🐨 Budowa I Działanie Silnika Elektrycznego

Sprawia to, że samochód jest szybki i pewny w prowadzeniu. Najważniejszą częścią silnika elektrycznego jest natomiast bateria, która działa w taki sam sposób, jak bak na paliwo. Ponieważ baterie są ciężkie i duże, są montowane do podłogi nadwozia. Takie położenie pozwala na rozłożenie ich masy równomiernie.

BlogArtykułyMechanikaSilniki elektryczne: szczotkowe, bezszczotkowe, krokowe W artykule chciałbym przedstawić, zagadnienia, związane ze silnikami elektrycznymi, które z pewnością już znacie. Artykuł ten kieruję jednak do osób początkujących, które rozpoczynają, wspaniałą przygodę z robotyką i automatyką. Bardziej doświadczone osoby proszę, aby potraktowały ten tekst jako małą powtórkę dotyczącą silników elektrycznych. Chciałbym, abyś po przeczytaniu tego materiału wiedział, co w trawie piszczy. Jeżeli ktoś Cię zapyta, jak działa silnik elektryczny? Jak jest zbudowany? To odpowiesz bez chwili zastanowienia. Już na samym początku uprzedzam, że ten artykuł będzie z kategorii tych dłuższych, jednakże jak wcześniej wspomniałem postaram się poruszyć niemalże wszystkie zagadnienia. Począwszy od tego, co to jest silnik elektryczny, jak jest zbudowany, poprzez zasadę działania oraz rodzaje silników, przejdziemy także o zagadnienie sterowania silnikiem DC z poziomu mikrokontrolera. Nie obawiaj się, może to z początku wydaje się straszne. Zaufaj mi proszę, postaram się pokazać Ci te wszystkie zagadnienia, niczym Wergiliusz, pokazał piekło Dantemu. To wszystko słowem wstępu, mam nadzieję ,że was nie znudziłem. Czym właściwie jest silnik? Już tłumaczę, zaglądając bezpośrednio do Internetu, czy podręczników dowiemy się, że mianem silnika elektrycznego określa się maszynę zdolną zamienić energię elektryczną w energie mechaniczną, za pomocą pola magnetycznego. Oczywiście wyróżniamy bardzo wiele odmian silników, mogą się one różnić budową, kształtem i zastosowaniem. Jednak zasada działania sprowadza się do tego samego, czyli wykorzystania pola magnetyczne do obrotu wału. Kto wynalazł silnik elektryczny? Prototyp został stworzony w 1822 roku przez angielskiego matematyka i fizyka Petera Barlowa, zaś pierwszy działający silnik zbudował i opatentował w 1837 roku Thomas Davenport. Silniki szczotkowe prądu stałego i zmiennego Z czego składa się silnik elektryczny? Budowa silnika elektrycznego komutatorowego. Podstawowymi parametrami silników elektrycznych są: prędkość obrotowa moment obrotowy Zmiennymi w tych silnikach są odpowiednio dobrane uzwojenia (grubości drutu nawojowego oraz ilości zwojów). Dodatkowo można zastosować sterowniki elektroniczne np. tyrystorowe, gdzie prędkość obrotowa wału wirnika jest płynnie regulowana potencjometrem, a straty mocy są praktycznie nie zauważalne. Innym sposobem regulacji momentu i prędkości są przekładnie mechaniczne, o których więcej w osobnym artykule. Moment obrotowy w silnikach elektrycznych powstaje na skutek oddziaływania pól magnetycznych wytworzonych przez stojan i wirnik. Pole magnetyczne pojawia się w wyniku płynącego prądu elektrycznego. Oddziaływanie to jak wiemy z lekcji fizyki, zależy od strumienia magnetycznego w którym znajduje się przewód oraz wartości prądu i usytuowanego go względem silni pola magnetycznego. W silnikach elektrycznych prądu stałego zewnętrzne pole magnetyczne jest wytwarzane na dwa sposoby, w przypadku silników małej mocy za pomocą magnesów trwałych, drugi sposób polega na stosowaniu uzwojeń tzw. stojana to rozwiązanie możemy natomiast spotkać np. w wiertarkach, zasilanych akumulatorowo. Znajdujący się w polu magnetycznym, wirnik, który z kolei podobnie jak stojan zbudowany jest z wielu uzwojeń. W tradycyjnych rozwiązaniach uzwojenie wirnika znajduje się w specjalnie przygotowanych wyżłobieniach rdzenia, tj. w żłobkach. Rdzeń jest wykonany z materiału ferromagnetycznego (czyli specjalnego gatunku stali, który charakteryzuje się dużą przenikalnością magnetyczną). Uzwojenia stojana również są nawinięte na rdzeniu ferromagnetycznym, między stojanem, a wirnikiem musi znajdować się szczelina powietrzna i powinna być ona jak najmniejsza. Zasada działania silnika elektrycznego Prąd elektryczny jest doprowadzany do wirnika za pomocą komutatora. To po nim ślizgają się dwie grafitowe szczotki (stąd nazwa, a grafit jest wykorzystywany ze względu na swoja ścieralność) szczotki są bezpośrednio połączone z zasilaniem. W wyniku płynącego prądu przez wirnik powstaje wokół niego pole magnetyczne, którego biegun N jest za wirnikiem , a biegun S przed wirnikiem. Bieguny jednoimienne magnesu trwałego i wirnika odpychają się, a różnoimienne przyciągają się, czego skutkiem jest powstanie ruchu obrotowego. Komutator ma odizolowane działki, w związku z tym prąd nie płynie przez pewien czas, jednak nie wpływa to na ruch wirnika, gdyż w tym momencie wykona on półobrotu pod wpływem siły