SILNIKI ELEKTRYCZNE PRĄDU ZMIENNEGO

SILNIKI UNIWERSALNE

Silniki uniwersalne są doskonałym wstępem do silników prądu zmiennego, ponieważ w swej uniwersalności łączą w sobie możliwość zasilania zarówno prądem stałym, jak i zmiennym.

W skrócie silnik uniwersalny, zasilany prądem stałym nie różni się niczym od szczotkowego silnika prądu stałego. No może po za tym, że w tym wypadki zawsze stojan zasilany będzie elektrycznie, czyli mamy elektromagnes, a nie magnes stały.

Jeśli ten sam silnik zasilimy prądem zmiennym… w dużym uproszczeniu, w sumie nic więcej nie musimy robić. Dlaczego? Zasilamy prądem zmiennym zarówno stojan jak i wirnik. Obie składowe silnika, zasilane tym samym prądem, będą zmieniały kierunki przepływu prądu w tym samym czasie, tak jak zmiennie płynie on po kablu z elektrowni. Czy na pewno nie spowoduje to zamieszania jeśli chodzi o kierunek obrotu całego wirnika? Nie, dlatego, że podczas zmiany kierunku prądu w stojanie, również kierunek pola magnetycznego zmieni się na przeciwny, a jeśli skorzystamy z reguły lewej dłoni dla obu kierunków przepływu prądu, zobaczymy, że kierunek siły elektrodynamicznej powodującej ruch wirnika nie zmieni się.

Poniżej filmik obrazujący to zjawisko

SILNIKI SYNCHRONICZNE

Silnik synchroniczny, jak wszystkie opisane powyżej, składa się z 2 głównych elementów: wirnika i stojana. W tym wypadku stojan jest częścią zewnętrzną, tworzącą obręcz, a wirnik kręci się wewnątrz tej obręczy.

Stojan zasilany jest prądem trójfazowym zmiennym, wirnik natomiast zasilany jest prądem stałym lub jest magnesem stałym. Tym sposobem mamy znów 2 pola magnetyczne – od stojana i od wirnika. Z poprzednich przykładów wiadomo, że już niewiele brakuje, żeby to wszystko zaczęło działać!  

Zasilanie stojana odbywa się poprzez pary uzwojeń, które tworzą bieguny elektromagnetyczne.  Pole magnetyczne stojana jest zmienne, przez co zmieniają się systematycznie, z częstotliwością płynącego prądu, znaki biegunów na każdym zwoju. Dodajmy do tego jeszcze fakt, że każda para zwojów zasilana jest przez inną fazę (żyłę) prądu, więc znaki biegunów na kolejnych 3 zwojach będą zmieniały się po kolei, przesunięte w fazie tak jak prąd płynący przez poszczególne żyły w prądzie trójfazowym. Możemy powiedzieć, że znaki te zmieniają się w sposób synchroniczny, ustalony, a gdyby sobie to rozrysować lub puścić na filmiku (polecam film w linku poniżej) zobaczymy, że mimo, że sam stojan nie porusza się, to wytwarza on niewidoczne pole magnetyczne, które wiruje. sam Zmieniają się w sposób synchroniczny, przez co można powiedzieć, że pole magnetyczne wiruje synchronicznie.

Ilość par biegunów na stojanie musi równać się ilości par biegunów na wirniku. To taki imperatyw silników synchronicznych. Każdy biegun na stojanie ma swój odpowiednik na wirniku. Kiedy znaki biegunów na stojanie przesuwają się, powinny przesuwać się również bieguny na wirniku, ciągnięte przez swoje odpowiedniki na stojanie (oczywiście o przeciwnym znaku). Niestety jednak przez wzgląd na bezwładność wirnika, zanim do tego magnetycznego „pociągnięcia” dojdzie, już pojawia się biegun o tym samym znaku na stojanie i wirnik znów jest odpychany. Przez co niestety nie będzie mógł się rozruszać.

Dlatego właśnie w budowie silników synchronicznych pojawił się kolejny element, czyli klatka zbudowana z prętów przewodzących wokół wirnika. Każdy pręt oddziela bieguny między sobą.

Opis zdarzeń w skrócie, od naciśnięcia „POWER ON” na naszym wentylatorze czy pompie (czyli w momencie rozruchu urządzenia): najpierw następuje dostarczenie prądu trójfazowego na stojan. Jak już wiemy, wytwarza się wirujące pole magnetyczne. W tym polu magnetycznym (ruchomym) znajdują się pręty klatki zbudowane z przewodnika. Mamy podręcznikowy wręcz przykład indukcji magnetycznej – w prętach zaczyna płynąć prąd, przez co wytwarza się siła elektrodynamiczna i cały wirnik z klatką zaczyna pomału się toczyć. Kiedy wirnik osiągnie odpowiednią prędkość rozruchową, potrzebną, żeby wirnik mógł „zaskoczyć”, pokonał bowiem już swoją bezwładność i odpowiednie bieguny mogą sparować się z wirującymi biegunami stojana, czas włączyć zasilanie prądem stałym na wirniku. Prąd potrzebny do zasilenia i zapewnienia ruchu wirnikowi nazywa się prądem wzbudzenia i jest niewielki, ok. 1% mocy znamionowej wentylatora.

