background image

2009-10-23

1

Prądnice i silniki (tzw. maszyny wirujące)

W każdej maszynie można wyróżnić magneśnicę i twornik

oraz stojan i wirnik.

magneśnica

Składa się z elektromagnesów lub 
magnesów trwałych, stanowiąc źródło 
pola magnetycznego.

stojan

Nieruchoma część maszyny.
Może być magneśnicą lub
twornikiem.

twornik

Wytwarzana jest w nim SEM (prądnica) 
lub siły elektrodynamiczne (silnik).

wirnik

Obraca się na wale wewnątrz
stojana.

1

Prądnica prądu przemiennego

2

Maszyny komutatorowe

Komutator -

umożliwia przekształcenie prądu 

przemiennego na stały. 

Jest „mechanicznym prostownikiem”.

Komutacja -

zmiana zwrotu prądu w zwoju.

3

Prądnica prądu stałego z komutatorem 

2-segmentowym

4

background image

2009-10-23

2

Prądnica prądu stałego z komutatorem 

2-segmentowym

5

Typy prądnic prądu stałego

1) prądnice z magnesami trwałymi

pole magnetyczne wytwarzane przez magnesy trwałe

2) prądnice obcowzbudne

uzwojenia elektromagnesów są zasilane z obcego źródła

napięcia

6

3) prądnice samowzbudne

uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem

wytwarzanym przez samą prądnicę

7

Reguła lewej dłoni.

Silniki elektryczne

Wykorzystywane w nich zjawisko powstawania siły 

elektrodynamicznej. Oddziałuje ona na przewodnik, przez 

który płynie prąd, znajdujący się w polu magnetycznym:

sin

l

I

B

F

8

background image

2009-10-23

3

Silnik indukcyjny - model

1) Magnes trwały obraca 

się z prędkością 

obrotową n

p

2) Pole magnetyczne 

indukuje w prętach 

SEM, np. 

e

a

= B · l · v

3) Pręty są zwarte 

poprzez pierścienie, 

więc prętami płyną 

prądy i

a

, i

b

, i

c …

4) Prądy płynące prętami 

oddziaływują z polem 

magnetycznym, więc na 

każdy pręt działa siła: 
F = B · i · l 

5) Siły działające na poszczególne pręty wytwarzają elektromagnetyczny 

napędowy moment obrotowy M. 

6) Klatka obraca się zgodnie z kierunkiem obrotu pola magnetycznego 

(kierunkiem wirowania magnesu).

9

W miarę wzrostu prędkości obrotowej klatki maleje względna 
prędkość ruchu klatki i pola magnetycznego. 

Wskutek powyższego: 

-

maleją indukowane SEM

-

w zw. z tym 

maleją prądy

-

maleją siły F

-

maleje moment obrotowy M

Wniosek :   

Prędkości obrotowe klatki i magnesu nie mogą się zrównać.

(wówczas byłoby:  

i = 0 

F = 0 

M = 0)

10

Zachodzi więc:   

n < n

p

czyli klatka (wirnik) obraca się z 

pewnym 

poślizgiem w stosunku do pola magnetycznego. 

Nie są ze sobą zsynchronizowane. 
stąd silniki indukcyjne nazywane są silnikami asynchronicznymi

poślizg = względna różnica prędkości obrotowej

wirującego pola magnetycznego i wirnika:

s = (n

p

- n) / n

p

n = n

P

(1 - s)

Przeciętna wartość poślizgu przy znamionowym obciążeniu 
silnika:  s = 0,02 

0,05

11

Pole magnetyczne wirujące

Wykorzystywane jest w silnikach zamiast magnesu trwałego.

Powstawanie pola wirującego:

1. Każda cewka podłączona jest do innej fazy (zasilanie 

3-fazowe).

2. Wokół każdej cewki wytwarza się pulsujące pole 

magnetyczne. 

12

background image

2009-10-23

4

3. Trzy nieruchome w 

przestrzeni pola pulsujące 

poszczególnych cewek 

wytwarzają wypadkowe pole 

magnetyczne. 

13

4. To wypadkowe pole magnetyczne wiruje ze stałą 

prędkością względem nieruchomego układu cewek.

