SZYBKI KONTAKT:
  mobile 511-048-221
  mobile 515-096-340
  silniki@elmetor.pl

Silniki prądu stałego są powszechnie używane w różnych dziedzinach życia, od pojazdów elektrycznych po domowe urządzenia elektryczne. Dzieje się tak za sprawą ich niezawodności, efektywności oraz możliwości precyzyjnego sterowania.

W tym artykule omówimy budowę, rodzaje, zasadę działania oraz zastosowanie silnika prądu stałego. Zapoznaj się z jego treścią, aby dowiedzieć się więcej na ten temat.

Budowa silnika prądu stałego

Silnik prądu stałego składa się z kilku głównych elementów, z których każdy pełni swoją rolę w procesie przekształcania energii elektrycznej na mechaniczną. Podstawowe części silnika prądu są następujące:

• Stojan - pełni funkcję osłony i podpory dla innych elementów silnika. Zawiera magnesy trwałe, które generują stałe pole magnetyczne.
• Wirnik z uzwojeniem twornika - ruchoma część silnika, posiadająca uzwojenie twornika. Jest to prostokątna ramka z drutu, która jest umieszczona w obszarze pola magnetycznego.
• Szczotki - są elementami przewodzącymi, które doprowadzają prąd elektryczny do uzwojenia twornika. Ich rola jest kluczowa dla zapewnienia ciągłości przepływu prądu.
• Komutator - to pierścień ze stykami, który jest połączony z uzwojeniem twornika. Działa jako przełącznik, umożliwiając zmianę kierunku przepływu prądu w uzwojeniu w miarę obrotu wirnika.
• Wyjścia do zasilania - to miejsca, gdzie silnik jest zasilany prądem elektrycznym, co inicjuje ruch wirnika w polu magnetycznym.

Występują również silniki bezszczotkowe, które jak wskazuje nazwa, nie mają szczotek oraz mechanicznego komutatora.

Rodzaje silnika prądu stałego

Silniki prądu występują w różnych formach i konfiguracjach, co pozwala na dostosowanie ich do różnorodnych zastosowań. Biorąc pod uwagę sposób wzbudzenia pola magnetycznego można je podzielić na:

• silnik obcowzbudny prądu stałego,
• silnik samowzbudny prądu stałego.

Silnik obcowzbudny prądu stałego z magnesami trwałymi

Silnik obcowzbudny z magnesami trwałymi to konstrukcja, w której zarówno stojan, jak i wirnik, posiadają magnesy trwałe. Oznacza to, że zarówno część statyczna (stojan) jak i ruchoma (wirnik) są magnetyzowane, co generuje pole magnetyczne. Ta prostota konstrukcji sprawia, że silniki te są trwałe i łatwe w obsłudze. Jednakże, ich głównym ograniczeniem jest brak możliwości regulacji prędkości.

Silnik prądu stałego samowzbudny

Silnik samowzbudny prądu stałego charakteryzuje się zdolnością do generowania pola magnetycznego bez konieczności zewnętrznego źródła magnetyzacji. Oznacza to, że nie potrzebuje stałego zasilania do stworzenia pola magnetycznego w stojanie.

Jest to szczególnie przydatne w sytuacjach, gdzie dostęp do zewnętrznego źródła magnetyzacji jest ograniczony. Silniki te są stosowane w przypadkach, gdzie istnieje potrzeba autonomicznego działania.

Tego rodzaju napędy elektryczne można podzielić na:

• Silnik szeregowy prądu stałego - w tym przypadku uzwojenie wirnika jest połączone szeregowo z uzwojeniem stojana. Silniki tego typu charakteryzują się wysokim momentem obrotowym na niskich prędkościach, co sprawia, że są idealne do zastosowań wymagających dużej siły rozruchowej, takich jak pojazdy trakcyjne.
• Silniki bocznikowe prądu stałego - tutaj uzwojenie wirnika i uzwojenie stojana są połączone równolegle. Silniki te są bardziej zrównoważone, oferując równowagę pomiędzy momentem obrotowym a prędkością, co sprawia, że są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach.
• Silniki szeregowo-bocznikowe - łączy cechy silnika szeregowego i bocznikowego, łącząc zalety obu konfiguracji. Jest stosowany w sytuacjach, gdzie wymagane są zarówno wysoka siła rozruchowa, jak i szeroki zakres regulacji prędkości.

Silnik bezszczotkowy

Osobną grupę napędów DC stanowią silniki bezszczotkowe, zwane także BLDC. W tym przypadku, sterowanie prądem odbywa się za pomocą elektronicznego komutatora, co eliminuje potrzebę stosowania szczotek i zmniejsza wymagania konserwacyjne.

