Strona głównaPytania → Jak działa silnik i prądnica...

Jak działa silnik i prądnica prądu stałego?

Pytanie

Pyta Arkadiusz

Wirnik silnika DC, który pobudzony zostanie prądem stałym, zacznie się obracać. Czy jeśli zadaniem będzie użyć tego silnika jako generatora, to czy przy obracaniu wirnika mechanicznie prąd w przewodach, zgodnie z prawem Faradaya, będzie prądem zmiennym?

Odpowiedź

Odpowiada Damian Zdulski

Jeśli silnik działający na prąd stały będziemy wykorzystywać jako prądnicę obracając jego wirnikiem ze stałą prędkością kątową to na wyjściu uzyskamy także prąd stały, gdyż silnik w identyczny sposób zamienia energię mechaniczną na elektryczną jak i elektryczną na mechaniczną. Aby lepiej zrozumieć ten fakt rozpatrzymy budowę uproszczonego modelu takiego silnika.

Model silnika prądu stałego. Źródło:http://silnikielektryczne.prv.pl/html/silnik_dc.html

Składa się on z: dwóch magnesów wytwarzających stałe pole magnetyczne, ramki znajdującej się między nimi przez którą płynie prąd, komutatora przyspawanego do ramki oraz szczotek podłączonych do reszty obwodu elektrycznego.

Słusznie Pan zauważył, że na skutek prawa Faradaya, gdy obracamy ramkę w polu magnetycznym, to w obwodzie jest indukowany prąd zmienny. Analogicznie gdybyśmy puścili przez ramkę prąd stały to z wzoru na siłę Lorentza wynika, że moment siły generowany przez ramkę byłby także zmienny w czasie. Dlatego aby zapewnić stały w czasie prąd, gdy układ operuje jako prądnica, lub moment siły, w przypadku gdy układ wykorzystujemy jako silnik, konieczne jest zastosowanie komutatorów. Podczas obrotu ramki cały czas stykają się one z szczotkami zapewniając tym samym podłączenie ramki do reszty obwodu. Gdy ramka obróci się o 180 stopni, jak widać z rysunku, komutatory zaczynają się stykać z przeciwnymi szczotkami co skutkuje zmianą kierunku prądu elektrycznego. Dzięki temu prąd oraz moment siły nigdy nie zmieniają kierunku. W rzeczywistych silnikach stosuje się dużo większą liczbę komutatorów. Dzięki temu zmniejsza się zmienność obu wspomnianych wielkości tak, że są one praktycznie stałe w czasie. W nowszych konstrukcjach przedstawione powyżej komutatory mechaniczne często zastępuje się mniej podatnymi na awarie układami elektronicznymi, które odpowiednio sterują przepływem prądu.

Szczegóły matematyczne działania silnika prądu stałego można znaleźć w serii filmików tutaj.