• 28 listopada 2022

Mechanizm elektromechaniczny, który przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną jest znany jako silnik elektryczny. Innymi słowy, silnik jest urządzeniem, które wytwarza siłę obrotową. Wzajemne oddziaływanie pola magnetycznego i elektrycznego jest kluczowe dla działania silnika elektrycznego, zwłaszcza w urządzeniach bezprzewodowych, takich jak wiertarki akumulatorowe.

Spis treści hide 1 Ewolucja silników elektrycznych 2 Generatory i silniki 3 Jak działają silniki elektryczne 4 Silniki elektryczne różnych typów 5 Bezszczotkowe i szczotkowe silniki prądu stałego: 6 Silnik elektryczny o stałej prędkości 7 Silniki dwubiegowe 8 Co to jest prędkość obrotowa (RPM)? 9 Co to jest moment obrotowy elektronarzędzia? 10 Jaka jest różnica między prędkością obrotową a momentem obrotowym?

Ewolucja silników elektrycznych

Michael Faraday, brytyjski fizyk, jest uważany za jednego z najbardziej znaczących spośród licznych XIX-wiecznych naukowców, którzy przyczynili się do odkrycia i rozwoju silników elektrycznych. W 1821 r. Faraday osiągnął udany obrót drutu przy użyciu magnesu i pola magnetycznego wytworzonego przez prąd elektryczny. W 1831 r. opracował prawo indukcji magnetycznej, co utorowało drogę do znacznego postępu w dziedzinie silników elektrycznych i generatorów.

???? Z biegiem czasu powstało wiele dodatkowych form silników elektrycznych, jak również konstrukcji, które można nazwać klasycznym silnikiem prądu stałego.

Praktyczny silnik elektryczny nie został wynaleziony, lecz odkryty w 1872 r., kiedy to jeden z generatorów wystawionych na wystawie światowej w Wiedniu zaczął obracać się samodzielnie po niezamierzonym podłączeniu do innego generatora. Doprowadziło to do uświadomienia sobie, że te same zasady, które stosowano w generatorach, można zastosować również w silnikach. W XX wieku generatory stały się filarem wielu branż dzięki szybkiemu wzrostowi ich praktycznego zastosowania.

Schemat silnika elektrycznego

Generatory i silniki

Generatory zamieniają energię mechaniczną na elektryczną, podczas gdy silniki elektryczne zamieniają energię elektryczną na obrót i różne rodzaje energii mechanicznej.

Pomimo przeciwstawnych zadań, silniki i generatory mają wiele wspólnego pod względem budowy i działania. Tak naprawdę wystarczy prosty eksperyment z dwoma modelami silników sprzężonych ze sobą, aby pokazać, że silnik elektryczny może również działać jako generator.

Te dwa rodzaje maszyn były tradycyjnie projektowane niezależnie od siebie ze względu na odmienny sposób ich zastosowania.

Jak działają silniki elektryczne?

Silniki elektryczne generują rotacyjną siłę mechaniczną w tworniku - umieszczonym na wirniku lub stojanie - wokół wału, wykorzystując prąd elektryczny do wytworzenia wirującego pola magnetycznego. Aby przekształcić energię elektryczną w intensywne impulsy siły i wytworzyć dynamiczne stopnie prędkości lub mocy, wiele konstrukcji silników wykorzystuje te same podstawowe założenia.

Komponenty silnika

Silniki elektryczne różnią się formą i rodzajem, ale wiele z nich składa się z następujących części i zespołów (zaczynając od środka i wychodząc na zewnątrz):

✅ Uzwojenia✅
Centralny wał silnika✅
Łożyska kulkowe i wałeczkowe (
w
celu zmniejszenia tarcia i zużycia
)✅ Szczotki (w silnikach prądu stałego


)✅



Zaciski (umieszczone na wirniku, części obrotowej, lub na stojanie, części nieruchomej)✅








Przemysłowe zastosowania silników elektrycznych✅
Rama i osłony końcowe





.

