Wstęp
Silniki elektryczne są odpowiedzialne za przekształcenie energii elektrycznej w energię mechaniczną. Jest to ważne urządzenie w przemyśle elektronicznym i mechanicznym, ponieważ odgrywa istotną rolę w konstruowaniu wielu urządzeń elektronicznych, narzędzi i maszyn. Ten artykuł będzie przewodnikiem początkującym po świecie silników elektrycznych, ponieważ będzie szukał różnych rodzajów silników elektrycznych, zastosowań i wielu innych.
Co to są silniki elektryczne?
Silniki elektryczne to urządzenia, które przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną, zwykle wykorzystując zasadę elektromagnetyczną. Większość silników elektrycznych pracuje przez interakcję pola magnetycznego silnika i prądów elektrycznych ruszonych wokół drutu w celu wytworzenia siły w postaci momentu obrotowego dostarczonego na wale silnikowym.
Silniki elektryczne mogą być napędzane dostawami prądu stałego (DC), takimi jak prostowniki lub akumulatory lub zaopatrzenie prądu naprzemiennego (AC), takie jak generatory elektryczne, siatki zasilające lub falowniki. Silniki elektryczne można klasyfikować na podstawie ich zasilania, konstrukcji, zastosowania i rodzaju wyjściowej ruchu.
Kluczowe elementy silników elektrycznych
Silnik elektryczny ma różne części, ale kluczowe elementy to:
- Łożyska silnika elektrycznego: Rotor obraca się na osi dzięki wsparciu łożysk z obudowy silnika. Rotor obraca się na osi dzięki wsparciu łożysk z obudowy silnika.
- Rotor silnika elektrycznego: Rotor jest składnikiem silnika, który porusza i generuje energię mechaniczną. Zasadniczo trzyma przewody przenoszące prąd, a pole magnetyczne stojana nakłada siłę do obracania wału.
Jednak inne wirniki mają stałe magnesy, a stojan trzyma przewody. Stałe magnesy zapewniają wysoką wydajność w większym zakresie mocy i prędkości pracy.
Różnica powietrza między wirnikiem a stojanem pozwala mu się kręcić. Oddech luki ma istotny wpływ na właściwości elektryczne silnika. Zazwyczaj jest tak mały, jak to możliwe, ponieważ duża luka może powodować słabą wydajność. Silniki elektryczne działają o niskim współczynniku mocy przede wszystkim ze względu na ich projekt.
- Stojan elektryczny:Stownik otacza wirnik i mieści magnesy polowe. Magnesy te mogą być albo elektromagnetami, które składają się z przewodów rannych na żelaznym rdzeniu ferromagnetycznym lub magnesom stałym. Generują pole magnetyczne, które porusza się przez uzwojenie wirnika, wywierając na niego siłę. Żelazny rdzeń stojaka zawiera wiele cienkich metalicznych arkuszy z izolacją, zwaną laminatami. Laminacje zmniejszają utratę energii, która występuje, jeśli stosuje się stały rdzeń.
- Armatura silnika elektrycznego: Armatura jest wykonana z drutu rannego na rdzeniu ferromagnetycznym. Gdy prąd elektryczny przepływa przez drut, tworzy pole magnetyczne, które wywiera siłę Lorentza na drut, powodując obracanie i dostarczanie mechanicznego wyjściowego wirnika. Cewki drutu są owinięte wokół laminowanego żelaznego rdzenia, aby tworzyć bieguny magnetyczne, gdy są dostarczane z prądem.
- Komutator silników elektrycznych: Komutator to przełącznik obrotowy, który okresowo odwraca prąd w uzwojeniu wirnika, gdy wałek obraca się, dostarczając naprzemiennie lub prąd stały do wirnika. Składa się z cylindra wykonanego z wielu metalowych sekcji kontaktowych na tomie. Kontakty elektryczne znane jako szczotki są wykorzystywane do przenoszenia prądu elektrycznego do wirnika. Szczotki te wykonane są z miękkiego materiału przewodnika, takiego jak węgiel, który jest wciśnięty do komutatora. Gdy wirnik obraca się, szczotki tworzą przesuwane styki z każdą kolejną sekcją komutatora, dostarczając prąd do wirnika. Dodatkowo uzwojenia drutu wirnika są podłączone do sekcji komutatorów.
Rodzaje silników elektrycznych
Istnieje kilka rodzajów silników elektrycznych i wszystkie różnią się tym, w jaki sposób przewodniki i pole są rozmieszczone, a także kontrolą, którą można ćwiczyć nad wyjściami mechanicznymi, momentem obrotowym, prędkością i pozycją. Niektóre z głównych rodzajów silników elektrycznych omówiono poniżej.
