Mają Państwo konkretne zapytanie i potrzebują fachowej porady?
W jaki sposób wprawiać rzeczy w ruch bez użycia siły mięśni? Podczas gdy w przypadku maszyny parowej energia mechaniczna powstaje z wykorzystaniem gorącej pary wodnej czy ciśnienia pary, silniki elektryczne zasilane są energią elektryczną. W związku z tym nazywa się je przetwornikami elektromechanicznymi.
Komponentem współpracującym z silnikiem elektrycznym jest podobnie skonstruowana prądnica. Jej zadaniem jest transformowanie energii kinetycznej w energię elektryczną. Fizyczną podstawą obu tych urządzeń jest indukcja elektromagnetyczna. W generatorze następuje indukowanie prądu i powstaje energia elektryczna, gdy przewodnik znajduje się w poruszającym się polu magnetycznym. Natomiast w silniku elektrycznym przewód prądowy indukuje pole magnetyczne. Ich wzajemne siły przyciągania i odpychania stanowią podstawę wprawiania przedmiotów w ruch.
Co do zasady wnętrze silnika elektrycznego składa się ze stojana i wirnika. Słowo stojan oznacza „stały” i w tym przypadku jest to nieruchomy element silnika elektrycznego. Jest on na stałe połączony z nieruchomą obudową silnika. W przeciwieństwie do stojana, wirnik zamocowany na wale silnika jest elementem ruchomym.
W przypadku silnika trójfazowego stojan wyposażony jest w rdzeń z blach laminowanych, który jest owinięty drutem miedzianym. Tego typu uzwojenie działa jak cewka i wytwarza obracające się pole magnetyczne, gdy przepływa przez nią prąd. Wytwarzane przez stojan pole magnetyczne indukuje w wirniku prąd, który z kolei generuje pole magnetyczne wokół wirnika. Skutkiem jest obrót wirnika wraz z wałem silnika oraz podążanie za polem wirującym stojana.
Dzięki powstającemu ruchowi obrotowemu silnik elektryczny napędza przekładnię (przetwornik momentu obrotowego i prędkości obrotowej) lub jako silnik sieciowy stanowi bezpośredni napęd określonej aplikacji.
W pierwszej kolejności wynaleziono silnik prądu stałego. Jednak w dzisiejszych czasach w przemyśle wykorzystywane są silniki trójfazowe o różnej budowie. Mają one jedną wspólną cechę - efektem ich pracy jest ruch obrotowy osi silnika. Sposób działania silników trójfazowych oparty jest na elektromagnetycznej zasadzie działania silnika prądu stałego.
Silniki prądu stałego
Tak jak w przypadku większości silników elektrycznych, silnik prądu stałego składa się z elementu stałego, stojana, oraz części ruchomej, którą jest wirnik. Stojan wyposażony jest albo w elektromagnes, który indukuje pole magnetyczne, albo w magnes trwały stale wytwarzający pole magnetyczne. Wewnątrz stojana znajduje się wirnik, który zwany jest twornikiem i owinięty jest cewką. Po podłączeniu cewki do źródła prądu stałego (baterii, akumulatora lub zasilacza prądu stałego) wytwarzane jest pole magnetyczne, a rdzeń magnetyczny wirnika staje się elektromagnesem. Wirnik ma możliwość obracania się dzięki łożyskom i ustawia się w taki sposób, aby przyciągające się bieguny pola magnetycznego znajdywały się na przeciwko siebie - biegun północny twornika na przeciwko bieguna południowego stojana.
Aby zapewnić stały ruch obrotowy wirnika, konieczne jest ciągłe odwracanie biegunów. Realizowane jest to poprzez zmianę kierunku przepływu prądu w cewce. W tym celu silnik został wyposażony w tak zwany komutator. To właśnie do niego podłączone są styki zasilające i to on przejmuje zadanie przebiegunowania. Zmieniające się siły przyciągające i odpychające zapewniają stały ruch obrotowy wirnika.
Silniki prądu stałego stosowane są najczęściej w aplikacjach niewymagających dużej mocy. Należą do nich niewielkie narzędzia, podnośniki, windy lub pojazdy elektryczne.
Asynchroniczny silnik trójfazowy
Silnik trójfazowy zasilany jest prądem zmiennym - trójfazowym. W przypadku silników asynchronicznych wirnik jest tak zwanym wirnikiem klatkowym. Obrót wynika z elektromagnetycznej indukcji w wirniku. W tym celu w stojanie rozmieszczone są uzwojenia (cewki) po jednej na każdą fazę prądu zmiennego i przesunięte względem siebie o 120° (rozmieszczenie trójkątne). Po podłączeniu do zasilania trójfazowego każda z cewek wytwarza osobne pole magnetyczne, które obracają się w rytmie czasowo przesuniętej częstotliwości sieciowej. Poddany indukcji elektromagnetycznej wirnik poddaje się działaniu tych pól magnetycznych i zaczyna się obracać. Zastosowanie komutatora, niezbędnego w przypadku silników prądu stałego, nie jest wymagane.
