Klasyfikacja silników elektrycznych: rodzaje jednostek, przeznaczenie urządzeń asynchronicznych i synchronicznych

Silniki elektryczne to wszechstronne jednostki zdolne do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Obecnie istnieją różne typy i klasyfikacje silników elektrycznych stosowanych w instalacjach domowych i przemysłowych. Taka technika może różnić się zasadą działania, zasilaniem od prądu stałego lub przemiennego, mocą i przeznaczeniem.

Zasada działania i cechy konstrukcyjne

Urządzenie silnika elektrycznego jest standardem, co pozwala znacznie uprościć obsługę i naprawę sprzętu. Stojan i wirnik, które są głównymi elementami technologii, znajdują się wewnątrz cylindrycznego rowka. Po przyłożeniu napięcia do uzwojenia nieruchomego stojana wzbudzane jest pole magnetyczne, które napędza wirnik i wał silnika elektrycznego.

Stały ruch wirnika jest utrzymywany przez ponowną komutację uzwojeń lub przez wytworzenie wirującego pola magnetycznego w stojanie. Jeżeli pierwsza metoda podtrzymywania obrotu wału jest charakterystyczna dla modyfikacji kolektorów jednostek, to tworzenie wirującego pola magnetycznego jest nieodłączne w przypadku trójfazowych silników asynchronicznych.

Korpus silnika elektrycznego może być wykonany ze stopu aluminium lub żeliwa. W każdym przypadku dobór materiału korpusu opiera się na zakresie technologii i jej niezbędnych parametrach wagowych.

Wszystkie silniki produkowane są w tych samych wymiarach montażowych, co znacznie upraszcza ich montaż i późniejszą eksploatację.

Zakres stosowania

Przeznaczenie silnika elektrycznego jest niezwykle szerokie. Takie jednostki służą do wzmacniania mocy sygnałów elektrycznych, są zdolne do przekształcania prądu stałego w prąd przemienny i mogą być stosowane w różnych typach maszyn elektrycznych. Zwyczajowo rozróżnia się jednostki przeznaczone do stosowania w urządzeniach przemysłowych, inżynierii mechanicznej, na różnych maszynach do podnoszenia i wyposażeniu specjalnym. Dużą popularnością cieszą się również silniki elektryczne małej mocy, które z powodzeniem stosowane są w różnych narzędziach gospodarstwa domowego i urządzeniach kuchennych.

Klasyfikacja sprzętu

Obecnie istnieją różne klasyfikacje silników elektrycznych, które różnią się różnymi kryteriami i charakterystykami. W zależności od cech techniki zwyczajowo ją klasyfikuje się:

1. Zgodnie ze specyfiką momentu obrotowego rozróżnia się jednostki magnetoelektryczne i histerezy.
2. Według rodzaju mocowania zwyczajowo rozróżnia się silniki z poziomym i pionowym układem wału.
3. W zależności od klasy ochrony przed wpływami środowiska rozróżnia się między osłoną, zamkniętą i przeciwwybuchową.

W modyfikacji typu histerezy obrót wału opiera się na odwróceniu namagnesowania wirnika. Takie silniki były popularne w przeszłości, ale dziś ich konstrukcja jest przestarzała, więc praktycznie nie można ich znaleźć. Najbardziej rozpowszechnione są jednostki magnetoelektryczne zdolne do pracy naprzemiennej lub prądu stałego, a także modeli typu uniwersalnego, które zasilane są jednocześnie prądem przemiennym i stałym obecny.

Instalacje magnetoelektryczne

Zastosowanie modyfikacji magnetoelektrycznych silników prądu stałego zapewnia doskonałe właściwości dynamiczne i eksploatacyjne. W zależności od jego konstrukcji, takie typ silnika dzieli się na dwie główne kategorie:

• z magnesami trwałymi;
• z elektromagnesami.

W ostatnich latach modyfikacje z elektromagnesami, które mają: większą moc, są ekonomiczne w eksploatacji i pozwalają na szybką zmianę parametrów pracy ekwipunek.

W silnikach kolektorowych do połączenia części obrotowej i nieruchomej silnika stosuje się zespół szczotek. Takie jednostki mogą być wykonywane z niezależnym wzbudzeniem i wykorzystaniem magnesów trwałych, ale są też takie, które mają typ samowzbudny z mieszanym, sekwencyjnym lub równoległym połączenie. Modyfikacje kolektora mają przeciętne wskaźniki niezawodności. Wymagają kompetentnej i terminowej obsługi.

Bezszczotkowe zespoły zaworów mają zamknięty system, który działa na zasadzie urządzeń synchronicznych. Wysokiej jakości bezszczotkowe silniki elektryczne wyposażone są w czujnik położenia wirnika, posiadają konwerter współrzędnych, na podstawie danych z których pracuje urządzenie.

Silniki zaworów mogą mieć różne rozmiary i moce. Takie jednostki są używane w urządzeniach przemysłowych. Są również wyposażone w narzędzia wielokrotnego ładowania, różne zabawki i telefony komórkowe.

Synchroniczne silniki elektryczne

Silniki synchroniczne prądu przemiennego zawierają modyfikacje, w których wirnik obraca się synchronicznie z generowanym polem magnetycznym. Cechą takich jednostek jest ich duża moc, która może sięgać setek kilowatów. Głównymi obszarami zastosowania urządzeń synchronicznych są zakłady przemysłowe dużej mocy, generatory wiatrowe i elektrownie wodne.

