Podstawy elektroniki i elektrotechniki - silniki

Maszyna elektryczna to urządzenie elektryczne przetwarzające energię. Cechą charakterystyczna maszyn jest to, że przemiany energii odbywają się za pośrednictwem pola magnetycznego przy udziale ruchu. Rodzaje maszyn –prądnice(zamieniają energię mechaniczną w elektryczną) – silniki (zamieniają energię elektryczną na mechaniczna) Podstawowe elementy maszyn 1)Stojan – część nieruchoma maszyny a)jarzmo lub rdzeń –są częścią nieruchomą obwodu magnetycznego, mają uzwojenia rozmieszczone w żłobkach lub nałożone na nabiegunnikach. b) kadłub c) tarcze łożyskowe i łożyska d)szczotkotrzymacze i szczotki 2) Wirniki – część ruchoma maszyny a) obwód magnetyczny tzw. Rdzeń – stanowi część ruchomą obwodu magnetycznego, w żłobkach rozmieszczone uzwojenia b) wał c) pierścienie ślizgowe lub komutator. Sprawność jest to stosunek mocy mechanicznej użytecznej na wale wirnika do mocy elektrycznej dostarczonej do silnika. Silniki indukcyjne to silniki, których napięcie do obwodu wirnika nie jest doprowadzane z zewnątrz lecz pojawia się wyniku indukcji elektromagnetycznej. Stojan wytwarza pole wirujące kołowe. Pole to indukuje w uzwojeniach wirnika napięcie, a ponieważ są one zwarte to płynie w nich prąd. Na uzwojeniach wirnika z powodu działa siła elektromagnetyczna, a działając na przeciwległe boki zwojów w kierunkach przeciwnych daje moment elektromagnetyczny obrotowy. Wirnik w czasie normalnej pracy nie osiąga prędkości synchronicznej, ze wzrostem prędkości wirnika, maleje napięcie indukowane, w uzwojeniach zmniejsza się prąd i moment.

Poślizg jest to różnica między prędkością wirowania pola i prędkością wirnika odniesioną do prędkości wirowania pola. S=n1-n/n1[%] n1 – prędkości synchroniczna pola, n – prędkość wirnika. Maszyna synchroniczna to maszyna prądu przemiennego, której wirnik w stanie ustalonym obraca się z taką samą prędkością, z jaką wiruje pole magnetyczne. Budowa maszyn 1)stojan ma rozmieszczone w żłobkach na obwodzie uzwojenie jednofazowe lub trójfazowe 2) wirnik (magneśnica) wytwarza stałe pole magnetyczne, może stanowić magnes trwały lub elektromagnes. Zasada działania silnika zasilanie stojana z sieci trójfazowej powoduje powstanie wirującego pola magnetycznego. Pole to oddziaływuje z polem wirnika powodując ze wirnik obraca się z prędkością wirowania pola. Właściwości silnika prędkość silnika nie zależy od obciążenia. Mają skomplikowany rozruch, są drogie. Zastosowanie silników napęd maszyn wyciągowych, sprężarek, magnetofonów.

Transformator to urządzenie elektryczne zamieniające energie elektryczną określonej wartości w energię elektryczną o innej wartości napięcia, ale takiej samej częstotliwości. Zasada działania transformatora oparta jest na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Jeżeli do uzwojenia pierwotnego doprowadzamy napięcie przemienne o wartości U1 to w uzwojeniu tym popłynie prąd I1 wywołując przemienny strumień magnetyczny, który zamykając się przez rdzeń transformatora indukuje w uzwojeniu wtórnym napięcie U2 proporcjonalne do liczby zwojów tego uzwojenia. Budowa transformatorów: Rdzenie – wykonywane są z materiałów magnetycznie miękkich blach żelowoniklowych, żelowokobaltowych lub ferrytów.
– KSZTAŁTOWE

- ZWIJANE – uzyskuje się zwijając taśmy magnetyczne na odpowiednich szablonach, które się następnie wyrabia i klei a następnie przycina. – Ferrytowe – w kształcie pierścieni, 2 Uzwojenia nawinięte izolowanym przewodem z papieru bakielizowanego lub tworzyw sztucznych. Poszczególne warstwy izolowane od siebie. Bardzo dokładnie izoluje się od siebie uzwojenie pierwotne i wtórne.

