Jak działają pierścieniowe silniki elektryczne
Silniki elektryczne są niezbędnym elementem w wytwarzaniu energii, maszynach przemysłowych i ciężkim sprzęcie. Konstrukcja tych silników jest bardzo zróżnicowana, a każdy typ silnika oferuje unikalne korzyści i wyzwania. Jeden typ silnika elektrycznego, zwany silnikiem pierścieniowym, wykorzystuje pierścienie kolektora do przenoszenia energii elektrycznej ze stacjonarnych szczotek do uzwojeń wirnika, które wytwarzają pole magnetyczne napędzające silnik. W tym artykule omówiono sposób działania silnika pierścieniowego i przedstawiono wskazówki dotyczące optymalizacji tego typu silnika elektrycznego, aby jak najlepiej spełniał on potrzeby danego zastosowania.
Silnik pierścieniowy to silnik indukcyjny, który wykorzystuje pierścienie kolektora do przekazywania prądu do uzwojeń wirnika, umożliwiając mu dostarczanie wysokiego momentu rozruchowego przy stosunkowo niskim prądzie zasilania od prędkości zerowej do pełnej. Technologia ta jest powszechnie stosowana w systemach przenośników, dźwigach dźwigowych i obrabiarkach. Główną zaletą silnika pierścieniowego jest jego zdolność do uruchamiania bardzo dużych obciążeń z bardzo wysokim momentem rozruchowym, pokonując dużą bezwładność. Inną kluczową korzyścią jest to, że silnik pierścieniowy może pracować ze zmienną prędkością, a jego krzywa momentu obrotowego jest skutecznie modyfikowana przez wielkość rezystancji podłączonej do obwodu wirnika.
W pierścieniowym silniku elektrycznym stacjonarne szczotki grafitowe ocierają się o zewnętrzną średnicę obracającego się metalowego pierścienia, przekazując energię elektryczną i sygnały ze stałych szczotek do uzwojeń wirnika. Dodatkowe zespoły pierścienia/szczotki są układane wzdłuż wału, jeśli potrzebny jest więcej niż jeden obwód elektryczny. Szczotki stacjonarne łączą się z urządzeniem zapewniającym zwiększoną rezystancję, zwanym reostatem, aby zapobiec uszkodzeniu silnika przez nadmierny prąd wału.
Jak działają pierścieniowe
Wirnik składa się ze zwojów drutu nawiniętych wokół laminowanego, magnetycznie miękkiego rdzenia ferromagnetycznego. Gdy wirnik się obraca, cewki te wytwarzają pole magnetyczne, które oddziałuje ze stacjonarnym polem magnetycznym wytwarzanym przez magnesy trwałe w stacjonarnej „puszce”, w której obraca się wirnik, lub uzwojenie w stacjonarnym stojanie zwane cewką polową. Ta siła, znana jako moment obrotowy, obraca wał. Prąd przepływający ze szczotek przez komutator, specjalny zespół, który przełącza zasilanie do cewek wirnika i cewek pola stojana, zmienia kierunek pól magnetycznych podczas obracania się wirnika, zapobiegając zrównaniu się biegunów wirnika z tymi stojana, zapobiegając w ten sposób zatrzymaniu silnika po odcięciu prądu.
System pierścieni kolektora pozwala również wirnikowi z mniejszą liczbą biegunów, niż byłoby to możliwe w konwencjonalnym silniku indukcyjnym, na osiągnięcie tego samego momentu obrotowego, zmniejszając rozmiar i wagę przy jednoczesnym zwiększeniu prędkości. Różne konstrukcje silników pierścieniowych wykorzystują różne kombinacje indukcyjności i liczby biegunów, przy czym stojany o niższej indukcyjności (zwykle kojarzone z silnikami pierścieniowymi z rdzeniem bez żelaza) umożliwiają większą szerokość pasma sterowania prądem podczas częstotliwości komutacji o wysokiej częstotliwości, podczas gdy stojany o większej liczbie biegunów umożliwiają lżejsze wirniki . Te warianty konstrukcyjne umożliwiają producentom dostosowanie indukcyjności silnika pierścieniowego do określonych wymagań aplikacji. ZCL GROUP to nowoczesna firma importowo-eksportowa specjalizująca się w sprzęcie elektrycznym, sprzęcie mechanicznym, badaniach technologii urządzeń sterowania automatyką i doradztwie technicznym.