Silniki elektryczne są wykorzystywane praktycznie w każdym procesie produkcyjnym. Choć zasada działania wszystkich silników elektrycznych jest podobna to w zależności od przeznaczenia mogą się one różnić rodzajem zasilania, sposobem wykonania oraz rodzajem obudowy. W naszej ofercie posiadamy większość typów i rodzai silników wykorzystywanych w przemyśle. Aby poprawnie dobrać silnik elektryczny do potrzeb i wymagań danej aplikacji należy określić jego rodzaj i parametry.
Silniki elektryczne – rodzaje i parametry
Podziału silników elektrycznych można dokonać na różne sposoby. Dzieląc na podstawie napięcia zasilającego występują silniki jednofazowe, trójfazowe oraz prądu stałego. Bardziej szczegółowo można podzielić silniki ze względu na ich sposób budowy oraz zastosowanie.
Silniki elektryczne, ze względu na zasadę działania
Istnieje bardzo dużo rodzajów silników elektrycznych, jednak w przemyśle wykorzystywane są głównie następujące grupy
- silniki elektryczne prądu przemiennego, asynchroniczne (indukcyjne)
- silniki elektryczne prądu stałego komutatorowe (szczotkowe)
- silniki elektryczne prądu przemiennego, synchroniczne (z magnesami trwałymi)
Zdecydowanie najpopularniejszą grupę stanowią silniki asynchroniczne zwane także indukcyjnymi, które w znakomitej większości przypadków są zasilane trójfazowym napięciem przemiennym. Silniki jednofazowe to silniki bardzo małej mocy – zwykle poniżej 1kW. Drugie miejsce jeśli chodzi o popularność jest dyskusyjne, choćby dlatego że sytuacja wydaje się tutaj obecnie zmieniać. Silniki prądu stałego były powszechnie stosowane tam gdzie konieczna była regulacja prędkości obrotowej , zanim upowszechniły się przetwornice częstotliwości i większość z nich nadal pracuje. Z drugiej strony silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są obecnie produktem mocno rozwijanym przez czołówkę producentów silników elektrycznych i są coraz częściej stosowane. Niewątpliwie mają one sporo zalet, jednak ich cena jak dotąd znacznie przewyższa cenę silników indukcyjnych.
Budowa wirnika
Ze względu na budowę wirnika można wyróżnić silniki o budowie klatkowej oraz pierścieniowej. Podział ten ma zastosowanie do silników asynchronicznych. W silniku klatkowym wirnik wykonany jest, jak sama nazwa wskazuje, w postaci klatki z blach i prętów aluminiowych.
Silniki pierścieniowe mają bardziej skomplikowaną budowę, ze względu na uzwojony wirnik. Końce uzwojeń są wyprowadzone na zewnątrz silnika poprzez pierścienie ślizgowe i szczotki. Takie rozwiązanie pozwala na kontrolę prądu płynącego w wirniku, poprzez zmianę rezystancji obwodu. Do końców uzwojeń można bowiem załączać odpowiednie rezystancje. Służą do tego specjalne rozruszniki. Załączanie dodatkowych rezystancji w uzwojenia wirnika powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej silnika, przy zachowaniu dużego momentu. Pozwala to na łagodny start urządzeń o ciężkim rozruchu. Za przykład silnika pierścieniowego może posłużyć polska CELMA Suf250S4 o mocy 37 kW i prędkości 1470 obr/min. Wygląd zewnętrzny takiego silnika różni się od silnika klatkowego większą puszką przyłączeniową. W przypadku starszych polskich silników końce uzwojeń wirnika znajdowały się w dodatkowej puszce umieszczonej z tyłu silnika (np. CELMA Szue84 na zdjęciu po prawej stronie).
Silniki elektryczne, ze względu na przeznaczenie
Ze względu na zastosowanie wyróżniamy następujące grupy silników elektrycznych, z których większość różni się głównie obudową, ale są też takie o odmiennej konstrukcji (silniki wielobiegowe)
- ogólnego przeznaczenia
- przeciwwybuchowe
- wielobiegowe
- z obcym chłodzeniem
- z hamulcem
Silniki ogólnego przeznaczenia
Jak sama nazwa wskazuje stanowią najpopularniejszą grupę silników elektrycznych. Są to silniki wszechstronnie stosowane o podstawowej obudowie, jednej prędkości obrotowej oraz bez akcesoriów wymienionych w innych grupach powyżej jak np. hamulec. Przykładowy silnik z tej grupy będący w naszej ofercie to poniższy Emit typu Se 355 L8 o mocy 160 kW i prędkości 740 obr/min.
Silniki przeciwwybuchowe
Znajdują zastosowanie w strefach zagrożonych wybuchem, gdzie wymagane jest spełnienie dyrektywy ATEX. Wzmocniona, szczelna obudowa silnika przeciwwybuchowego ma za zadanie nie dopuścić do wydostania się z silnika jakiejkolwiek iskry lub płomienia, zarówno w czasie normalnej pracy, jak i podczas awarii.