Silniki asynchroniczne zwane są również silnikami indukcyjnymi, ponieważ pracują wyłącznie dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Silniki pracują asynchronicznie, gdyż prędkość obwodowa wzbudzonego elektromagnetycznie wirnika nigdy nie osiąga prędkości obrotowej pola magnetycznego (pola wirującego). Ze względu na ten poślizg sprawność trójfazowych silników asynchronicznych jest mniejsza niż silników prądu stałego.
Więcej o silnikach asynchronicznych.
Synchroniczny silnik trójfazowy
Wirnik silników synchronicznych wyposażony jest w magnesy trwałe, a nie w wirnik czy pręty przewodzące. Dzięki temu nie ma konieczności wykorzystywania indukcji elektromagnetycznej w wirniku, a wirnik obraca się bez poślizgu synchronicznie z tą samą prędkością obwodową co stojan pola magnetycznego. W ten sposób sprawność, gęstość mocy oraz możliwa prędkość obrotowa silników synchronicznych są znacznie wyższe niż ma to miejsce w silnikach asynchronicznych. Jednak budowa silników synchronicznych jest wiele bardziej złożona i kosztowna.
Więcej o silnikach trójfazowych.
Silniki liniowe
Obok maszyn rotujących, które przeważają w dzisiejszych rozwiązaniach przemysłowych, wykorzystywane są również napędy do ruchu liniowego lub po łuku. Tego rodzaju profile ruchu występują przede wszystkim w obrabiarkach, jak również w systemach pozycjonowania i manipulatorach.
Wprawdzie za pomocą przekładni można przełożyć ruch obrotowy silników elektrycznych w ruch prostoliniowy, jednak często silniki rotujące nie dysponują wystarczającą dynamiką, aby móc realizować szczególnie wymagające i szybkie ruchy „translacyjne” lub zadania związane z pozycjonowaniem.
W takich sytuacjach do gry wkraczają silniki liniowe, które bezpośrednio wykonują ruch translacyjny (napędy bezpośrednie). Ich zasadę działania można wyprowadzić od rotujących silników elektrycznych. W tym celu należy wyobrazić sobie rozłożony rotujący silnik. Okrągły stojan zmienia się w równą drogę przejazdu (prowadnica lub szyna), którą należy pokonać. Pole magnetyczne wytwarzane jest wzdłuż tej drogi. Suwak, który w silnikach trójfazowych odpowiada obrotowemu wirnikowi, zwany sankami lub translatorem przesuwa się w silnikach liniowych w linii prostej lub po łuku dzięki przemieszczającemu się wzdłużnie polu magnetycznemu.
Wynalezienia silnika elektrycznego nie można przypisać jednej konkretnej osobie. Na jego odkrycie miały wpływ badania wielu osób. W XIX wieku zainteresowanie elektrotechniką nieustannie rosło i inspirowało wielu badaczy na całym świecie. Od tego czasu raz po raz pojawiają się nowe wynalazki.
W związku z tym, że pierwsze silniki elektryczne wymagały zastosowania baterii cynkowych, do momentu stworzenia konkurencji dla maszyn parowych minęło sporo czasu. Wszystko zmieniło się z chwilą opracowania pierwszych prądnic.
Jednak nawet w tym przypadku istniało wiele ograniczeń. Wytwarzany przez prądnice prąd stały nie nadaje się do transportu na duże odległości. O przełomie można mówić dopiero po wdrożeniu prądu zmiennego i trójfazowego, którego transport na długich odcinkach nie jest związany z dużymi stratami, oraz wynalezieniu silnika trójfazowego.
Poniżej znajduje się skrócona historia zawierająca daty i fakty:
Wszystko zaczęło się od silników elektrycznych. Silniki elektryczne nadal są naszym głównym obszarem działania – zazwyczaj w formie motoreduktorów oraz w połączeniu z pasującym do aplikacji falownikiem. Jako wiodący na świecie producent rozwiązań z zakresu techniki napędowej i automatyzacji mamy dla Państwa kompleksową ofertę obejmującą silniki asynchroniczne oraz synchroniczne.
Niezależnie od tego, czy wymagany jest silnik energooszczędny czy liniowy, elektrocylindry, silniki w wersji higienicznej lub przeciwwybuchowej czy napędy niskonapięciowe - w naszym portfolio znajdą Państwo optymalnie pasujący silnik elektryczny. Cała gama akcesoriów, a w tym hamulce, enkodery wbudowane oraz pozostałe opcje uzupełniają naszą ofertę.