Zwyczajowo rozróżnia się kilka modyfikacji synchronicznych silników elektrycznych:

• krokowy;
• reaktywny;
• z magnesami trwałymi;
• histereza reaktywna;
• strumień zaworu;
• z uzwojeniami wzbudzenia;
• hybrydowy synchroniczny.

W przypadku krokowych silników synchronicznych z dyskretnym ruchem kątowym wału położenie wirnika będzie ustalane poprzez doprowadzenie napięcia do uzwojeń pętli. Przejście do innej pozycji wału odbywa się poprzez odłączenie zasilania z niektórych uzwojeń, a następnie doprowadzenie napięcia do innych uzwojeń transformatora.

Szeroko stosowany jest również zaworowy silnik reluktancyjny, w którym uzwojenie wykonane jest z elementów półprzewodnikowych. Reakcje zaworów charakteryzują się zwiększoną mocą, przy czym mogą być w pełni sterowane przez elektronikę, co pozwala zarówno utrzymać minimalne obroty, jak i szybko osiągnąć pełną moc przy maksymalnej częstotliwości rewolucje. Zaletami silników synchronicznych są:

• stabilna prędkość obrotowa;
• niska wrażliwość na spadki napięcia w sieci;
• możliwość wykorzystania jako generator prądu;
• minimalny pobór mocy.

Jednak nadal istnieją wady urządzeń synchronicznych. Obejmują one trudności z rozruchem, trudności z konserwacją i problemy z regulacją prędkości wału. Głównym celem takich urządzeń jest potężny sprzęt przemysłowy, w którym ceni się wydajność jednostek i ich niezawodność.

Modyfikacje asynchroniczne

W przypadku silników indukcyjnych prądu przemiennego prędkość wirnika będzie się różnić od pola magnetycznego. Takie jednostki nazywane są również indukcyjnymi, co tłumaczy się zasadą generowania pola magnetycznego, które występuje w wyniku ruchu stojana. Najbardziej rozpowszechnione są modyfikacje asynchroniczneco tłumaczy się prostotą ich konstrukcji, niezawodnością, trwałością, a także możliwością wykonania obu ciężkie instalacje przemysłowe i małe silniki elektryczne przeznaczone do użytku w gospodarstwie domowym instrumenty.

W zależności od rodzaju prądu elektrycznego, z jakim działają takie jednostki, zazwyczaj dzieli się je na trzy kategorie:

• jednofazowy;
• dwufazowy;
• trójfazowy.

Najbardziej rozpowszechnione obecnie są jednofazowe silniki asynchroniczne, które mogą działać z domowego źródła zasilania. Cechą silników jednofazowych jest obecność tylko jednego uzwojenia roboczego i wirnika klatkowego na stojanie. Do uzwojenia stojana doprowadzany jest przemienny prąd jednofazowy, który wprawia w ruch obrotowy wirnik i wał silnika. Sam wirnik ma cylindryczny rdzeń z ogniwami odlewanymi z aluminium i otwartymi łopatkami wentylacyjnymi. Silniki jednofazowe klatkowe są stosowane w małych urządzeniach, takich jak pompy wodne i wentylatory pokojowe.

Silniki asynchroniczne dwufazowe są przeznaczone do pracy w jednofazowej sieci prądu przemiennego. Ich cechą jest obecność dwóch uzwojeń roboczych na stojanie, umieszczonych prostopadle do siebie. Podczas pracy urządzenia prąd przemienny jest dostarczany bezpośrednio do jednego uzwojenia, a do drugiego przez odpowiedni kondensator przesuwający fazę. Na wyjściu powstaje wirujące pole magnetyczne, które ułatwia uruchomienie silnika elektrycznego, a następnie utrzymuje stałą wysoką prędkość.

Silniki trójfazowe mogą mieć wirnik klatkowy i fazowy. Zespoły wyposażone są w trzy uzwojenia robocze umieszczone równolegle do siebie na stojanie. Gdy silnik jest włączony w sieci trójfazowej, pole magnetyczne ma przesunięcie w przestrzeni względem uzwojenia o 120 stopni. Obecność pola zwarciowego ułatwia uruchomienie urządzenia, przy jednoczesnym utrzymaniu stabilnej prędkości. Modyfikacje silników z wirnikiem uzwojonym wyróżniają się zwiększoną mocą i są stosowane głównie w urządzeniach przemysłowych.

Zaletami asynchronicznych silników elektrycznych jest ich odporność na przepięcia oraz uniwersalność zastosowania. Ze względu na prostotę konstrukcji ich późniejsza konserwacja jest znacznie uproszczona, a sam sprzęt jest wyjątkowo niezawodny i nie sprawia żadnych problemów podczas pracy. W zależności od ich modyfikacji instalacje mogą pracować jak z potężnego źródła energii elektrycznej w układzie trójfazowym sieci, oraz z domowej sieci elektrycznej, co pozwala na ich zastosowanie w różnych urządzeniach gospodarstwa domowego i wszelkiego rodzaju urządzenia elektryczne.

Silniki elektryczne to najprostsze i niezwykle niezawodne urządzenia, które znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle i życiu codziennym. Obecnie istniejące typy silników elektrycznych pozwalają wybrać jednostkę, która w pełni spełni charakterystykę jej działania. Za pomocą takich silników, potężnych maszyn i urządzeń można napędzać wydajne pompy. Żadne domowe urządzenie elektryczne nie może obejść się bez ich użycia.