Silnik pr ądu stałego du stałego -- budowa...
Transcript of Silnik pr ądu stałego du stałego -- budowa...
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 =
Prądnica prądu stałego Prądnica prądu stałego –– zasada działaniazasada działania
Prądnica prądu stałego Prądnica prądu stałego –– zasada działaniazasada działania
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.
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik bocznikowysilnik bocznikowy
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%)
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik bocznikowysilnik bocznikowy
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.
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik szeregowysilnik szeregowy
Charakterystyka momentu
Przy małym nasyceniu obwodu:
cI=Φ2cIcIcM MM =Φ=
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik szeregowysilnik szeregowy
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
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego –– silnik szeregowysilnik szeregowy
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
−=
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- rozruchrozruch
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.
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- rozruchrozruch
Silnik prądu stałego Silnik prądu stałego -- rozruchrozruch
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 prądu stałego z magnesami Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi trwałymi
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 magnesami Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi trwałymi
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
Silnik prądu stałego z magnesami Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi trwałymi
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.