- Silniki DC
Silnik DC to każda maszyna obrotowa, która przekształca energię elektryczną z prądu stałego (DC) w energię mechaniczną. Silniki DC były powszechnie używane, ponieważ mogą być zasilane przez systemy oświetlenia prądu stałego. Prędkość silnika DC może być kontrolowana w szerokim zakresie przez zmienne zasilanie napięcia lub zmieniając wytrzymałość prądu w uzwojeniu pola.
Małe silniki DC są używane w urządzeniach takich jak narzędzia i zabawki, podczas gdy duże są używane do napędu wind i wciągników, pojazdów elektrycznych i napędów do walcowych młynów dla stali.
- Silniki AC
Silnik prądu przemiennego to silnik elektryczny, który działa na naprzemiennym prądu. Ma zewnętrzny stojan z cewkami, które tworzą pole magnetyczne. Wewnętrzny wirnik jest przymocowany do wału, aby utworzyć drugie obracające się pole magnetyczne.
Istnieją dwa podstawowe typy silników AC: silniki synchroniczne i indukcyjne. Silnik indukcyjny lub asynchroniczny opiera się wyłącznie na niewielkiej różnicy prędkości między prędkością wału wirnika a stojanem wirującym pole magnetycznym zwanym poślizgiem, co powoduje prąd wirnika w uzwojeniu prądu przemiennego wirnika.
- Silniki 12V
Silnik 12 V DC jest niedrogi i mały, ale wystarczająco mocny, aby można go było używać w wielu aplikacjach. Silniki 12 V DC są zwykle bezszczotkowe i mogą działać bez użycia szczotek do przesuwania prądu elektrycznego. Unikalną właściwością silnika DC 12 V jest napięcie robocze.
- Silniki krokowe
Silnik krokowy, zwany również silnikiem krokowym, jest urządzeniem elektromechanicznym, które przekształca impulsy elektryczne w precyzyjne ruchy mechaniczne. Bezszczotkowy silnik DC dzieli całkowitą rewolucję na kilka równoważnych kroków. Charakteryzuje się przekształceniem szeregu impulsów wejściowych kwadratowych w dokładnie zdefiniowane przyrosty w pozycji obrotowej wału.
Silnik krokowy zawiera elektromagnety zębate otaczające środkowy wirnik, który jest żelaznym kawałkiem w kształcie przekładni. Mikrokontroler lub zewnętrzny obwód sterownika zasila elektromagnety.
- Silniki przemysłowe
Przemysłowe silniki elektryczne przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną, wytwarzając siłę obrotową lub liniową. Chociaż prądy DC zasilają niektóre silniki przemysłowe, często są one zasilane przez naprzemienne zapasy prądu (AC), takie jak siatki energetyczne lub generatory.
Składniki silnika przemysłowego obejmują wirnik, stojan, cewkę, szczelinę powietrzną i komutator. Inne rodzaje silników, które musisz wiedzieć, to silniki jednofazowe, silniki serwo, silniki 3-fazowe, silniki elektryczne 2 KM, silniki elektryczne 1 KM i silniki bezszczotkowe.
Zastosowania silników elektrycznych
Silniki elektryczne są używane głównie w różnych aplikacjach, takich jak wentylatory i narzędzia maszynowe, pompy, alternatory, elektronarzędzia, przeprowadzki, sprężarki, turbiny, młynki, statki i młyny papierowe.
Silnik elektryczny jest ważny w różnych zastosowaniach, takich jak ogrzewanie prądu przemiennego wysokiego napięcia, sprzęt chłodzenia i wentylacyjny, pojazdy silnikowe i urządzenia domowe.
Standaryzowane silniki zapewniają odpowiednią energię mechaniczną do użytku przemysłowego. Aplikacje obejmują narzędzia maszynowe, elektronarzędzia, wentylatory przemysłowe, dmuchawki i pompy, urządzenia gospodarstwa domowego, pojazdy i kierowców dysków.
Małe silniki są powszechnie stosowane w zegarkach elektrycznych, podczas gdy hamowanie regeneracyjne jest często wykorzystywane w silnikach trakcyjnych. Silniki elektryczne są wykorzystywane do hamowania regeneracyjnego w silnikach trakcyjnych w odwrotnej części jako generatory odzyskujące energię, które w przeciwnym razie mogą zostać utracone z powodu tarcia i ciepła.