bezwładności. Rysunki poniżej pokazują jak w uproszczeniu działa silnik elektryczny: Komutator czyli mechaniczny prostownik prądu Umożliwia on przekształcenie prądu przemiennego na stały. Zbudowany jest z odizolowanych półpierścieni osadzonych wraz z wirnikiem na tej samej osi. Komutacją nazywamy zespół zjawisk związanych ze zmianą kierunku prądu w zezwoju zwartym przez szczotki. Proces ten zachodzi, gdy zezwój ten jest przełączany z jednej gałęzi twornika do drugiej w związku z obrotem wirnika. W przypadku idealnym, zmiana prądu w cewce w funkcji czasu zależy tylko od rezystancji przejścia pomiędzy szczotką, a sąsiednimi wycinkami komutatora i wyraża się zależnością: gdzie, T oznacza czas komutacji. Wiemy już czym jest zjawisko komutacji, ale co ciekawe wyróżniamy trzy rodzaje komutacji, jedna którą właśnie opisałem, oraz dwie kolejne komutację przyśpieszoną, oraz opóźnioną. Komutacja przyspieszona: to taka, przy której zmiana prądu w cewce następuje już w pierwszej połówce okresu komutacji. Komutacje przyspieszoną otrzymuje się wówczas, gdy zwartym przez szczotkę zwoju będzie indukowana siła elektromotoryczna rotacji. W przypadku silnika zwrot indukowanej siły elektromotorycznej powinien być zgodny ze zwrotem siły indukowanej przez ten biegun, spod którego oczywiście zwój wychodzi. Komutacja opóźniona: pojawia się, jeśli w połowie okresu komutacji prąd jest większy od zera. Czynnikiem, który dodatkowo opóźnia komutację, jest oddziaływanie twornika. Komutacja opóźniona jest bardzo niekorzystna, gdyż szczotka schodząca z wycinka komutatora w chwili, gdy prąd w cewce nie zdążył osiągnąć wartości prądu w gałęzi, taki stan rzeczy może spowodować pojawienie się łuku elektrycznego, jeżeli łuk ten przedostanie się na dalsze wycinki, to dojdzie do zwarcia komutatora, a jednocześnie do unieruchomienia naszego silnika. Zauważ że: zła komutacja wywołuje iskrzenie, które może prowadzić do zniszczenia szczotek i komutatora. Komutację uważa się za zadowalającą, gdy szczotki nie iskrzą. Rozróżnia się mechaniczne i elektryczne przyczyny iskrzenia szczotek. Do przyczyn mechanicznych zalicza się przede wszystkim nierównomierność powierzchni, zanieczyszczenie lub nie centryczność komutatora, złe przyleganie szczotek oraz ich drgania. Natomiast do przyczyn elektrycznych zaliczamy gęstość prądu na styku między szczotką, a komutatorem. Podstawą do oceny komutacji jest tzw. krzywa komutacji przedstawiająca przebieg prądu w okresie komutacji. Najbardziej korzystna jest tzw. komutacja prostoliniowa, w czasie której zmiana prądu w zezwoju zwartym przez szczotkę przebiega liniowo, a przy tym w połowie okresu komutacji prąd jest równy zeru (poniższy rysunek). Przebieg prądu w okresie komutacji: komutacja prostoliniowa komutacja opóźniona komutacja przyspieszona komutacja idealna Rodzaje silników komutatorowych Szeregowy: nazwa pochodzi od sposobu połączenia uzwojeń wirnika i stojana. Wysokie obroty tego silnika elektrycznego to jego cecha charakterystyczna. Prędkość obrotowa jest zależna od obciążenia, dlatego też silnik ten NIE MOŻE PRACOWAĆ BEZ OBCIĄŻENIA! Ponieważ jeżeli podłączymy taki silnik bez obciążenia, to cały czas jego prędkość obrotowa będzie rosła, aż do nieskończoności. Skutkiem tego będzie trwałe uszkodzenie silnika! Mimo to znalazł zastosowanie głównie w trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw, tramwajów, trolejbusów) oraz w pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki samochodów), w napędach dźwigów, wentylatorów itp. Bocznikowy (inaczej równoległy) jak się już pewnie domyślasz jego uzwojenia są połączone w sposób równoległy. Charakteryzuje się małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej na skutek zmiany obciążenia. Stosowany jest głównie w napędach obrabiarek, pomp, dmuchaw, kompresorów; Szeregowo-bocznikowy posiada uzwojenie wzbudzenia w stojanie połączonym z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część szeregowo, a część równolegle). Charakteryzuje się brakiem głównej wady silnika szeregowego – możliwości jego rozbiegania przy braku obciążenia, a także ma jego zalety – duży moment obrotowy w szerokim zakresie obrotów i zależność prędkości obrotowej od obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych. Na zakończenie części o silnikach szczotkowych, chciałbym poruszyć jeszcze temat sterowania prędkością obrotową takiego silnika: regulacja prędkości poprzez włączenie dodatkowej rezystancji w obwód twornika spowoduje zmniejszenie prędkości obrotowej regulacja prędkości poprzez włączenie dodatkowej rezystancji w obwód wzbudzenia (stojana) spowoduje zwiększenie prędkości obrotowej regulacja prędkości poprzez zmianę napięcia zasilania (np. za pomocą tyrystorowych regulatorów napięcia) Podczas rozruchu silnik elektryczny pobiera z sieci prąd kilkakrotnie większy od prądu znamionowego, podczas rozruchu E=0 więc prąd rozruchowy