Silniki i transformatory

Co to transformator?

Transformatorem nazywamy urządzenie elektryczne, którego działanie oparte jest na zasadzie indukcji elektromagnetycznej wzajemnej. Urządzenie to przetwarza układ napięć i prądów przemiennych na układ napięć i prądów przemiennych...

Co to transformator?

Transformatorem nazywamy urządzenie elektryczne, którego...

Czytaj więcej

Co to transformator?

Transformatorem nazywamy urządzenie elektryczne, którego działanie oparte jest na zasadzie indukcji elektromagnetycznej wzajemnej. Urządzenie to przetwarza układ napięć i prądów przemiennych na układ napięć i prądów przemiennych o innych wartościach przy zachowaniu częstotliwości.

Jakie istnieją rodzaje transformatorów?

Ze względu na budowę, transformatory podzielić można na trzy grupy:

  1. Transformatory energetyczne – wykorzystywane w energetyce przy przesyle i rozdziale energii elektrycznej;
  2. Transformatory małej mocy – wykorzystywane w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych, automatyce, łączności oraz telemechanice;
  3. Transformatory specjalne – budowane dla zastosowań specjalnych m.in.: przekładniki wykorzystywane w pomiarach, transformatory spawalnicze, transformatory probiercze, transformatory prostownikowe czy też transformatory bezpieczeństwa.

Budowa transformatora

Każdy transformator zbudowany jest poniższych elementów:

a) rdzenia ferromagnetycznego – stanowi on obwód magnetyczny transformatora;

b) dwóch obwodów elektrycznych – uzwojenie pierwotne oraz wtórne stanowiące obwód elektryczny transformatora.

Obwód magnetyczny – jest to rdzeń zbudowany z blach transformatorowych o grubości od 0,3 do
0,5 mm, które są odizolowane od siebie warstwą lakieru, szkła wodnego, papieru czy krzemu. Izolacja jest wykorzystywana w celu ograniczenia prądów wirowych, co ma zapobiegać przegrzewaniu się rdzenia. Części rdzenia na których są umieszczone uzwojenia, nazywane są kolumnami bądź słupami, a części łączące kolumny od góry i od dołu jarzmami. Przerwę między kolumnami a słupami nazywa się oknem.

Obwód elektryczny – zbudowany jest z uzwojeń, które wykonane są w układzie współśrodkowym (cylindrycznym) bądź krążkowym. Uzwojenia wykonane są z przewodów miedzianych oraz są podzielone na połówki i umieszczone na kolumnach rdzenia. Uzwojenie górne jest podzielone na kilka cewek, które oddzielone są szczelinami – ma to zapewnić lepsze chłodzenie. Uzwojenie dolnej strony jest całkowicie odizolowane od uzwojenia górnego.

Funkcje transformatora

Transformator z wyjątkiem zmiany napięcia i prądu przy stałej częstotliwości, może pełnić następujące funkcje:

- może pełnić funkcję izolacji galwanicznej obwodów elektrycznych;
- dopasowywać parametry dwóch części obwodu elektrycznego;
- w celu uzyskania optymalnych warunków współpracy;
- może być wykorzystany jako czwórnik o odpowiedniej impedancji;
- który włącza się między źródło a odbiornik np. w celu ograniczenia prądów zwarciowych;
- służyć jako filtr, który eliminuje składowe stałe prądu i napięcia.

Podstawowe parametry transformatora

Podstawowymi wielkościami opisującymi transformator są:

- napięcia znamionowe U1 ,U2;
- przekładnia znamionowa nz – jest to stosunek wartości skutecznych znamionowych napięć międzyfazowych; - strony wyższego napięcia U1i niższego napięcia U2;
- prądy znamionowe In1 ,In2;
- moc znamionowa transformatora Sn;
- procentowe napięcie zwarcia ΔUz% - jest to napięcie które przyłożone do strony pierwotnej, przy zwartej stronie - wtórnej spowoduje przepływ prądu znamionowego;
- straty mocy w uzwojeniach transformatora (obciążeniowe) ΔPCU;
- straty mocy w rdzeniu transformatora ΔPFE;
- prąd biegu jałowego I0%- jest to prąd który płynie przez gdy uzwojenie pierwotne jest podłączone do zasilania - podczas gdy uzwojenie wtórne jest otwarte.

Chłodzenie transformatorów

Jeżeli kategoryzować transformatory pod kątem wykorzystywanego czynnika chłodzącego, to wyróżnić możemy trzy podstawowe grupy:

  1. transformatory suche – rdzeń z uzwojeniami znajduje się w powietrzu lub w izolacji żywicznej. Ich moce dochodzą do 4 MVA.
  2. transformatory powietrzne – wykorzystywanym czynnikiem chłodzącym jest powietrze. Transformator chłodzony jest w obiegu otwartym. Oznacza to, że powietrze wykorzystywane do chłodzenia jest brane z otoczenia transformatora. Wykorzystywane są w miejscach zagrożonych pożarem.
  3. transformatory olejowe – wykorzystywanym czynnikiem chłodzącym jest olej. Rdzeń transformatora oraz jego uzwojenia zanurzone są w kadzi wypełnionej olejem transformatorowym. Kadź zbudowana jest z blachy, przy czym należy podkreślić, że dno kadzi jest znacznie grubsze od ścianek. Zasada działania polega na tym, że nagrzany w trakcie pracy olej unosi się na skutek konwekcji, by płynąć wzdłuż ścianek kadzi lub wewnątrz rurek chłodzących wychodzących na zewnątrz oraz opada na dno, gdy temperatura się obniży. Olej oddaje ciepło do otoczenia poprzez ścianki kadzi ale jednocześnie wypełnia kanały chłodzące między uzwojeniami oraz w rdzeniu, co powoduje że jest nie tylko czynnikiem chłodzącym ale też izolacyjnym.

Co to silnik elektryczny?

Silnikiem elektrycznym nazywa się maszynę, w której zachodzi konwersja energii elektrycznej na mechaniczną. Odbywa się to za pomocą pola magnetycznego.

Jakie są rodzaje silników elektrycznych?

Istnieje wiele odmian silników, mogą się różnić obudową, kształtem czy wykorzystaniem. Jednakże zasada pozostaje ta sama: wykorzystuje się pole magnetyczne do obrotu wału. Jednakże silniki klasyfikuje się na trzy podstawowe grupy:

- silniki prądu stałego (DC)– do tej grupy zalicza się silniki komutatorowe

- z magnesem trwałym (PMDC);
- szeregowe;
- bocznikowe;
- szeregowo-bocznikowe;
- silniki prądu zmiennego (AC)– są to silniki zasilane bezpośrednio z sieci. Podział tej grupy jest skomplikowany ze względu na ilość kryteriów:

- silniki asynchroniczne– rotor takiego silnika wiruje wolniej od pola magnetycznego. W tej grupie najczęściej wykorzystywane są silniki indukcyjne klatkowe:

- jednofazowe kondensatorowe;
- Jednofazowe ze zwartą fazą rozruchową;
- Jednofazowe z odłącznym uzwojeniem rozruchowym;
- Trójfazowe.

- Silniki synchroniczne – rotor takiego silnika wiruje z prędkością równą prędkości wirowania pola magnetycznego. Występują jednofazowe lub trójfazowe;
- Silniki komutatorowe uniwersalne – są komutatorowymi silnikami szeregowymi, które przystosowane są do zasilania z sieci jednofazowej prądu przemiennego.

- Silniki ze sterowaniem impulsowym (silniki z komutacją elektroniczną)– w tej grupie znajdują się silniki, których działanie nie jest możliwe bez elektronicznych układów sterujących. Tradycyjnie silniki te zaliczały się do silników prądu stałego, jednakże wraz z biegiem czasu wyodrębniły się jako oddzielna kategoria. Wyróżniamy następujące typy silników:

- Silniki krokowe – ze względu na budowę wyróżnić można silniki o zmiennej reluktancji, z trwałym magnesem, hybrydowe. Ze względu na sterowanie uzwojeniami: silniki unipolarne oraz bipolarne
- Silniki bezszczotkowe z wirującym magnesem (BLDC) – z angielskiego są to silniki prądu stałego (BrushLess DC).
- Silniki liniowe – efektem działania takiego silnika nie jest ruch obrotowy, lecz liniowy. Konstrukcja silnika polega na, mówiąc kolokwialnie, „rozwinięciu” wirnika i stojana na płaszczyźnie.
- Silniki liniowe VCM – z angielskiego Voice Coil Motor, nazwa ta oddaje zasadę działania tej konstrukcji. Jest ona zbliżona do poruszania się cewki głośnikowej w szczelnie magnesu. Przesunięcie liniowe tych silników nie przekracza 50 m, przez co bywają nazywane siłownikami Voice Coil Actuator (VCA).

Jakie są parametry silników elektrycznych?

- Napięcie zasilania – wartość napięcia przy której określane są inne parametry silnika;
- Moc znamionowa – jest to moc elektryczna podawana w watach, czyli moc pobierana podczas pracy z normalną prędkością obrotową. Moc mechaniczna jest mniejsza i zależy od sprawności silnika;
- Moment rozruchowy – jest ważnym parametrem, który informuje czy silnik może wystartować pod obciążeniem. Parametr ten jest decydujący o zastosowaniach danego silnika w określonej aplikacji. Moment rozruchowy może być mały (do 150%), średni (150 … 250%) oraz duży (powyżej 250%);
- Obroty znamionowe;
- Prąd znamionowy – prąd pobierany w trakcie normalnej pracy;
- Prąd rozruchowy – prąd występujący podczas rozpędzania silnika, jest on od 2 do 8 razy większy od prądu znamionowego;
- Kierunek obrotów – parametr dotyczący silników komutatorowych szeregowych oraz wybranych indukcyjnych jednofazowych;
- Konstrukcja mechaniczna – wymiary, masa, rodzaj łożysk, mocowanie, średnica wału, konstrukcja obudowy oraz chłodzenie.