Silniki elektryczne są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań w przemyśle. Poniżej znajdują się przykłady typowych zastosowań przemysłowych:

✅ Ciężkie maszyny✅
Systemy HVAC✅
Kruszarki✅
Pompy✅
Tokarki✅
Sprężarki✅
Wentylatory i dmuchawy





. Silnik elektryczny sekcyjny

Silniki elektryczne różnych typów

Silniki elektryczne są dostępne w różnych wersjach, o różnych charakterystykach pracy i bezpieczeństwa, ale można je podzielić na dwa rodzaje: prądu zmiennego (AC) i prądu stałego (DC).

Chociaż źródło zasilania jest najbardziej zauważalną różnicą pomiędzy tymi dwoma typami silników, każdy z nich ma swój własny zestaw cech i zastosowań. Silniki AC są w stanie napędzać bardziej skomplikowane i delikatne urządzenia, podczas gdy silniki DC są zazwyczaj używane do zasilania większych urządzeń, które wymagają mniej konserwacji i kontroli. Ponieważ silniki AC mogą wytwarzać większy moment obrotowy, wielu ludzi z branży uważa, że są one bardziej wydajne niż silniki DC.

Silnik AC

Prąd zmienny jest przekształcany w energię mechaniczną przez silnik prądu zmiennego. Silniki indukcyjne, silniki synchroniczne i silniki liniowe to trzy rodzaje silników. Silniki AC są najczęściej używane w biznesie, ponieważ oferują różne korzyści:

  • Są proste w konstrukcji
  • Są bardziej ekonomiczne dzięki niższemu zużyciu energii podczas rozruchu
  • Są również bardziej wytrzymałe i dlatego generalnie mają dłuższą żywotność
  • Wymagają niewielkiej konserwacji
  • Są proste w budowie

Silniki trójfazowe jednofazowe i trójfazowe to dwa rodzaje silników trójfazowych:

Silniki jednofazowe mają następujące właściwości:

  • Moment obrotowy jest określany przez moc elektryczną (w kW).
  • Liczba biegunów decyduje o prędkości obrotowej.
  • Sposób mocowania: kołnierz (B14, B5) lub wsporniki (B3).
  • Kompetencje
  • Ponieważ są mniej wytrzymałe, są mniej przemysłowe
  • Mogą być podłączone do domowej sieci energetycznej

Silniki trójfazowe charakteryzują się następującymi cechami:

  • Konstrukcja, która może przenosić znacznie większą moc elektryczną niż silnik zasilany napięciem jednofazowym
  • Zastosowanie w warunkach przemysłowych (około 80 procent)
  • Zastosowanie w infrastrukturze i urządzeniach, które wymagają dużej ilości energii elektrycznej

Silnik prądu stałego

Silnik prądu stałego to mechanizm, który przekształca energię elektryczną prądu stałego w energię mechaniczną. Jego działanie opiera się na podstawowym założeniu, że gdy przewodnik przewodzący prąd jest umieszczony w polu magnetycznym, działa na niego siła i generowany jest moment obrotowy. Silniki prądu stałego są również bardzo rozpowszechnione w warunkach przemysłowych, ponieważ w zależności od formatu (patrz kwestia silników bezszczotkowych), oferują one znaczne korzyści:

???? Są precyzyjne i szybkie

???? Ich prędkość może być regulowana poprzez zmianę napięcia zasilania

???? Są proste w instalacji, nawet w systemach mobilnych (zasilanych bateryjnie)

???? Moment rozruchowy jest bardzo duży

???? Szybko ruszają, zatrzymują się, przyspieszają i cofają

Zalety silników AC vs. DC

Każdy typ silnika ma swój własny zestaw zalet, które czynią go idealnym do różnych zastosowań komercyjnych i przemysłowych. Silniki AC, na przykład, są wszechstronne i proste w użyciu. Poniżej przedstawiono niektóre z ich dodatkowych zalet:

  • Niskie wymagania dotyczące mocy początkowej, które zabezpieczają komponenty odbiorcze
  • Sterowalne poziomy prądu początkowego i przyspieszenia
  • Dodatki VFD lub VSD, które mogą regulować prędkość i moment obrotowy w różnych fazach użytkowania
  • Większa trwałość i żywotność
  • Możliwości konfiguracji wielofazowej

Silniki prądu stałego posiadają własny zestaw zalet, w tym:

- Instalacja i konserwacja są łatwiejsze.
- Wysoka moc początkowa i moment obrotowy-
Szybki rozruch, zatrzymanie i czas reakcji na przyspieszenie-
Dostępność w wielu standardowych napięciach


Który silnik jest mocniejszy, AC czy DC?

Silniki AC są zazwyczaj uważane za mocniejsze niż silniki DC, ponieważ mogą wytworzyć większy moment obrotowy przy wyższym natężeniu prądu. Z drugiej strony, silniki prądu stałego są bardziej wydajne i lepiej wykorzystują energię wejściową. Silniki AC i DC są dostępne w różnych rozmiarach i mocach, aby zaspokoić potrzeby energetyczne każdej firmy.

Silnik szczotkowy a silnik bezszczotkowy

Bezszczotkowe i szczotkowe silniki prądu stałego:

Silniki szczotkowe i silniki bezszczotkowe to dwa najbardziej rozpowszechnione rodzaje silników prądu stałego (lub silników BLDC). Silniki szczotkowe DC, jak sugeruje ich nazwa, posiadają szczotki, które są wykorzystywane do komutacji silnika i powodują jego obrót. Sterowanie elektroniczne zastępuje mechaniczną funkcję komutacji w silnikach bezszczotkowych. Szczotkowy lub bezszczotkowy silnik prądu stałego może być wykorzystany w wielu zastosowaniach. Działają one na tej samej zasadzie co cewki i magnesy stałe, jeśli chodzi o przyciąganie i odpychanie. Oba mają zalety i wady, które mogą skłonić Cię do wyboru jednego z nich, w zależności od potrzeb Twojej aplikacji.

Szczotkowy silnik elektryczny

Szczotka węglowa może być jednym z poniższych elementów: Zbudowana jest z jednego lub więcej atomów węgla. W zestawie znajduje się jeden lub więcej boczników i zacisków.

???? Szczotki są wykonane z pięciu różnych rodzin gatunków szczotek. Każda z nich jest dostosowana do konkretnych potrzeb i ma swoją własną metodę produkcji.

Każdy specjalista w dziedzinie sterowania ruchem powinien być w stanie odróżnić szczotkowe i bezszczotkowe silniki prądu stałego. Dawniej silniki szczotkowe były dość powszechne. Chociaż bezszczotkowe silniki prądu stałego całkowicie je zastąpiły, właściwy silnik prądu stałego jednego lub drugiego typu może znacznie zwiększyć wydajność projektu.

✅ Poniżej przedstawiono główne elementy składowe szczotkowego silnika prądu stałego:

  1. Stator - obudowa z magnesem trwałym.
  2. Armatura to wirnik z szeregiem zainstalowanych na nim elektromagnesów. Wewnątrz stojana wiruje on swobodnie.
  3. Komutator - metalowy pierścień przymocowany do wału twornika jest znany jako komutator.
  4. Szczotki - Aby utrzymać przepływ energii elektrycznej do cewek twornika, płyty węglowe pozostają w kontakcie z komutatorem.

✅ Zalety szczotkowego silnika prądu stałego

  1. Ogólne koszty budowy są niskie.
  2. Przebudowa jest powszechnym sposobem przedłużenia żywotności produktu.
  3. Prosty i tani sterownik
  4. W przypadku stałej prędkości obrotowej nie jest wymagany żaden sterownik.
  5. Idealny do zastosowania w trudnych warunkach pracy

✅ Wady szczotkowego silnika prądu stałego

  1. Mniejsza efektywność
  2. Hałas elektryczny: Ruch przełączający komutatorów powoduje duży hałas elektryczny i elektromagnetyczny poprzez ciągłe tworzenie i zrywanie połączeń indukcyjnych.
  3. Trwałość: Szczotki i komutatory zużywają się, ponieważ są w stałym, bezpośrednim kontakcie z wałem.

Zastosowania szczotkowego silnika prądu stałego

W produktach domowych i samochodach, szczotkowe silniki prądu stałego są nadal szeroko stosowane. Mają one również dużą popularność w przemyśle ze względu na możliwość zmiany stosunku momentu obrotowego do prędkości obrotowej, co jest możliwe tylko w przypadku silników szczotkowych.

Bezszczotkowy silnik elektryczny

Silniki bezszczotkowe przezwyciężają wiele wad silników szczotkowych, łącząc w sobie wyższą moc wyjściową, mniejszy rozmiar i wagę, lepsze odprowadzanie ciepła i wydajność, szerszy zakres prędkości pracy oraz wyjątkowo niski poziom hałasu elektrycznego. Silniki bezszczotkowe nie posiadają połączeń elektrycznych, które mogłyby ulec zużyciu, co przekłada się na większą niezawodność i krótsze okresy między konserwacjami w zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych.

Wiertarka akumulatorowa

Bezszczotkowe silniki prądu stałego Zalety:

W porównaniu z silnikami szczotkowymi, silniki bezszczotkowe oferują szereg korzyści:

  • Bezszczotkowe silniki prądu stałego mają dobre liniowe właściwości mechaniczne, co pozwala na duży zakres prędkości, bezstopniową regulację prędkości i szeroki zakres prędkości;
  • Doskonała charakterystyka momentu obrotowego, dobra charakterystyka momentu obrotowego przy średnich i niskich prędkościach obrotowych, duży moment początkowy i niski prąd rozruchowy; wysoka przeciążalność
  • Miękki start i stop, dobra charakterystyka hamowania; oryginalny mechaniczny lub elektromagnetyczny mechanizm hamulcowy może być zachowany
  • Bezszczotkowe silniki prądu stałego nie mają strat wzbudzenia w porównaniu do silników prądu przemiennego, a nie straty tarcia szczotki i nie iskry w porównaniu do szczotkowanych silników prądu stałego.
  • Wysoka niezawodność, stabilność, elastyczność i łatwość konserwacji
  • Kompaktowe wymiary, niska waga i duża wydajność
  • Odporność na wstrząsy i wibracje, niski poziom hałasu, niski poziom wibracji, płynna praca, długa żywotność

Wady silnika bezszczotkowego

Tak jak wiele zalet mają silniki bezszczotkowe, tak wiele wad mają również silniki bezszczotkowe:

  • Koszt: Silniki bezszczotkowe mają wiele wad, z których wszystkie wynikają z ich większej złożoności konstrukcyjnej. Aby zapewnić odpowiednią sekwencję ładunku w cewkach stojana, silniki BLDC wymagają sterownika przełączającego. Zwiększa to koszty produkcji, co znajduje odzwierciedlenie w wyższych kosztach początkowych.
  • Komplikacja: Zwiększanie złożoności zwiększa ryzyko awarii. Nie udało nam się znaleźć żadnych badań porównujących awaryjność elektronarzędzi szczotkowych i bezszczotkowych, chociaż często zakłada się, że bardziej skomplikowany sprzęt jest bardziej narażony na awarię.

Silnik elektryczny o stałej prędkości

Istnieje kilka różnych typów silników o stałej prędkości obrotowej. Wybierając spośród szerokiej gamy produktów, należy pamiętać o zastosowaniu, wymaganych funkcjach, mocy wyjściowej itd. Proces wyboru silnika i głowicy przekładniowej powinien rozpocząć się od dokładnego zbadania specyfikacji silnika, aby upewnić się, że wybrany silnik spełnia wymagania aplikacji. To, czego potrzebujesz, aby rozpocząć swój wybór, to kilka faktycznych i użytecznych informacji na temat silników. Silnik elektryczny o stałej prędkości łączy w sobie silnik indukcyjny ze sprzęgłem i hamulcem typu power on activated. Jest to idealne rozwiązanie dla częstych operacji typu start-stop. Nadaje się do sytuacji, w których silnik pracuje z prędkością synchroniczną niezależnie od momentu obciążenia i silnik jest często uruchamiany, zatrzymywany i odwracany.

Silniki o dwóch prędkościach obrotowych

Silniki dwubiegowe są ekonomicznym wyborem dla zastosowań, które wymagają tylko dwóch prędkości, a jednocześnie zmniejszają prawdopodobieństwo awarii. Silniki te są często konstruowane z jedną prędkością roboczą i jedną wolniejszą dla łatwiejszego rozruchu. Bez konieczności stosowania przemiennika częstotliwości, silniki dwubiegowe mogą napędzać wentylatory, pompy, podnośniki i inne maszyny z dwoma różnymi prędkościami.

Jaka jest różnica pomiędzy narzędziami o stałej prędkości a narzędziami o podwójnej prędkości?

  • Jedną z głównych różnic jest konstrukcja przekładni. Narzędzia o stałej prędkości zapewniają maksymalną prędkość i moc, natomiast narzędzia o dwóch prędkościach można skonfigurować do pracy w dwóch trybach: szybkim i wolnym.
  • Praca z narzędziem dwubiegowym jest bardziej wydajna. Przeciwnie, narzędzie o stałej prędkości zapewnia dużą moc i jest bardzo wygodne w przypadku projektów wymagających dużego wysiłku.
  • Narzędzie o podwójnej prędkości może być używane do różnych rodzajów pracy, ale urządzenie o stałej prędkości zostało zaprojektowane do specjalnego celu. Na przykład wiertarka o podwójnej prędkości jest używana do wiercenia, wiercenia udarowego i zawijania. Natomiast zwykła wiertarka nadaje się tylko do wiercenia.
  • Wszechstronność narzędzi jednobiegowych jest znacznie mniejsza niż narzędzi dwubiegowych, nawet jeśli ich moc jest taka sama.
uchwyt wiertarski

Co to jest prędkość obrotowa (RPM)?

Obroty silnika (RPM), w odniesieniu do silnika elektrycznego, to liczba obrotów narzędzia w jednostce czasu i jest mierzona w obrotach na minutę (RPM). W rzeczywistości, RPM jest jednostką miary używaną do pokazania prędkości bez obciążenia lub częstotliwości narzędzia elektrycznego.

???? Prędkość obrotowa jest uważana za ważny czynnik w zależności od rodzaju pracy, którą zamierzamy wykonać. Dlatego też, gdy używamy maszyny elektrycznej do pracy na twardych powierzchniach, takich jak beton, jesteśmy zainteresowani wyborem większej liczby obrotów na minutę.

Prędkość ta ma również bezpośredni związek z rodzajem narzędzia, którego używamy. Na przykład, wiertarki akumulatorowe zazwyczaj oferują maksymalną prędkość około 2000 RPM, podczas gdy większość wiertarek przewodowych pracuje z prędkością 3000 RPM.

Co to jest moment obrotowy elektronarzędzia?

Siła, która powoduje obracanie się przedmiotu, mierzona w niutonometrach (Nm), jest najlepszym wskaźnikiem wytrzymałości wiertarki lub wkrętarki udarowej. Im większa liczba niutonometrów, tym większa siła skręcania.

Tradycyjna metoda pomiaru momentu obrotowego:

1. Wiercenie na wiertarce2
. zamocowanie uchwytu wiertarskiego na nieruchomym wrzecionie3
. Wiertarka jest w pełni sprawna.
4. Moment obrotowy wiertarki mierzony jest przy 0 obrotach na minutę (nie mierzy prędkości obrotowej).


Nowa metoda pomiaru mocy:

1. Wiercenie na wiertarce2
. mocowanie uchwytu na wirującym wrzecionie3
. Wiertarka jest w pełni sprawna.
4. Obciążenia momentem obrotowym stają się coraz bardziej powszechne.
5. Do obliczania prędkości i momentu obrotowego wiertła wykorzystuje się wiele punktów danych.



Regulacja

wiertarkiUstawienia momentu obrotowego elektronarzędzi

Podczas wkręcania śrub w twardsze materiały należy pracować wolniej i stosować większy moment obrotowy. Jeśli parametry te zostaną dobrane perfekcyjnie, można regulować głębokość wiercenia bez wyrządzania szkody. Aby osiągnąć najlepsze rezultaty podczas wiercenia otworów, im twardszy materiał, tym większa prędkość.