Inną opcją rozruchu wirnika, nieco droższą, jest rozruch częstotliwościowy. Wymaga on zastosowania przemiennika częstotliwości (falownika), dzięki któremu zaczynamy zasilać stojan od niewielkich częstotliwości prądu, powoli je zwiększając, dzięki czemu wirnik ma szansę „nadążyć” za zmianami biegunów i zacząć się kręcić synchronicznie z polem magnetycznym stojana. W przypadku wirnika wyposażonego w magnes stały rozruch za pomocą falownika jest tak naprawdę koniecznością.

Podsumowując powyższe, silnik synchroniczny był dość prosty w swej budowie i idei, dopóki nie pojawił się problem związany z jego rozruchem, a konkretnie z bezwładnością wirnika. Jest to też największa wada tych silników – skomplikowany i długi rozruch.

Niewątpliwą za to zaletą takich silników jest ich stała, niezależna od obciążenia prędkość obrotowa oraz duża sprawność. Wobec czego takie silniki nadają się świetnie do dużych urządzeń takich jak np. wentylatory oddymiające. 

https://silnikielektryczne.prv.pl/html/ac_-_wprowadzenie.html

SILNIKI ASYNCHRONICZNE (INDUKCYJNE) – SILNIK AC

Jeśli jakiś silnik elektryczny w branży wentylacyjnej i nie tylko zasługuje na miano gwiazdy, jest to właśnie silnik asynchroniczny. Nie tylko został wymyślony przez gwiazdę nauki Nikolę Teslę, ale mając ponad 100 letnią historię dane statystyczne pokazują, że około 50% energii elektrycznej obecnie na Ziemi zużywana jest właśnie na te silniki.

Te informacje robią wrażenie. No więc poznajmy lepiej te silniki, z którymi stykamy się w codziennej pracy zawodowej.

Nazwa tego silnika w bezpośredni sposób nawiązuje do poprzednio opisywanego silnika synchronicznego. Jakie są więc różnice?

Paradoksalnie silnik asynchroniczny ma prostszą budowę niż jego synchroniczny kuzyn. Jak każdy silnik elektryczny składa się ze stojana i wirnika. Stojan tworzy wydrążony walec, którego ściany od wewnątrz pokrywają wyżłobienia zwane żłobkami, w których zlokalizowano uzwojenia stojana dla lepszego ich odizolowania od siebie. Przez uzwojenia przepływać będzie prąd zmienny trójfazowy, co jak widzieliśmy przy okazji wentylatorów asynchronicznych spowoduje powstanie wirującego pola magnetycznego (naprawdę obrazowo przedstawiono to na filmie, do którego link poniżej).

Wirnik w tym wypadku jest uproszczoną wersją wirnika silnika synchronicznego – nie mamy tu magnesu, a jedynie klatkę, która w silniku synchronicznym służyła rozdzieleniu pojedynczych biegunów. Wirnik w praktyce więc jest przypominającą walec klatką z podłużnymi prętami osadzoną na trzpieniu.

Mamy więc ruchome pole magnetyczne od stojana i pręty z przewodnika umieszczone w tym polu – idealne warunki dla indukcji elektromagnetycznej, i zgodnie z prawem Lorentza, powstania siły elektrodynamicznej. Zaczyna się więc ruch obrotowy wirnika. Tak, jest to dokładnie ten sam mechanizm, który stosuje się do rozruchu silników synchronicznych. Tylko w tym wypadku nie mamy magnesu w wirniku. Klatka wirnika przesuwa się więc cały czas napędzana siłą elektrodynamiczną wytworzoną przez wirujące pole magnetyczne. Im szybciej się kręci względem otoczenia, tym mniejsza jest różnica prędkości między polem magnetycznym a klatką. Wobec tego zmniejsza się też oddziaływanie pola magnetycznego na pręty klatki i prędkość obrotowa całego wirnika zmniejsza się. Ustali się ona gdy osiągnie minimalną prędkość wymaganą do ruszenia wirnika z miejsca. Fachowo można powiedzieć, że stanie się tak, gdy moment elektromagnetyczny zrównoważy moment obciążenia wirnika.    

Prędkość w sytuacji tej równowagi nazywa się właśnie prędkością asynchroniczną. Zwykle jest ona niewiele mniejsza niż prędkość synchroniczna (czyli równa prędkości wirowania pola magnetycznego). Jednak ta różnica zawsze jest i umożliwia ruch silnika. Różnica tych prędkości (wyrażona jako stosunek) nazywa się poślizgiem, który mieści się w zakresie 0-1.

Rozruch i sterowanie silnikiem asynchronicznym daje szerokie pole do popisu dla automatyków i producentów urządzeń wentylacyjnych, dlatego poświęcę temu osobny wpis.

Do niewątpliwych zalet silnika asynchronicznego można zaliczyć jego prostą budowę, która wpływa na cenę wg prostego przełożenia – prosty-tani.  Mają bardzo wysoką sprawność i jak wspomniałam wcześniej, szerokie możliwości rozruchu. Podobnie jak silniki synchroniczne mogą osiągać duże moce.

https://silnikielektryczne.prv.pl/html/asynchroniczne.html

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *