bulkycostscartcheckbox-checkedcheckbox-uncheckedclosecomparison Folder home hook iso list Magnifier NEU picto-tablerating-stars star tooltip warning wishlist

Porady

Silniki prądu stałego DOGA, Drive-System Europe  o wysokiej odporności na zakłócenia i trudne warunki środowiskowe. Dobierz silniki szczotkowe jako źródła prądu stałego i nieodzowne elementy konstrukcji wielu urządzeń użytkowych, wykorzystywane również hobbystycznie jako kompaktowe motoreduktory

Silniki prądu stałego (DC)

Można je znaleźć w zabawkach, samochodach, windach, robotach i maszynach przetwórczych. Silniki prądu stałego są niezbędne w technologii napędowej od wielu dziesięcioleci.

Z naszego przewodnika dowiesz się, jak działają silniki prądu stałego, jakie są ich rodzaje i na co zwracać uwagę przy ich zakupie.



Ogólna zasada działania silników prądu stałego

Podstawową zasadą działania każdego silnika elektrycznego jest przekształcanie energii elektrycznej w energię mechaniczną za pomocą wału obracającego się w polu magnetycznym. W najprostszym przypadku wał ten przenosi wirnik zwany twornikiem wyposażony w cewkę. Konstrukcja ta umieszczona jest w magnesie trwałym w kształcie litery U lub okrągłym, zwanym stojanem. Gdy prąd stały przepływa przez cewki twornika, w każdej z dwóch przeciwległych jego części wytwarzane są pola magnetyczne, które - w zależności od położenia i kierunku przepływu prądu - odpychają lub przyciągają je od pobliskich biegunów magnetycznych.

Aby zapewnić, że rozpoczynający się obrót nie zatrzyma się po zaledwie połowie obrotu, prąd lub zmieniacz biegunów przymocowany do wału - komutator - stale odwraca kierunek przepływu prądu w cewkach, a tym samym biegunowość ich pól magnetycznych. Gdyby pole magnetyczne biegunów pozostało takie samo, wirnik nie obracałby się. 

NebenOprócz silników prądu stałego z tylko jedną dwubiegunową zworą podwójnego T, istnieją również silniki z kilkoma zworami. Zaleta: łatwiej się uruchamiają, ponieważ pokonanie "martwego punktu" wymaga mniej energii w przypadku dwubiegunowej zwory.

Schematyczna konstrukcja dwubiegunowego silnika elektrycznego bez komutatora.



Jakie są rodzaje silników prądu stałego?

W klasycznym silniku prądu stałego zmieniacz biegunów współpracuje ze stykami sprężynowymi zwanymi szczotkami. Składają się one z miękkiego i przewodzącego materiału, takiego jak węgiel, i dociskają się do powierzchni ślizgowej mechanizmu zmiany biegunów. Główną zaletą tej zasady projektowania jest wysoka sterowalność linii poprzez przyłożone napięcie robocze, a także bardzo wysoka sprawność. Wadą jest zużycie szczotek i powierzchni styku spowodowane naciskiem mechanicznym, które jest jednak zrelatywizowane przez zastosowanie nowoczesnych materiałów.

Na rynku dostępnych jest kilka różnych wariantów silników prądu stałego, które różnią się połączeniem z twornikiem lub gumowym korkiem:

Silnik z przekładnią

Niektóre silniki elektryczne są fabrycznie wyposażone w przekładnię. Redukuje ona pierwotną prędkość do określonej wartości, na przykład 420, 70 lub 14 obrotów na minutę, w zależności od wersji.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego

Bezszczotkowe silniki prądu stałego są również znane jako silniki komutowane elektronicznie lub synchroniczne silniki prądu stałego. Zasadnicza różnica w stosunku do silnika szczotkowego polega na braku mechanicznego przełącznika biegunów. Zamiast tego czujnik elektroniczny stale mierzy kąt wirnika. Sygnał z czujnika steruje przełącznikiem półprzewodnikowym, który albo odwraca kierunek prądu, albo wyłącza prąd w odpowiednim momencie podczas obrotu, aby wygenerować moment obrotowy w jednym kierunku.

Silnik bocznikowy

W silnikach bocznikowych prądu stałego cewki twornika są połączone równolegle. Są one przeznaczone do zastosowań wymagających stałego momentu obrotowego, w których obciążenie nie zmienia się znacząco w zależności od prędkości. Należą do nich na przykład przenośniki taśmowe, mieszalniki i podnośniki. Różnica prędkości między pracą na biegu jałowym a pełnym obciążeniem wynosi tylko około pięciu do dziesięciu procent.

Silnik z podwójnym zamknięciem

Ten silnik elektryczny łączy w sobie oba typy napędów i posiada zarówno funkcję uzwojenia bocznikowego, jak i szeregowego.

Silnik szeregowy

Główna różnica między silnikiem bocznikowym i szeregowym polega na tym, że cewki są połączone szeregowo. Oznacza to, że cały prąd twornika płynie do cewek, umożliwiając osiągnięcie znacznie wyższych prędkości. Ponieważ napięcie zasilania nie może być regulowane, prędkość tych silników prądu stałego nie może być dobrze regulowana. Stanowi to problem w niektórych zastosowaniach, ale sprawia, że silniki te są szczególnie przydatne w zadaniach wymagających wysokiego momentu rozruchowego, takich jak elektronarzędzia i maszyny do szycia.



Kryteria wyboru przy zakupie

Najważniejszymi parametrami przy zakupie silników prądu stałego są: prąd znamionowy, napięcie znamionowe, prędkość znamionowa i znamionowy moment obrotowy. Do tego dochodzi konstrukcja, rozmiar i klasa ochrony.

Prąd znamionowy waha się od 0,13 ampera do 20 amperów, napięcie znamionowe zaczyna się od 1,5 wolta, a kończy na 48 woltach. Prędkość znamionowa zależy od tego, czy silnik jest wyposażony w przekładnię. Na przykład, zintegrowaną przekładnię można założyć dla prędkości powyżej około 1000 obrotów na minutę; najniższa wartość wynosi tutaj 8,4 obrotów na minutę. Bez przekładni silniki prądu stałego mogą osiągać prędkość do 18 000 obrotów.

Znamionowy moment obrotowy jest jednym z najważniejszych parametrów dla przemysłowego zastosowania silnika elektrycznego. W przypadku wałów napędowych określa on przenoszoną moc wraz z prędkością. Moment obrotowy jest mierzony w niutonometrach, w skrócie Nm. W przypadku niektórych bardzo małych silników moment obrotowy jest również podawany w milimetrach Newtona (Nmm), co odpowiada jednej tysięcznej niutonometra. Typowe momenty obrotowe dla silników prądu stałego wynoszą od 0,03 do 720 niutonometrów.



Oprócz parametrów elektrycznych i mechanicznych, rozmiar, położenie i rodzaj punktów montażowych oraz średnica wału również odgrywają ważną rolę w procesie zakupu. Jeśli silnik ma być narażony na niekorzystne wpływy środowiska, takie jak wilgoć lub kurz, należy również wziąć pod uwagę stopień ochrony. Jest on definiowany przez wartości IP, gdzie pierwsza cyfra opisuje ochronę przed ciałami obcymi i kontaktem, a druga cyfra ochronę przed wodą.

4 w klasie ochrony IP 40 oznacza więc "Ochrona przed ciałami stałymi o średnicy jednego milimetra lub większej" oraz "Ochrona przed dostępem za pomocą przewodu". Z kolei 0 oznacza, że urządzenie o tym stopniu ochrony nie jest zabezpieczone przed wodą. Sytuacja wygląda inaczej w przypadku często spotykanego stopnia ochrony IP53: 5 oznacza "ochronę przed pyłem w szkodliwych ilościach", 3 - "ochronę przed spadającym strumieniem wody do 60 stopni od pionu".

FAQ - najczęściej zadawane pytania

Czy silnik elektryczny musi być chłodzony podczas pracy?

Jak każda maszyna elektryczna, silnik prądu stałego również przekształca część dostarczanej energii w ciepło. Jest to szczególnie ważne w przypadku silników o dużej prędkości i wysokim momencie obrotowym. Jedną z najczęściej stosowanych metod chłodzenia jest zamontowanie tarczy wentylatora na wale napędowym. Średnica tarczy musi być dobrana w taki sposób, aby generowany przepływ powietrza otaczał obudowę silnika z jak największej liczby stron.


Czy istnieje "procedura docierania" szczotkowych silników elektrycznych?

Tak, istnieje. Silniki prądu stałego ze szczotkami powinny pracować przez kilka minut z ostrożnie zwiększaną mocą przed użyciem przemysłowym. Powód: szczotki i zmieniacz biegunów muszą się do siebie dostosować, co najlepiej zrobić poprzez powolne zwiększanie prędkości.