
Prędkość silnika prądu stałego reguluje się przez zmianę<br />
napięcia przyłożonego do uzwojeń.<br />
• zestaw przełączanych rezystorów<br />
•przełączanie silników (lokomotywy)<br />
• sterowanie modulacyjne<br />
•PWM<br />
•PFM
Sterowanie oporowe<br />
Tramwaj Konstal 105Na/805Na – rozrusznik
Przełączanie silników<br />
Lokomotywa Et22<br />
Każda konfiguracja jest<br />
dodatkowo wyposażona w<br />
zestaw oporników<br />
rozruchowych.<br />
Sterowanie stycznikami<br />
przez wał grupowy<br />
(w jednostkach trakcyjnych<br />
wał kułakowy)
Bocznikowanie uzwojeń<br />
wzbudzenia<br />
Osłabianie strumienia magnetycznego<br />
– regulacja w górę – od nN do 3nN<br />
– w silniku szeregowym – rezystancja równolegle z obwodem<br />
wzbudzenia lub odłączanie zwojów (rys.)<br />
– w silniku bocznikowym – szeregowo z obwodem wzbudzenia
Obwód główny elektrowozu<br />
(przykład)
Sterowanie impulsowe<br />
Low-side<br />
High-side<br />
Diody – ochrona przed zniszczeniem wyłączonego tranzystora<br />
(„rozładowanie” uzwojenia)
Sterowanie kierunkiem obrotów<br />
Możliwość hamowania silnikiem.
Dedykowany układ scalony<br />
tpic108 – nowoczesny układ drivera PWM
<strong>Silniki</strong> bezszczotkowe<br />
BLDC – BrushLess DC<br />
Komutacja mechaniczna zastąpiona elektroniczną.
<strong>Silniki</strong> bezszczotkowe
<strong>Silniki</strong> bezszczotkowe – sterowanie<br />
Napięcia i prądy poszczególnych faz silnika
<strong>Silniki</strong> bezszczotkowe<br />
Sterowanie prądem – momentem napędowym silnika
BLDC – sterowanie bezczujnikowe