obliczmy zgodnie z prawem Ohma. Aby zmniejszyć prąd rozruchowy, najczęściej w silnikach dużej mocy stosuje się tzw. Rozrusznik, czyli rezystancje dekadową, która jest wpięta szeregowo w uzwojenie wirnika, składa on się z szeregowo połączonych rezystorów zwieranych włącznikiem odśrodkowych lub za pomocą przekaźnika czasowego. Podsumowując I część artykułu silniki komutatorowe (szczotkowe) mogą być zasilanie zarówno prądem stałym jak i zmiennym pod warunkiem, że prąd twornika Ia oraz prąd stojana If zmienia swój kierunek w tym samym czasie warunek ten na pewno jest spełniony w silniku szeregowym silnik szeregowy nazywamy również silnikiem uniwersalnym w silniku bocznikowym można również zastosować zasilanie prądem zmiennym, należy jednak skompensować znacznie większą indukcyjność stojana za pomocą odpowiednio dobranej pojemności, czyli kondensatora, połączonego szeregowo z uzwojeniem stojana Silniki bezszczotkowe (BLDC) Jak się już zapewne domyślasz, ten rodzaj silnika nie będzie zawierał szczotek, a związku z tym także komutatora. Silniki elektryczny bezszczotkowy, poza ceną, wydają się mieć same zalety, nie mają części, które mogą się zużywać. Dzięki temu silniki te pracują długotrwale i bezobsługowo. Znaczny wzrost popularności silników BLDC związany jest z wieloma zaletami tego typu maszyn, do których możemy zaliczyć: prostą budowę silnika, duży stosunek momentu do masy silnika, duża sprawność, prosty układ sterowania, sterowanie w szerokim zakresie prędkości, bardzo dokładną regulację prędkości bez dodatkowych kosztów finansowych, wysoki moment rozruchowy, niskie koszty obsługi, brak szczotek (silnik staje się cichy, niezawodny, brak zużywania mechanicznego oraz przewodzącego pyłu) Do najczęściej wymienianych wad tego silnika należą: tętnienia momentu elektromagnetycznego, wysoki koszt magnesów trwałych konieczność stosowania czujników położenia wału, co w znacznym stopni wpływa na cenę układu napędowego. Z czego zbudowany jest silnik elektryczny BLDC? Jego budowa znacząco różni się od rozwiązań konstrukcyjnych stosowanych w innych maszynach elektrycznych. Wśród jego podstawowych elementów składowych można wyróżnić wirnik oraz stojan. Moment napędowy powstaje w wyniku współdziałania pola magnetycznego wirnika i stojana. W odróżnieniu od tradycyjnych silników wirnik wytwarza stałe w czasie pole magnetyczne pochodzące z magnesów stałych. Pole magnetyczne stojana indukowane jest w uzwojeniach skojarzonych w odpowiednie grupy. Największą zaletą silnika BLDC jest brak konieczności stosowania komutatora, dzięki czemu nie występuje zjawisko komutacji oraz straty energii w wyniku przepływu prądu przez szczotki o stosunkowo dużej rezystancji. Wirnik oraz uzwojenia stojana i sposób ich połączenia poniższy rysunek: Ruch wirnika możliwy jest dzięki wirującemu polu magnetycznemu stojana. Obroty wirnika są ściśle zależne od częstotliwości zmian pola stojana. W praktyce do sterowania wykorzystuje się układ elektronicznego komutatora a obrót wirnika podzielony jest na sześć faz, w których zasilanie kolejnych uzwojeń przełączane jest w taki sposób aby pole w obwodzie magnetycznym stojana zmieniało swoje położenie o pewien stały kąt wynikający z ilości biegunów. Układ sterowania realizowany jest zazwyczaj w postaci końcówki mocy opartej na tranzystorach przełączających, których ilość jest uzależniona od liczby uzwojeń stojana. Realizuje on podstawowe funkcje takie jak zmiana prędkości obrotowej, regulacja przyspieszenia, oraz analizowanie informacji o położeniu wirnika pochodzące ze sprzężenia zwrotnego. Problem przy sterowaniu silnikiem BLDC sprowadza się zazwyczaj do określenia stanu łączników jako funkcji informującej nas o położeniu kątowego wału, czyli mówiąc pokrótce do wyznaczenia chwili przełączenia. Wyznaczenie położenia może się odbywać na podstawie sygnałów pochodzących z czujników magnetycznych tzw. Hallotronów, które znajdują się w szczelinach, rozmieszczone względem siebie o 120 stopni. Zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że sygnały te przychodzące z czujników są wykorzystywane, za pomocą prostego układu logicznego do sterowania pracą przełączników. Jednakże sterowanie to ma także swoje wady, a należy do nich sama obecność zastosowanych sensorów, ponieważ są to delikatne czujniki. Ale czy to oznacza, że silnikami BLDC jest ciężko sterować? Otóż wcale nie, obok sterowania za pomocą czujników, istnieje również inne. Polega ono na tym, że obliczane są chwile przełączenia łączników na podstawie prądów i napięć pochodzących z uzwojeń naszego silnika. Oczywiście stosuje się kilka metod sterowania, postaram dołożyć się wszelkich starań, abyś mógł je po części poznać. W pierwszej metodzie wykorzystujemy siłę elektromotoryczną indukowaną w fazie silnika, bardzo łatwo można ją zmierzyć, kiedy silnik jest wyłączony. Można wyznaczyć również czas przejścia tej