Silniki wielobiegowe
Posiadają one dodatkowe uzwojenia pozwalające na zmianę liczby par biegunów silnika za pomocą zmiany połączeń uzwojeń silnika. Następuje to poprzez styczniki lub przełącznik. Zmiana biegu takiego silnika wiąże się ze zmianą jego mocy. Silnik na niższych obrotach ma mniejszą moc.
Silniki z obcym chłodzeniem
Są to silniki przystosowane do pracy z falownikiem. Posiadają dodatkowy wentylator napędzany małym silnikiem zasilanym niezależnie. Dzięki obcemu chłodzeniu silnik nie przegrzewa się pracując z prędkością mniejszą od nominalnej, kiedy efektywność jego własnego chłodzenia jest niska.
Silniki z hamulcem
W ich obudowie zintegrowany jest hamulec zwalniany elektromagnetycznie. Pozwala on na szybkie zatrzymanie maszyny po wyłączeniu silnika. Zabezpiecza także wał maszyny przed obróceniem podczas postoju silnika np. w napędzie suwnicy.
Sposób montażu
Sposób montażu silnika jest określony przez rodzaj jego obudowy. Silniki mogą być montowane za pośrednictwem tzw. łap lub kołnierza. Łapy to nic innego jak podstawy umożliwiające postawienie silnika na płaskiej powierzchni i przykręcenie go za pomocą otworów montażowych. Innym rodzajem są silniki montowane za pośrednictwem kołnierza, który umożliwia dokręcenie silnika czołowo do maszyny. Kołnierz umożliwia zawieszenie silnika, bez kontaktu z podłożem lub zamontowanie w pionie. Sposób montażu silnika określa się symbolicznie według następujących kategorii:
- B3 – silniki łapowe
- B5 – silniki kołnierzowe (kołnierz duży – o średnicy większej od średnicy obudowy, z otworami przelotowymi)
- B14 – silniki kołnierzowe (kołnierz mały – nie wystający poza obrys obudowy, z otworami nagwintowanymi, stosowany tylko w silnikach bardzo małej mocy do 5,5 kW)
- B35 – silniki łapowo-kołnierzowe
Prędkość obrotowa
Silniki elektryczne o danej mocy mogą występować z różnymi prędkościami obrotowymi. W przypadku silników prądu przemiennego prędkość ta jest zależna od częstotliwości napięcia zasilającego oraz liczby par biegunów silnika. W przypadku silników synchronicznych wirnik obraca się z prędkością wirowania pola magnetycznego równą
n_s=60frac{f}{p}
f – częstotliwość sieci zasilającej (w Polsce 50Hz)
p – liczba par biegunów silnika (np. silnik o prędkości znamionowej zbliżonej do 3000 ma 2 bieguny tzn. jedną parę, silnik na 1500 obr ma 4 bieguny tzn. 2 pary itd.)
W przypadku silników asynchronicznych wirnik obraca się z pewnym poślizgiem względem pola magnetycznego. Z tego powodu ich prędkości znamionowe są nieco niższe od prędkości synchronicznych:
n=n_s(1-s)
s – poślizg silnika asynchronicznego (w granicach kilku procent)
Możliwe prędkości obrotowe silnika elektrycznego prądu przemiennego prezentuje tabela. Prędkości znamionowe podano dla przykładowej wartości poślizgu 4%.
| liczba biegunów | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| pręd. synchroniczna | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 | 500 |
| pręd. znamionowa | 2880 | 1440 | 960 | 720 | 576 | 480 |
Silniki wolnoobrotowe, ze względu na większą ilość biegunów, mają znacznie większe gabaryty niż silniki o wyższych obrotach i tej samej mocy. Ich cena jest też przez to większa.
Wielkość mechaniczna
Kolejnym parametrem charakteryzującym silnik elektryczny jest jego wielkość mechaniczna. Jest ona znormalizowana i zawarta w typie silnika, niezależnie od jego producenta. Podaje się ją w milimetrach i oznacza ona wysokość osi wału od podstawy łap silnika. Przez to określana jest też często jako wznios wału. W przypadku silnika kołnierzowego oznacza ona, że jego korpus jest wielkości danego silnika łapowego. Zwykle większość silników o danej mocy i obrotach ma standardową, tą samą wielkość mechaniczną. Zdarzają się jednak silniki nietypowe o mniejszej niż standardowa obudowie nazywane silnikami progresywnymi lub błędnie – silnikami o obudowie wzmocnionej. Druga nazwa jest myląca i nieprawdziwa, ponieważ obudowa takich silników nie jest w żaden sposób “wzmocniona” mechanicznie. Ponadto terminu silniki budowy wzmocnionej używa się formalnie do określania np. silników w wykonaniu przeciwwybuchowym.
Silniki duże i małe…
Z przymrużeniem oka, silniki można zawsze podzielić na duże i małe… Jedno jest pewne, u nas znajdziesz wszystkie: łapowe i kołnierzowe, wysoko i wolnoobrotowe, nowe i używane, trójfazowe prądu przemiennego i prądu stałego, pierścieniowe i klatkowe, ogólnego przeznaczenia i w wykonaniu specjalnym.