Sprawność transformatora jest to stosunek mocy czynnej wytwarzanej przez transformator P2 do mocy czynnej P1 pobieranej ze źródła. Straty w rdzeniu wynikają z przemagnesowywania rdzenia i prądów wirowych (płynących pod wpływem napięcia indukowanego przez zmienny strumień magnetyczny). Straty w uzwojeniach związane z przepływem prądu przez uzwojenia. Transformatory specjalne autotransformator(transformator regulacyjny, w którym wartość napięcia wtórnego zmienia się przez zmianę przekładnika(przekładniki służą do pomiarów dużych prądów i napięć) a) przekładniki prądowe, b) przekładniki napięciowe. Pole wirujące kołowe wytwarzają trzy uzwojenia rozłożone na obwodzie stojana i zasilane z sieci trójfazowej. Pole to ma stałą wartość strumienia i wiruje z prędkością zależną od częstotliwości napięcia zasilającego stojan. Prędkość tą nazywa się prędkością synchroniczną. N1=60f1/Pb Pb –liczba par biegunów magnesów.
Budowa maszyn indukcyjnych STOJAN ma rdzeń złożony z pakietu blach, w żłobkach ma rozmieszczone uzwojenie trójfazowe. WIRNIK ma na wale osadzony rdzeń w formie polietu. Z blach ferromagnetycznych w żłobkach rdzenia rozmieszczone są: a)w silniku klatkowym-pręty aluminiowe, mosiężne, brązowe lub miedziane zwarte czołowo pierścieniami. b) w silniku pierścieniowym –uzwojenia trójfazowe, którego początki są połączone, a końce przyłączone do trzech pierścieni usadzonych na wale, na którym spoczywają szczotki wyprowadzone na zewnątrz.

Właściwości silnika: prędkość obrotowa wirnika zależy od obciążenia, prąd rozruchowy silników jest dość duży, duże silniki wymagają dodatkowych urządzeń rozruchowych, prędkość obrotową można regulować przez zmianę rezystancji obrotu wirnika, zmianę wartości lub częstotliwości napięcia zasilającego stojan, silniki mają dość prostą budowę i są stosunkowo tanie. Silniki jednofazowe mają wirniki klatkowe a w stojanie rozłożone uzwojenie jednofazowe, ponieważ tak wykonane uzwojenie wytwarza pole przemienne, aby wytworzyć pole zbliżone do kołowego uzwojenie to dzieli się na dwie części. Uzwojenie 2/3 obwodu, faza, uzwojenie rozruchowe nawinięte na pozostałej części obwodu ma własna dodatkową pojemność lub rezystancje. Silniki indukcyjne są stosowane do napędu większości maszyn roboczych w przemyśle ciężkim, a silniki jednofazowe do napędu urządzeń gospodarstwa domowego, urządzeń rolniczych rolniczych przemyśle lekkim.

Maszyna synchroniczna to maszyna prądu przemiennego, której wirnik w stanie ustalonym obraca się z taka samą prędkością, z jaką wiruje pole magnetyczne. Budowa maszyny synchronicznej stojan ma rozmieszczone w żłobkach na obwodzie uzwojenia jednofazowe lub trójfazowe, wirnik wytwarza stałe pole magnetyczne, może stanowić magnes trwały lub elektromagnes. Maszyny prądu zmiennego wykorzystują stałe pole magnetyczne Budowa Stojan- ma jarzmo w postaci odlewu żelaznego, jest częścią obwodu magnetycznego i elementów konstrukcyjnych. Do jarzma przymocowane są bieguny główne z nabiegunnikami, na biegunach umieszczone jest uzwojenie w postaci cewki. Wirnik – ma rdzen złozony z pakietu blach, wego żlobkach rozmieszczone jest uzwojenie, uzwojenia połaczone sa z komutatorem pionowo. Złozonym z wielu izolowanych od siebie wycinków miedzianych. Zasada działania Pradnica – uzwojenie biegunów głownych(wzbudzenia)wytwarza stale pole magnetyczne. Jeżeli wirnik jest napędzany to w jego uzwojeniach indukuje się siła elektromagnetyczna, która jest wyprowadzana na zewnatrz za pośrednictwem pierścienia i szczotek. Silnik – uzwojenie urzadzenia wytwarza stale pole magnetyczne. Do uzwojenia wirnika za pośrednictwem szczotek i komutatora doprowadza się napiecia w wyniku oddziaływania pola magnetycznego. Stojan do uzwojenia wirnika z pradem dziala sila elektromagnetyczna dajaca moment obrotowy.

Mikromaszyny elektryczne to maszyny małej mocy nie przekraczajace 1100W. Podział 1) Mikromaszyny powszechnego zastosowania(naped sprzętu gospodarstwa domowego i maych recznych narzedzi) 2)elementy maszynowe, elementy automatyki(silniki wykonawcze i przetworniki pomiarowe) 3)mikromaszyny specjalne (stanowia wyposażenie pojazdow mechanicznych, stosowane sa SA lotnictwie w sprzecie informatycznym i medycznym) Zastosowanie mikromaszyn 1) Silniki pradu stalego –urzadzenia do zapisu i odczytywania, zabawki mechaniczne, osprzęt samochodowy, urzadzenia pomiarowe.2)Silniki indukcyjne jednofazowe- naped wetylatorkow, szczoteczki do zebow3)Silniki jednofazowe komutatorowe- naped odkurzaczy, młynkow, robotow kuchennych. 4) Silniki synchroniczne-stosowane jako silniki wykonawcze w układach automatyki.