-----------------------
Maszyna elektryczna
-----------------------
Maszyna elektryczna
Definicje maszyny elektrycznej oraz uznawanie niektórych urządzeń za maszyny bywa nieco zróżnicowane.
Urządzenie, które na zasadzie indukcji magnetycznej przetwarza energię, albo bez udziału ruchu mechanicznego (transformator), albo z udziałem ruchu mechanicznego (maszyna elektryczna wirująca albo liniowa)[1]. W układach elektromaszynowych następuje przetwarzanie:
-
przetwarzanie energii mechanicznej na elektrycznÄ… (w prÄ…dnicach),
-
elektrycznej na mechanicznÄ… (w silnikach) albo
-
elektrycznej jednego rodzaju na elektrycznÄ… innego rodzaju (w transformatorach i przetwornicach)[2].
UrzÄ…dzenie elektromechaniczne przetwarzajÄ…ce:
-
energiÄ™ mechanicznÄ… na elektrycznÄ… (prÄ…dnica),
-
elektrycznÄ… na mechanicznÄ… (silnik elektryczny) lub
-
elektrycznÄ… na elektrycznÄ… o innych parametrach (przetwornica elektryczna)[
Zasadniczy podział
Do najbardziej popularnych maszyn elektrycznych należą:
-
Maszyny synchroniczne (silnik synchroniczny, generator synchroniczny)
-
Maszyny indukcyjne (silnik asynchroniczny, generator asynchroniczny)
-
Maszyny komutatorowe (silniki komutatorowe prądu stałego i zmiennego oraz prądnice prądu stałego)
Transformatory
Dodatkowo wyróżnia się oddzielną kategorię, tzw. elektromaszynowe elementy automatyki, w skład której wchodzą maszyny projektowane pod kątem realizacji konkretnych zadań w układach automatyki, robotyki, mechanizmach precyzyjnych, itp.
Według wielu autorów[4][5] transformator nie jest maszyną elektryczną lecz urządzeniem, autorzy ci argumentują, że nie posiada on części ruchomych, wchodzi on jednak zwykle w zakres nauczania maszyn elektrycznych, gdyż zachodzą w nim zjawiska identyczne (poza ruchem) jak w maszynach prądu przemiennego.
Maszyny elektryczne wirujące lub liniowe muszą spełniać tzw. warunki elektromechanicznego przetwarzania energii.
Maszyna indukcyjna (asynchroniczna)
-
PrÄ…dnica asynchroniczna
-
Silnik asynchroniczny
Ze względu na sposób wykonania wirnika silniki indukcyjne można podzielić na:
-
Silnik klatkowy (silnik z wirnikami klatkowymi, silnik zwarty) - najbardziej popularny silnik elektryczny w XX wieku.
-
Silnik pierścieniowy (silnik z wirnikami uzwojonymi)
Silnik indukcyjny jest najtańszym silnikiem elektrycznym. Ponad 95% maszyn elektrycznych w przemyśle (pod względem ilości, nie mocy) stanowią silniki indukcyjne trójfazowe (choć wymienione wyżej silniki synchroniczne, posiadają kilka zalet, których pozbawione są silniki indukcyjne - takie jak możliwość kontrolowania współczynnika mocy, proporcjonalność pomiędzy momentem a napięciem wejściowym, prędkość zależną tylko od częstotliwości na wejściu i ilości biegunów, większą wnękę powietrzną i lepszą adaptację do momentu pulsującego obciążenia).
Maszyna prądu stałego
Wymienione wyżej maszyny prądu zmiennego (zarówno silniki jak i generatory) są znacznie prostsze niż maszyny prądu stałego. Silniki prądu zmiennego są również tańsze niż silniki prądu stałego. Z tego względu (jak i również dlatego, że napięcie łatwiej przekształcać w układach prądu zmiennego) maszyny prądu zmiennego spotyka się najczęściej. Z tego też względu przesył energii następuje po liniach prądu zmiennego. Tym niemniej w niektórych okolicznościach stosuje się zarówno przesył po liniach prądu stałego (zob.HVDC) jak i wykorzystuje się silniki prądu stałego.
Silnik prądu stałego - Maszyny prądu stałego zwykle posiadają komutator, co powoduje, że mogą być zasilane prądem stałym, bądź produkują prąd stały, chociaż w uzwojeniach twornika indukowane są napięcia przemienne i płyną prądy przemienne w czasie. Podstawową zaletą maszyn komutatorowych jest łatwość sterowania nimi i regulacji. Podstawową wadą natomiast jest występowanie ruchomego zestyku szczotki-komutator oraz stosunkowo duży koszt wykonania. Zawodne i niewygodne w utrzymaniu komutatorowe maszyny prądu stałego z czasem zostały wyparte przez efektywniejsze energetycznie silniki indukcyjne (wymienione wyżej) orazbezszczotkowe silniki elektryczne (najczęściej z magnesem trwałym). Bezszczotkowy silnik elektryczny (silnik BLDC ang. Brushless Direct Current) może być pewną odmianą silnika synchronicznego. Stosowany jest w każdym komputerze do napędu wszystkiego – od wiatraczka po dysk twardy, a także jako serwomotory (silnikiserwomechanizmu) w obrabiarkach CNC i innych maszynach. Uzwojenia tej maszyny są zasilane przez układ elektroniczny, który w odpowiednim momencie na podstawie pomiaru położenia wirnika z magnesami trwałymi steruje prądem w uzwojeniach stojana. Zaletą takiego silniczka jest brak komutatora i szczotek oraz możliwość precyzyjnego sterowania. Stosowany przy małych mocach – ograniczeniem są między innymi magnesy.
Prądnica prądu stałego
Wyróżnia się również następujący podział ze względu na sposób zasilania uzwojenia wzbudzenia:
Maszyny obcowzbudne (w tym maszyny z magnesami trwałymi)
Maszyny samowzbudne
Ze względu na sposób połączenia uzwojenia wzbudzenia z uzwojeniem twornika wśród maszyn samowzbudnych rozróżnia się:
Maszyny szeregowe – połączenie szeregowe uzwojeń
Maszyny bocznikowe – połączenie równoległe (bocznikowe)
Maszyny szeregowo-bocznikowe – uzwojenie wzbudzenia składa się z dwóch części, jedna połączona jest szeregowo a druga równolegle
Transformator
Transformatory służą do przetwarzania energii elektrycznej na energię elektryczną o innych parametrach (głównie wartości napięć i prądów elektrycznych, choć stosuje się je również np. do zmiany trójfazowego układu napięć na układ sześciofazowy).
Elektromaszynowe elementy automatyki
Maszyny i mikromaszyny elektryczne specjalnego zastosowania w układach automatyki, robotyki, itp. Z tego względu występuje znaczna różnorodność typów i konstrukcji mikromaszyn często nie przypominających wyglądem i zasadą działania maszyn dużych.
-
Silnik synchroniczny przekształtnikowy
-
Silnik synchroniczny reluktancyjny
-
Silnik przełączalny (ze stałymi magnesami, reluktancyjne lub indukcyjne)
-
Selsyny
-
Silnik histerezowy
-
Silnik skokowy (z magnesami trwałymi, reluktancyjne lub hybrydowe)
-
TachoprÄ…dnica
-
Transformator położenia kątowego