siły przez zero i po odpowiednim przesunięciu tych sygnałów, a dokładniej o ¼ okresu wykorzystać je do sterowania pracą łączników, niestety metoda ta ma jednak bardzo istotne ograniczenie, ponieważ na postoju indukowana siła elektromotoryczna jest równa zeru, co dyskwalifikuje tę metodę. Druga metoda bezczujnikowego sterowania silnikiem BLDC, polega na obserwowaniu stanu silnika. W tym przypadku tworzony jest matematyczny model układu bieżąco korygowanego na podstawie sygnałów rzeczywistych prądów i napięć pochodzących z maszyny. Z tego też modelu otrzymujemy sygnały pozwalające na sterownie pracą łączników. Zastosowanie modelu matematycznego niesie za sobą dodatkowe korzyści, mam tu na myśli uzyskanie dodatkowych wielkości fizycznych, wykorzystanych później w sterowaniu pracą silnika. Jednakże obróbka tych sygnałów wymaga dużej mocy obliczeniowej. Na zakończenie II części pracy chciałbym dodać, że gabaryty i ciężar silnika BLDC zależą od rozwijanego momentu obrotowego, a moc mechaniczna jak już wcześniej zapewne wspomniałem jest iloczynem momentu obrotowego i prędkości obrotowej, więc łatwo się domyślić, że maszyny szybkoobrotowe, są mniejsze i lżejsze niż silniki elektryczne wolnoobrotowe. Taka możliwość pracy tych silników otwiera przed nimi bardzo duże pole zastosowań, w których decydujący głos ma ciężar silnika jak np. w sprzęcie przenośnym, dyskach twardych. Silniki te są zazwyczaj stosowane tam gdzie wymagana jest niska awaryjność, małe gabaryty, oraz duża sprawność, a więc zastosowania w technice wojskowej czy też lotniczej. Warto także zauważyć że budowa silnika bezszczotkowego jest bardzo zbliżona do budowy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, jednak główna różnica polega na ty że silnik BLDC charakteryzuje się prostokątnym rozkładem indukcji w szczelinach, o tyle silnik synchroniczny jest budowany przy założeniu sinusoidalnego rozkładu pola magnetycznego w szczelinie. Oczywiście skutkiem tego są inne systemy sterowania np. silniki synchroniczne prądu zmiennego, mogą być silnikami elektrycznymi trójfazowymi lub jednofazowymi. Przy silnikach elektrycznych jednofazowych wykorzystuje się kondensator 16uF /400V elektrolityczny, który przesuwa fazę napięcia względem prądu o kąt 120 stopni, co wymusza ruch obrotowy. Silniki Krokowe Silnik krokowy (inaczej skokowy) to silnik, w którym impulsowe zasilanie prądem elektrycznym powoduje, że jego wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, lecz wykonuje za każdym razem ruch obrotowy o ściśle ustalonym kącie. Dzięki temu prędkość kątowa wirnika jest dokładnie równa częstotliwości impulsów pomnożonej przez wartość kąta obrotu wirnika w jednym cyklu pracy silnika. Pozwala to w prosty sposób ustalić dokładnie położenie wału silnika krokowego bez stosowania zaawansowanych czujników jak w przypadku silników bezszczotkowych. W zależności od budowy wyróżnia się trzy typy silników krokowych: Silnik o zmiennej reluktancji VR (od ang. Variable Reluctance) Silnik z magnesem trwałym PM (od ang. Permanent Magnet) Silnik hybrydowy HB (od ang. HyBrid) Silnik o zmiennej reluktancji: wśród jednosegmentowych silników krokowych, który posiada wirnik reluktancyjny, można wyróżnić pozostałe, w których to na jeden biegun stojana przypada jeden ząb wirnika oraz takie gdzie na jeden biegun stojana przypada kilka zębów. Oczywiście obydwie te odmiany mogą być wykonane w wariancie symetrycznym, bądź też nie symetrycznym. Budowa symetryczna charakteryzuje się tym, że uzwojenia dwóch przeciwległych biegunów tworzą pasmo, natomiast budowa niesymetryczna charakteryzuje się, tym iż całe uzwojenie pasma jest umieszczone na jednym biegunie działanie silnika krokowego o wirniku reluktancyjnym opiera się na wykorzystaniu momentu reluktancyjnego. Silnik ten składa się natomiast z rotora o wielu zębach, a wykonany jest on z stali miękkiej i uzwojonego stojana. Kiedy uzwojenia stojana są zasilane prądem stałym, bieguny namagnesowywuja się, a ruch pojawia się na skutek przyciągania zębów rotora przez bieguny stojana. Zasadę działania przedstawiłem na rysunku poniżej: Silniki krokowe o magnesach stałych mogą być wykonane w wersji jednosegmentowej i wielosegmentowej. Silnik jednosegmentowy może mieć na wirniku podobnie do klasycznej maszyny synchronicznej bieguny jawne lub utajone. Silniki krokowe o magnesach trwałych na wirniku można również podzielić na magnesowane osiowo lub promieniowo. Silnik krokowy o wirniku czynnym często nazywany jest również silnikiem kubkowymi. Jest to silnik o wirniku wytwarzającym strumień magnetyczny i o stojanie z uzwojeniem sterującym. Wirnik silnika stanowią magnesy trwałe. Silnik tego typu jest tani, charakteryzuje się niską rozdzielczością o typowych wartościach kąta 7,5 -15 (stopni) tj. 24-48 kroków na obrót. Rotor silnika nie posiada zębów, lecz jest namagnesowany naprzemiennie biegunami N i S tak, iż