Silniki bezszczotkowe są efektywne, trwałe i charakteryzują się wysoką sprawnością, co sprawia, że są coraz bardziej popularne w różnych zastosowaniach, zwłaszcza w urządzeniach przenośnych i motoryzacji.

Zasada działania silnika elektrycznego prądu stałego

Silniki elektryczne prądu stałego działają na zasadzie oddziaływania elektromagnetycznego, wykorzystując interakcję pomiędzy polem magnetycznym a prądem elektrycznym do generowania ruchu obrotowego.

Jak już wspomnieliśmy, silnik elektryczny na prąd stały składa się z dwóch głównych części: stojana i wirnika. W stojanie umieszcza się magnesy trwałe lub elektromagnesy, tworząc stałe pole magnetyczne w obszarze, gdzie poruszać się będzie wirnik.

Wirnik silnika prądu stałego posiada uzwojenie twornika, czyli zwykle prostokątną ramkę z drutu, której końce są podłączone do komutatora. Gdy prąd elektryczny płynie przez to uzwojenie, generuje się pole magnetyczne wokół uzwojenia, które oddziałuje z polem magnetycznym stojana.

Jak zatem wygląda rozruch silnika prądu stałego? Zgodnie z zasadą Ampère'a, prąd płynący przez przewodnik w polu magnetycznym doświadcza siły. W przypadku silnika prądu stałego, siła ta jest skierowana prostopadle do kierunku prądu i pola magnetycznego, co powoduje obrót uzwojenia wirnika.

Siła elektromagnetyczna powoduje obrót wirnika wokół osi. W wyniku tej rotacji mechaniczna energia elektryczna przekształca się w ruch obrotowy. W trakcie obrotu wirnika, komutator zmienia kierunek przepływu prądu w uzwojeniu twornika.

Dzięki temu również pole magnetyczne generowane przez uzwojenie zmienia kierunek, co powoduje ciągły obrót wirnika w jednym kierunku. To zapewnia stały moment obrotowy, który może być wykorzystywany do napędu różnych urządzeń mechanicznych.

Zasada działania silnika prądu stałego jest więc oparta na zjawisku elektromagnetycznym, gdzie prąd i pole magnetyczne współdziałają, generując ruch obrotowy wirnika.

Komutator odgrywa tu kluczową rolę w zapewnieniu jednokierunkowego ruchu wirnika. Dzięki temu silniki prądu stałego są niezwykle skuteczne i szeroko wykorzystywane w wielu dziedzinach, od pojazdów elektrycznych po urządzenia domowe.

Zastosowanie silnika prądu stałego

Silniki prądu stałego znalazły szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, dzięki swojej wszechstronności, precyzyjnej regulacji oraz niezawodności. Ich zdolność do dokładnego sterowania prędkością i momentem obrotowym sprawia, że są idealne do zastosowań, gdzie wymagane są płynne i efektywne zmiany prędkości.

Są wykorzystywane między innymi jako napędy w pojazdach elektrycznych, takich jak samochody, rowery elektryczne i hulajnogi. W autach mogą być umieszczone na osi napędowej i połączone bezpośrednio z kołami pojazdu lub wykorzystywane w połączeniu z przekładnią, dostosowując moment obrotowy do wymagań danej aplikacji.

Silniki prądu stałego są integralną częścią wielu domowych urządzeń elektrycznych. Znajdują zastosowanie w odkurzaczach, mikserach, wiertarkach, pralkach, wentylatorach i innych podobnych urządzeniach. Dzięki możliwości dostarczania stałego momentu obrotowego przy różnych prędkościach pozwalają na efektywne i precyzyjne działanie tych urządzeń.

W dziedzinie robotyki, gdzie precyzyjne sterowanie silnikiem prądu jest kluczowe, są stosowane w różnorodnych aplikacjach. Począwszy od prostych zabawek po zaawansowane systemy przemysłowe. Ich właściwości, w tym zdolność do szybkiego reagowania na zmiany sygnałów sterujących sprawiają, że są idealne do tego typu zastosowań.

Silniki prądu stałego znajdują również zastosowanie w elektronice, na przykład w napędach wentylatorów chłodzących. Dzięki precyzyjnej regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego, urządzenia te pomagają w utrzymaniu odpowiedniej temperatury podzespołów komputerowych. Wysoka sprawność i trwałość silników prądu stałego sprawiają, że są one popularnym wyborem w tej dziedzinie.

Silniki prądu stałego są wykorzystywane w generatorach prądu, pełniąc istotną rolę w systemach zasilania awaryjnego. W przypadku utraty zasilania z sieci, silniki te pozwalają na generowanie energii elektrycznej, co umożliwia podtrzymywanie pracy istotnych urządzeń i systemów przez pewien czas.