14

stojan silnika indukcyjnego

1 -

żeliwna  lub  stalowa  obudowa,  2 - pierścień z blach  z wyciętymi  żłobkami,

3 -

uzwojenia  ułożone w żłobkach zasilane z sieci 3-fazowej, wytwarzające 

wirujące pole magnetyczne

15

Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika

1) klatkowe 

Wirnik klatkowy: 1 -

pręty z miedzi lub aluminium, 2 - pierścienie zwierające

Najczęstsze zastosowania tych silników: 
napęd obrabiarek, maszyn przemysłowych, dźwigów itp.

16

background image

2009-10-23

5

Przekrój silnika klatkowego: 

1 -

wał, 2 - skrzynka zaciskowa, 3 - wirnik klatkowy, 

4 - wentylator, 5 -

kadłub, 6 - uzwojenia stojana

17

Typy silników indukcyjnych ze względu na budowę wirnika

2) pierścieniowe 

Wirnik pierścieniowy: 1 - pierścienie, 2 - szczotki, 

r

P

- rezystory rozruchowe

Wirnik ma uzwojenie 3-

fazowe takie jak stojan. Końce uzwojeń faz wirnika 

są połączone z trzema odizolowanymi od siebie i wału pierścieniami 
mosiężnymi. 

18

Pierścieniowy silnik indukcyjny: 

a

) wygląd zewnętrzny, b) wirnik silnika

19

Eksploatacja silników indukcyjnych trójfazowych

- zmiana kierunku obrotów

Trzeba zmienić zwrot wirowania pola magnetycznego. Realizacja -
zamiana ze sobą dwóch faz (odpowiednie przełączniki).

- regulacja prędkości obrotowej

• zmiana rezystancji w obwodzie uzwojeń wirnika (silniki pierścieniowe)

• zmiana liczby par biegunów

• zmiana częstotliwości sieci zasilającej (przetwornice częstotliwości)

- hamowanie

• mechaniczne

• elektryczne (tzw. praca hamulcowa silnika)

-

odłączenie zasilania stojana i przyłączenie go do źródła napięcia 

stałego, 

-

hamowanie przez przeciwwłączenie (przeciwny kierunek obrotów)

20

background image

2009-10-23

6

Jednofazowy silnik indukcyjny

Zasilanie z jednej fazy   

nie można uzyskać 

wirującego pola magnetycznego. 

Samoczynnie nie powstaje więc moment rozruchowy.

Wirnik będzie się obracał w tę stronę, w jaką nada mu 

się początkowy moment rozruchowy (w tym celu -

dodatkowe uzwojenie rozruchowe).

Najczęstsze zastosowania: napęd sprężarek lodówek, 

napęd pralek.

21

Silniki prądu stałego (komutatorowe)

analogiczne do prądnic prądu stałego

W silniku prądu stałego komutator pełni funkcję odwrotną 
niż w prądnicy: powoduje, że prąd stały dostarczony ze 
źródła napięcia zmienia w wirniku kierunek przepływu. 
Dzięki temu przemienny prąd w wirniku oddziałuje ze 
stałym polem magnetycznym wytwarzanym przez stojan, 
sprawiając że na wirnik zaczyna działać moment 
obrotowy.

22

Rodzaje silników komutatorowych (w zależności od 

sposobu zasilania magneśnicy):

- szeregowy 

używany do napędu urządzeń wymagających 

dużego momentu rozruchowego (np. rozruszniki silników 

spalinowych, napędy dźwigów, tramwajów, lokomotyw)

- bocznikowy 
- szeregowo-bocznikowy
- obcowzbudny
- z magnesami trwałymi 

Kierunek w jakim się obraca silnik zależy od biegunowości 

doprowadzonego napięcia stałego.

23

Silniki komutatorowe prądu przemiennego

Są przeznaczone do zasilania z sieci 

jednofazowej. 
Szerokie zastosowanie w gospodarstwach 

domowych (miksery, odkurzacze, wiertarki).
Charakteryzują się dużą prędkością obrotową.
W większości silniki te można zasilać zarówno 

napięciem stałym, jak i przemiennym.

24