bieguny te są usytuowane w linii prostej równoległej do osi rotora. Namagnesowane bieguny rotora wpływają na zwiększenie indukcji magnetycznej, dlatego silnik z magnesem trwałym. Silnik hybrydowy jest bardziej kosztownym niż silnik z magnesem trwałym cechuje się za to lepszymi parametrami jeśli chodzi o rozdzielczość i szybkość. Zasada działania silnika opiera się na tym, że magnes trwały umieszczony na wirniku lub na stojanie wytwarza jednako biegunowy strumień magnetyczny, który zamyka się w obwodzie magnetycznym: stojan-szczelina powietrzna -wirnik. Po zasileniu uzwojenia stojana impulsem sterującym, wzbudzony strumień magnetyczny pod jednym biegunem stojana dodaje się do strumienia magnesów trwałych, pod drugim zaś odejmuje się. Wirnik zostaje wprowadzony w ruch tak, by osie zębów stojana i wirnika bieguna o strumieniu wzmacniającym pole magnetyczne pokryły się. Typowe kąty silnika hybrydowego mieszczą się w zakresie 3,6; -0,9 (stopni) tj. 100- 400 kroków na obrót. Silnik hybrydowy łączy w sobie zalety silnika ze zmienną reluktancją i silnika z magnesem stałym. Rotor silnika ma wiele zębów i posiada osiowa namagnesowane magnesy umieszczone koncentrycznie wokół osi. Zęby rotora zapewniają lepszą drogę przepływowi magnetycznemu co polepsza charakterystyki momentu spoczynkowego i dynamicznego w porównaniu z silnikami z magnesem stałym i reluktancyjnym. Właśnie poznaliśmy podział silników krokowych ze względu na budowę, ale okazuje się, że istnieje także podział ze względu na sposób sterowania, w tym przypadku silniki krokowe znów dzielimy na dwie grupy: unipolarne i bipolarne, ale już tu na wstępie zaznaczam, że różnica polega tylko i wyłącznie na innym podłączeniu cewek silnika, a co za tym idzie trochę innym sposobem sterowania, ale zaraz postaram się to wszystko po kolei Ci wyjaśnić. Silnik unipolarny budowa i sterowanie: Silnik bipolarny budowa i sterowanie: Nie opisuję już dokładnej zasady działania wyżej przedstawionych silników, ponieważ jak już pewnie zauważyłeś rysunki mówią same za siebie, i myślę że po gruntownym przestudiowaniu, tych obrazków, bez najmniejszych przeszkód sam zobaczysz o co chodzi Podsumowując wiedzę zdobytą o silnikach krokowych można powiedzieć że: Użycie silnika krokowego może być trafnym wyborem, w przypadkach, gdy wymagany jest kontrolowany ruch. Mogą być one użyte tam, gdzie trzeba sterować kątem, prędkością, pozycją lub synchronizmem. Z powodu wielu zalet małe silniki krokowe znalazły zastosowania w urządzeniach powszechnego użytku np. w drukarkach, ploterach, sprzęcie biurowym, napędach dysków, sprzęcie medycznym, faksach. Stosowane równie często w napędach przemysłowych i wielu innych. Dzięki sporemu momentowi na wyjściu mogą być stosowane zamiast silnika prądu stałego czy zmiennego z przekładnią, bez sterowania pozycją - podając tylko impulsy o odpowiedniej częstotliwości. Dodatek Sterowanie silnikiem komutatorowym prądu stałego z poziomu mikrokontrolera Pewnie wielu z was teraz myśli, a dlaczego nie sterownie silnikiem krokowym? Muszę szczerze przyznać, że chciałem ten temat poruszyć, jednak nie posiadam żadnego silnika krokowego, więc nie chcę Ci podawać jakiś niepełnych i niesprawdzonych że sterowanie silnikiem prądu stałego jest również fascynującym zagadnieniem. Aby przeprowadzić to ćwiczenie koniecznie musisz zaopatrzyć się w dowolny mikrokontroler z rodziny AVR (ja do przeprowadzenia ćwiczenia posłużę się mikrokontrolerem ATmega32). Potrzebny będzie nam również jakiś mostek H do sterowania silnikiem, ponieważ silnika nie możemy podłączyć bezpośrednio do pinów uC. Do przeprowadzenia ćwiczenia proponuję złożyć sobie układ według poniższego schematu (można oczywiście wykorzystać płytkę stykowa): Jak z pewnością zauważyłeś, zadbałem niemal o każdy szczegół, a przede wszystkim o prawidłowe zasilanie, które wbrew pozorom jest bardzo ważne. Po prawej stronie schematu znajduje się nasz układ wykonawczy. Należy pamiętać, że nasz układ potrzebuje do pracy dwóch źródeł zasilania. Mikrokontroler zasilamy napięciem 5V oraz część logiczną mostka, natomiast napięciem 12V zasilamy drugą część mostka opowiedzialną za silniki (12V podłączmy do piny oznaczonego na schemacie jak X1-1 i X1-2). Mając już złożony układ możemy zabrać się za oprogramowanie naszego mikrokontrolera, program napisałem w języku C, w środowisku programistycznym Eclipse. 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657 #include #include //piny sterujące #define WE_A PD7 #define WE_B PD4 // polecenia sterujące silnikiem #define DC_LEWO PORTD &= ~(1< elektrotechnik AUTOMATYK online. 20.3.2019. Przerwanie izolacji uzwojenia i zużycie łożysk to dwie typowe i dość częste przyczyny awarii silnika, choć ich bezpośrednie przyczyny mogą się diametralnie różnić. Oto 13 najczęstszych powodów tego typu usterek oraz sposoby, jak je najłatwiej i najszybciej zdiagnozować.