Jaka jest różnica między prędkością obrotową a momentem obrotowym?

Pojęcie momentu dokręcania wyraża wielkość siły obrotowej wytwarzanej przez silnik elektronarzędzia. Na przykład, siła obrotowa śrubokrętu jest używana do dokręcania śrub, nakrętek lub innych podobnych elementów. Innymi słowy, moment obrotowy, który jest mierzony w niutonometrach (Nm), jest siłą przeznaczoną do obracania obiektu i jest najlepszym wskaźnikiem do określenia praktycznej mocy narzędzia elektrycznego.

???? Natomiast prędkość obrotowa, jak sama nazwa dobrze opisuje, pokazuje prędkość obrotową silnika elektrycznego. Na przykład, im wyższe obroty wiertarki, tym wyższa prędkość obrotowa wiertła.

Ważna uwaga: Moment obrotowy i prędkość obrotowa to nie tylko różne rzeczy, ale mają one również całkowicie odwrotny związek. Mówiąc prościej, gdy elektronarzędzie oferuje wysoki moment obrotowy, będzie miało niską prędkość obrotową i odwrotnie.


FAQ

Jakie zalety mają bezszczotkowe silniki prądu stałego (silniki BLDC) w porównaniu do szczotkowych silników prądu stałego?
Bezszczotkowe silniki prądu stałego (silniki BLDC), w których zrezygnowano ze szczotek i komutatorów na rzecz styków mechanicznych, są ciche, bezobsługowe i mogą pracować z dużą prędkością.

Jaki jest materiał szczotek w silniku prądu stałego?
Metal, węgiel i kompozyty metalowo-węglowe są powszechnymi materiałami na szczotki. Niektóre szczotki metalowe używaj± komutatora do nakładania metali szlachetnych takich jak złoto na powierzchnię styku. Materiał szczotki jest starannie dobierany na podstawie napięcia/prądu elektrycznego, jak również względów enonomicznych.

Jakie są części składowe silnika podstawowego?
Armatura lub wirnik, komutator, szczotki, oś, magnes polowy i pewien rodzaj źródła zasilania prądem stałym tworzą podstawowy silnik.

Jaka jest maksymalna żywotność silnika elektrycznego?
Silnik elektryczny, eksploatowany w typowych warunkach, może wytrzymać od 15 do 20 lat w warunkach testowych.

Czy lepiej jest używać silnika elektrycznego prądu stałego czy zmiennego?
Chociaż silniki AC są bardziej wydajne i wymagają mniej konserwacji, silniki DC są bardziej energooszczędne. Zastosowanie silnika elektrycznego ma wpływ na to, czy wybrany zostanie silnik prądu zmiennego czy stałego.

Wniosek????

Do klasyfikacji silników elektrycznych można wykorzystać takie czynniki jak rodzaj źródła zasilania, konstrukcja wewnętrzna, zastosowanie i rodzaj wyjścia ruchu. Poza różnicą między prądem zmiennym a stałym, silniki mogą być szczotkowe lub bezszczotkowe, jednofazowe, dwufazowe lub trójfazowe oraz chłodzone powietrzem lub cieczą.


Odkurzacze, zmywarki do naczyń, drukarki komputerowe, faksy, magnetowidy, obrabiarki, prasy drukarskie, samochody, metro, oczyszczalnie ścieków i przepompownie wody to przykłady znaczenia silników elektrycznych we współczesnym życiu. Z kolei nowy okres zapowiada większą dbałość o szczegóły, co jest wynikiem rozwoju, prawa i konieczności zachowania konkurencyjności. W rezultacie systemy stają się bardziej skomplikowane, a w odpowiedzi na to zwiększają się zasoby. Stworzenie systemu eksperckiego jest niewątpliwie problemem inżynieryjnym, a niewielki procentowy wzrost wydajności może pomóc utorować drogę do optymalnej/zielonej przyszłości, do której dążymy. Celem jest dopracowanie i rozwój konstrukcji silników i algorytmów sterowania.

Punkt:

Ocena użytkownika: Bądź pierwszy !

Top