- 20 kwietnia 2024
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?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 elektrycznegoGeneratory 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.
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.
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 (
wcelu 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
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.
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:
Silniki trójfazowe jednofazowe i trójfazowe to dwa rodzaje silników trójfazowych:
Silniki jednofazowe mają następujące właściwości:
Silniki trójfazowe charakteryzują się następującymi cechami:
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
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:
- Instalacja i konserwacja są łatwiejsze.
- Wysoka moc początkowa i moment obrotowy-
Szybki rozruch, zatrzymanie i czas reakcji na przyspieszenie-
Dostępność w wielu standardowych napięciach
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 bezszczotkowySilniki 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.
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.
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.
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 akumulatorowaW porównaniu z silnikami szczotkowymi, silniki bezszczotkowe oferują szereg korzyści:
Tak jak wiele zalet mają silniki bezszczotkowe, tak wiele wad mają również silniki bezszczotkowe:
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 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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