Silnik to najważniejsza część każdego samochodu. Bez względu na to, czy mamy do czynienia z samochodem zasilanym benzyną, olejem napędowym, gazem lub prądem (auto hybrydowe albo elektryczne). Wielu kierowców jest zainteresowanych tym, jak zbudowany jest silnik samochodowy i jak działa silnik samochodowy. Wszystko dokładnie wyjaśnimy. Budowa silnika samochodowego, bez względu na rodzaj, przestanie być w końcu tajemnicą. Jak działa silnik samochodowy? Zasady działania silnika samochodowego Jak zbudowany jest silnik samochodowy? Najważniejsze elementy silnika W ciągu kilku ostatnich lat na rynku pojawiły się także samochody elektryczne i hybrydowe, łączące w sobie napęd elektryczny i spalinowy. Pomimo tego, że to całkiem nowy trend, o nich również nie zapomnimy. Jak działa silnik samochodowy? Przeanalizujemy teraz, na jakiej zasadzie działa silnik samochodowy. Silnik spalinowy działa na zasadzie przemiany energii chemicznej w mechaniczną. Wybuch mieszanki paliwowo – powietrznej powoduje ruch tłoków, które napędzają wał korbowy. Silnik elektryczny działa na zasadzie przemiany energii elektrycznej w mechaniczną. Silnik samochodowy zasilany benzyną to obecnie najpopularniejszy rodzaj napędu. Wykorzystuje się dwa rozwiązania. Silnik benzynowy (silnik o zapłonie iskrowym) z wielopunktowym wtryskiem paliwa. Zasady działania silnika samochodowego Układ dolotowy dostarcza powietrze do cylindrów silnika, a samo powietrze jest skompresowane przez turbosprężarkę (częściej stosowane), albo przez kompresor (rzadziej stosowane). Ilość masy powietrza, jaka trafia do silnika, jest regulowana przez otwarcie przepustnicy (w trakcie jazdy) i pracę silnika krokowego (w trakcie postoju z włączonym silnikiem). Komputer sterujący pracą silnika na bieżąco zbiera dane z szeregu czujników. Na tej podstawie dobiera moment otwarcia oraz czas otwarcia wtryskiwaczy. Wtryskiwacze są częścią układu zasilania, który dostarcza paliwo ze zbiornika. W układzie zasilania jest pompa wtryskowa wysokiego ciśnienia, która spręża paliwo. Paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do cylindrów. Mieszanka paliwowo – powietrzna jest zapalana dzięki przeskokowi iskry, którą generują świece zapłonowe, końcowa część układu zapłonowego. To oczywiście ogólny opis działania silnika benzynowego, bez szeregu szczegółów. Dokładna budowa silnika spalinowego zasilanego benzyną i schemat jego działania są nieco bardziej skomplikowane. Silnik benzynowy, zasilany gazem LPG – jak działa? Działanie silnika wygląda dokładnie tak samo, różnica polega na tym, że do silnika zamiast paliwa dostarczany jest gaz w zależności od generacji instalacji w fazie ciekłej lub lotnej. Silnik wysokoprężny z bezpośrednim wtryskiem paliwa i turbodoładowaniem (silnik z zapłonem samoczynnym, silnik diesla). Od końca lat 90 – tych budowa silnika diesla pozostaje niezmienna. Na przestrzeni lat rozbudowywano przede wszystkim układ wydechowy, odpowiedzialny za usuwanie szkodliwych składników spalin. Układ dolotowy zasysa powietrze, które jest kompresowane przez turbosprężarkę. Zanim powietrze trafi do cylindrów, jest chłodzone przez intercooler (chłodnicę powietrza doładowanego). Na podstawie danych z szeregu czujników, komputer sterujący pracą jednostki napędowej reguluje moment i czas otwarcia wtryskiwaczy Commmon Rail. Układ wtryskowy dostarcza paliwo ze zbiornika, spręża je do wysokiego ciśnienia (za pomocą specjalnej pompy) i dostarcza do wtryskiwaczy Common Rail. Olej napędowy, pod bardzo dużym ciśnieniem, jest wtryskiwany do komór spalania (cylindrów), pod koniec suwu sprężania. Olej napędowy, po zetknięciu z gorącym, skompresowanym powietrzem, ulega samoczynnemu zapłonowi. Cylindry w fazie rozruchu mogą być podgrzewane przez świece żarowe. W praktyce budowa silnika wysokoprężnego niewiele różni się od budowy silnika benzynowego z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Różnice dotyczą zastosowania świec żarowych, zamiast zapłonowych, a także większego ciśnienia paliwa, jakie jest dostarczane do cylindrów. Jak działa silnik elektryczny? Zasada jest bardzo prosta. Prąd elektryczny (stały lub zmienny, w zależności od rodzaju silnika) wprawia silnik w ruch. Silnik elektryczny ma jeden element mechaniczny – to wirnik, zamocowany na łożyskach. Wszystko działa dzięki pracy uzwojeń i pracy pola magnetycznego. Silniki elektryczne są stosowane w samochodach hybrydowych jako dodatkowe źródło napędu, a w samochodach elektrycznych jako główne i jedyne źródło napędu. Poza tym wykorzystuje się je w samochodach spalinowych, w różnych pomocniczych rolach (napęd elektrycznie sterowanych szyb, rozrusznik itd.). Budowa silnika elektrycznego jest dość prosta. Bez względu na to, czy jest to silnik do dużego samochodu osobowego, czy do miniaturowego pojazdu z napędem elektrycznym. Budowa silnika czyli jak zbudowany jest silnik samochodowy? Budowa każdego silnika spalinowego jest podobna i zawiera te same układy. Jak wiadomo, diabeł tkwi w szczegółach. Współczesne silniki są wykonywane z ogromną precyzją. Silniki produkuje się z różnych stopów stali, żeliwa, stopów aluminium i krzemu a niektóre elementy (np. głowice) z samego aluminium. Materiały te muszą być odporne na szereg rzeczy, od wysokich temperatur, po wysokie ciśnienie, a także korozję. Aby zapewnić im szczelność, stosuje się także szereg uszczelek, wykonanych z gumy, metalu, albo z połączenia tych materiałów. Budowa silników elektrycznych, niezależnie do wielkości i mocy, jest bardzo prosta. Interesuje Cię budowa silnika w aucie? Oto cała tajemnica. Jak zbudowany jest silnik spalinowy (benzynowy lub wysokoprężny)? Budowa silnika w aucie, zasilanego spalinowego jest następująca: Skrzynia korbowa – z cylindrami, kanałami olejowymi i kanałami płynu chłodzenia. W dolnej części skrzyni korbowej pracuje wał korbowej. W górnej części skrzyni pracują tłoki (w cylindrach), które napędzają wał korbowy. Głowica silnika – pracują w niej wałki (lub wałek) rozrządu, sterujące pracą zaworów dolotowych (doprowadzających powietrze z układu dolotowego) oraz wylotowych (usuwających spaliny do układu wydechowego). Pokrywa głowicy, w której zamontowane są wtryskiwacze benzyny albo oleju napędowego, świece żarowe (w dieslach) oraz układ zapłonowy (cewki zapłonowe i świece zapłonowe) w benzyniakach. Układ rozrządu – zapewnia synchronizację pomiędzy pracą tłoków a pracą zaworów dolotowych i wylotowych. Układ chłodzenia, który dba o to, aby silnik nie uległ przegrzaniu oraz utrzymuje go w temperaturze roboczej. Składa się z pompy cieczy chłodzącej, termostatu, chłodnicy, wentylatora i szeregu przewodów. Układ smarowania, który dostarcza i filtruje olej silnikowy. Składa się z pompy oleju, miski olejowej (w dolnej części silnika, pod skrzynią korbową). Układ musi być szczelny. Bardzo ważna jest szczelność miski olejowej. Wszelakie wycieki oleju silnikowego mogą doprowadzić do przyspieszonego zużycia silnika, a nawet jego zatarcia. Na szczęście, wymiana miski olejowej i jej uszczelnienia nie jest skomplikowana. W razie problemów z nieszczelną uszczelką warto zastosować skuteczny uszczelniacz K2 Siltec. K2 SILTEC 90G Masa uszczelniająca do elementów silnika Znajdź sklep w okolicy Skopiuj i wklej nazwę produktu do wyszukiwarki Google i znajdź w 3 sekundy sklep, który posiada go w swojej ofercie. Układ elektryczny, który dostarcza prąd. Składa się z akumulatora, alternatora oraz regulatora napięcia. Układ zasilania, doprowadzający paliwo ze zbiornika, a także kierujący je do wtryskiwaczy. Układ dolotowy, doprowadzający powietrze do silnika. Może je dodatkowo kompresować za pomocą turbiny. Układ wydechowy – usuwa spaliny z silnika, oczyszcza je ze szkodliwych składników. Sterowanie pracą silnika. Jego sercem jest komputer sterujący pracą jednostki napędowej ECU, a także bardzo wiele czujników, które są do niego podłączone. To między innymi czujniki ciśnienia powietrza, temperatury powietrza, przepływomierz powietrza, czujnik położenia przepustnicy, czujnik położenia wału korbowego i prędkości obrotowej, czujnik położenia wałka rozrządu, czujnik temperatury oleju silnikowego, czujnik poziomu oleju silnikowego i wiele innych. Jak zbudowany jest silnik elektryczny? Budowa silnika elektrycznego jest bardzo prosta. Silnik składa się z wirnika, obudowy, szczotek, komutatorów i magnesów. Jak zbudowane są poszczególne, najważniejsze elementy silnika spalinowego? Blok silnika to element jednolity. Powstaje on najczęściej dzięki metodzie odlewu ze specjalnego stopu. W trakcie odlewania bloku silnika zatapia się w nim tuleje cylindrów. Stosuje się tutaj różne rozwiązania, dotyczące doboru materiałów. Wymagany jest bardzo precyzyjny odlew, albowiem w bloku znajduje się szereg kanałów, w których krąży olej silnikowy oraz płyn chłodniczy. Aby wiedzieć, jak zbudowany jest silnik, powinniśmy znać dokładną budowę poszczególnych części mechanicznych, mających kluczowy wpływ na działanie silnika. Ważna jest: Budowa wału korbowego, który powstaje w procesach walcowania poprzeczno – klinowego i kucia wielokierunkowego. Wał korbowy to najdroższa i najważniejsza część silnika. Wał korbowy jest napędzany przez tłoki. Wał korbowy jest zakończony kołem zamachowym. Koło zamachowe, za pośrednictwem sprzęgła, przekazuje napęd na skrzynię biegów. Budowa tłoka – podstawowego elementu układu korbowo tłokowego, pracującego w cylindrach silnika. Tłoki napędzają wał korbowy, wykonując w trakcie pracy ruch posuwisto zwrotny. W kolejnych poradnikach opiszemy dokładne działanie i budowę poszczególnych elementów składowych jednostki napędowej. FAQ Jak zbudowany jest silnik? Silnik spalinowy składa się z następujących elementów składowych: • Głowicy silnika, w której pracuje układ rozrządu (sterujący pracą zaworów dolotowych i wylotowych) oraz gdzie są zamontowane wtryskiwacze, świece zapłonowe, świece żarowe (w dieslach) i cewki zapłonowe (w benzyniakach). • Górnej części bloku silnika, w której znajdują się komory spalania (cylindry). W cylindrach pracują tłoki. • Dolnej części bloku silnika, w której pracuje wał korbowy. • Miski olejowej, z zamontowanym filtrem oleju i korkiem spustowym oleju. W silniku znajdują się kanały, w których płynie olej silnikowy (do punktów smarowania) oraz płyn chłodniczy. Jak działa silnik krok po kroku? Silnik benzynowy z pośrednim wtryskiem paliwa – silnik zasysa powietrze. W kolektorze dolotowym powietrze mieszane jest z paliwem, dostarczanym przez wtryskiwacze. Po otwarciu zaworów dolotowych mieszanka paliwowo – powietrzna trafia do cylindrów. Zapłon mieszanki następuje po przeskoku iskry na świecy zapłonowej. Wybuch powoduje ruch tłoka. Tłok napędza wał korbowy. Silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem paliwa – silnik zasysa powietrze. Nie każdy bezpośredni wtrysk ma turbinę-Powietrze trafia do cylindrów. Wtryskiwacze dawkują paliwo bezpośrednio do cylindrów. Po przeskoku iskry na świecy zapłonowej następuje zapłon mieszanki. Silnik wysokoprężny z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Silnik zasysa powietrze. Powietrze jest skompresowane przez turbosprężarkę. Powietrze trafia do cylindrów, po otwarciu zaworów dolotowych. Wtryskiwacze wtryskują do cylindrów olej napędowy. Następuje samoczynny zapłon mieszanki paliwowo – powietrznej. Podczas rozruchu komora spalania może być podgrzane przez świece żarowe. Z jakich materiałów wykonuje się silniki samochodowe? Stosuje się żeliwo, stal, aluminium, a także ich stopy. Dzieje się tak dlatego, że producenci muszą zapewnić niską masę silnika i równocześnie, wysoką odporność na szereg zmiennych czynników.

Silnik liniowy – silnik elektryczny generujący ruch postępowy bez użycia przekładni transformujących ruch obrotowy na postępowy. Działa na zasadzie podobnej do silnika obrotowego, w którym stojan i rotor zostały rozwinięte do postaci liniowej i odpowiednio przedłużone lub skrócone w celu uzyskania odpowiedniego zakresu ruchu.

Zmiana energii elektrycznej na mechaniczną jest potrzebna w wielu urządzeniach elektrycznych. Służy do tego silnik 230V, którego budowa nie jest wcale prostsza od trójfazowego. Przeczytaj o nim poniżej i sprawdź, jak działa!Obecnie trudno sobie wyobrazić codzienne funkcjonowanie bez silników 230V. Chociaż są mniej wydajne od trójfazowych, to ich moc jest wystarczająca do generowania momentu obrotowego dla sprzętów gospodarstwa domowego. Silnik 230V – co jeszcze warto o nim wiedzieć?Czym jest elektryczny silnik 230V jednofazowy?To nic innego jak maszyna elektryczna, której zadaniem jest zmiana energii elektrycznej na energię mechaniczną. Bez względu na wysokość napięcia zasilającego taki silnik, można wyróżnić kilka powtarzalnych elementów każdego z nich. Chodzi przede wszystkim o:wirnik;komutatory;szczotki; w silnikach 230V niemal zawsze występuje kondensator. Jego działanie jest niezbędne do uzyskania momentu obrotowego potrzebnego do startowego jednofazowy i zasada działaniaProdukt tego typu ma nieco skomplikowaną budowę, mimo że pracuje na jednej fazie. Najważniejszą jego cechą jest umiejscowienie wokół wirnika jednego uzwojenia podłączonego do fazy. Istnieje również drugie uzwojenie pomocnicze, którego zadaniem jest rozpędzenie startowe wału. Następuje to poprzez przesunięcie przekazywania napięcia na uzwojenie w zależności od zasilenia uzwojenia głównego. Różnica w momencie wystąpienia napięcia na uzwojeniach pozwala wytworzyć moment obrotowy, który obróci wirnikiem. Po chwilowym działaniu obu uzwojeń element startowy jest rozłączany od elektryczny jednofazowy – dlaczego się go stosuje?Dlaczego w wielu gospodarstwach domowych, sklepach czy firmach stosuje się konstrukcje pracujące na jednej fazie? Biorąc pod uwagę kwestię wydajności, silniki trójfazowe są efektywniejsze. Powodów takiego działania jest kilka, a jednym z nich są kompaktowe rozmiary urządzenia. Dzięki temu konstrukcja całego sprzętu może być niewielka, a praca cicha. Poza tym zastosowanie silnika 230V ma znaczenia właśnie w sieciach gospodarstwa domowego, biurach i mniejszych przestrzeniach usługowych. Często nie ma uzasadnienia dla montażu kosztownej instalacji 3-fazowej, dlatego stosuje się w takich miejscach tylko przewody na jedną cechy silników jednofazowychPoza wymienionymi wyżej czynnikami, kolejną ważną cechą jest jakość pracy w stosunku do potrzeb urządzenia. Mnóstwo sprzętów gospodarstwa domowego nie potrzebuje zasilania większego niż 1,8 czy 2,2 kW. Dlatego nie ma w zasadzie potrzeby montowania jednostek trójfazowych, które generują wyższe moce. Sprzęty wymagające niewielkiej mocy najczęściej też nie generują wysokich obciążeń, dlatego mniejszy moment obrotowy jest dla nich w zupełności wystarczający. Stąd wynika jeszcze jedna cecha silnika 1-fazowego – jednostajna praca i generowanie liniowego ograniczenia ma silnik 1-fazowy?Mimo sporej liczbie zalet silnik tego typu nie zawsze się sprawdza. Po pierwsze jego budowa nie jest wcale tak prosta, jak mogłoby się wydawać. Ograniczenie do jednej fazy powoduje konieczność zastosowania kondensatora, lub oddzielnego systemu odłączania napięcia z uzwojenia startowego. Dodatkowo na wirniku może być zamontowany mechanizm bazujący na plastikowych elementach, który odpowiada za odłączenie zasilania pod wpływem nabrania obrotów przez wirnik. Widać więc wyraźnie, że w przypadku awarii uzwojenia startowego silnik po prostu nie ruszy. Poza tym awaria systemu odłączania napięcia ze startera może doprowadzić do jego w przypadku zaniku fazy?Kolejna kwestia to praca na skutek ewentualnego zaniku fazy. W przypadku silników 3-fazowych zanik jednej fazy nie wyłącza jednostki z eksploatacji. W silniku 1-fazowym zanik fazy równa się zupełnemu zanikowi pracy, co unieruchamia widać, silnik 230V ma sporo zalet, ale nie jest też pozbawiony wad. Prędko jednak nie zniknie z powszechnego obiegu ze względu na swoją uniwersalność i niewielki kształt.

hnPj.

0uvw02q4fo.pages.dev/266

0uvw02q4fo.pages.dev/134

0uvw02q4fo.pages.dev/121

0uvw02q4fo.pages.dev/90

0uvw02q4fo.pages.dev/11

0uvw02q4fo.pages.dev/342

0uvw02q4fo.pages.dev/297

0uvw02q4fo.pages.dev/91

0uvw02q4fo.pages.dev/26

budowa i działanie silnika elektrycznego