Jakie materiały są stosowane w dużych silnikach prądu stałego?

Hej tam! Jako dostawca dużych silników prądu stałego często jestem pytany o to, jakie materiały zastosowano w tych bestiach. Cóż, pozwól, że ci to wyjaśnię.

1. Materiały stojana

Stojan jest stacjonarną częścią silnika prądu stałego i odgrywa kluczową rolę w wytwarzaniu pola magnetycznego. Jednym z najpowszechniejszych materiałów stosowanych na rdzeń stojana jest laminowana stal krzemowa. Dlaczego laminowane? Cóż, pomaga to zmniejszyć straty spowodowane prądami wirowymi. Prądy wirowe to niepożądane prądy krążące, które mogą generować ciepło i energię odpadową. Laminując stal krzemową, zasadniczo tworzymy cienkie warstwy oddzielone materiałem izolacyjnym, który ogranicza przepływ prądów wirowych.

Stal krzemowa ma doskonałe właściwości magnetyczne. Ma wysoką przepuszczalność, co oznacza, że ​​z łatwością może przewodzić strumień magnetyczny. Jest to niezwykle ważne, ponieważ im silniejsze pole magnetyczne możemy wytworzyć w stojanie, tym większą moc może wytworzyć silnik. W przypadku dużych silników prądu stałego potrzebujemy stojana, który wytrzyma duże strumienie magnetyczne bez nasycenia. Nasycenie ma miejsce, gdy materiał magnetyczny nie jest w stanie wytrzymać większego strumienia magnetycznego i zaczyna tracić swoją wydajność.

Innym materiałem, który można zastosować w stojanie, jest miedź. Na uzwojenia stojana używana jest miedź. Jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego o niskiej rezystancji. Oznacza to, że gdy przepuszczamy prąd przez miedziane uzwojenia, straty energii w postaci ciepła są mniejsze. W dużych silnikach prądu stałego uzwojenia stojana mogą przewodzić znaczną ilość prądu, dlatego istotne jest zastosowanie przewodnika wysokiej jakości, takiego jak miedź. Uzwojenia miedziane są starannie zaprojektowane, aby wytworzyć odpowiedni układ pola magnetycznego, gdy przepływa przez nie prąd.

2. Materiały wirnika

Wirnik jest obracającą się częścią silnika i ma również swój własny zestaw materiałów. Podobnie jak stojan, rdzeń wirnika jest często wykonany z laminowanej stali krzemowej. Obowiązują tutaj te same powody - zmniejszenie strat prądów wirowych i posiadanie dobrych właściwości magnetycznych. Wirnik musi oddziaływać z polem magnetycznym wytwarzanym przez stojan, aby wygenerować moment obrotowy i obrót.

W przypadku uzwojeń wirnika ponownie podstawowym materiałem jest miedź. Uzwojenia wirnika są połączone z komutatorem, który jest kluczowym elementem silnika prądu stałego. Komutator pomaga w odpowiednim momencie odwrócić kierunek prądu w uzwojeniach wirnika, zapewniając ciągły obrót. Miedziane uzwojenia wirnika są zaprojektowane tak, aby przenosić prąd, który oddziałuje z polem magnetycznym stojana w celu wytworzenia niezbędnego momentu obrotowego.

W niektórych przypadkach w przypadku dużych silników prądu stałego o dużej wydajności w wirniku można zastosować magnesy trwałe. Te magnesy trwałe mogą zwiększyć wydajność silnika i gęstość mocy. W przypadku tych magnesów trwałych powszechnie stosuje się materiały takie jak neodym, żelazo i bor (NdFeB). Magnesy NdFeB charakteryzują się bardzo wysokim produktem energii magnetycznej, co oznacza, że ​​mogą wytworzyć silne pole magnetyczne w stosunkowo małej objętości.

3. Materiały komutacyjne

Komutator jest istotną częścią silnika prądu stałego, ponieważ ułatwia konwersję prądu przemiennego (indukowanego w uzwojeniach wirnika) na prąd stały. Zwykle składa się z miedzianych segmentów odizolowanych od siebie materiałem takim jak mika. Mika jest doskonałym izolatorem o dużej wytrzymałości dielektrycznej. Jest w stanie wytrzymać wysokie napięcia i temperatury, które mogą wystąpić w komutatorze podczas pracy silnika.

Segmenty miedziane w komutatorze muszą charakteryzować się wysoką przewodnością, aby zapewnić efektywne przesyłanie prądu. Muszą być również odporne na zużycie, ponieważ stykają się ze szczotkami, które ślizgają się po nich podczas obrotu wirnika. Z biegiem czasu, jeśli segmenty miedziane za bardzo się zużyją, może to wpłynąć na wydajność silnika.

4. Materiały pędzlowe

Szczotki służą do przenoszenia prądu elektrycznego pomiędzy częścią stacjonarną (zwykle zasilaczem) a obracającym się komutatorem. Węgiel - grafit jest powszechnym materiałem na szczotki. Ma dobrą przewodność elektryczną, niskie tarcie i może wytrzymać ciepło wytwarzane przez kontakt ślizgowy z komutatorem.

Szczotki węglowo-grafitowe są w pewnym stopniu samosmarujące, co pomaga zmniejszyć zużycie zarówno szczotek, jak i komutatora. Mają także wysoką odporność na wyładowania łukowe. Łuk może powstać, gdy szczotki zerwą kontakt z segmentami komutatora i może spowodować uszkodzenie komutatora i zmniejszenie sprawności silnika.

5. Materiały łożyskowe

Łożyska służą do podparcia obracającego się wału silnika i zmniejszenia tarcia. W przypadku dużych silników prądu stałego stosuje się dwa popularne typy łożysk: łożyska kulkowe i łożyska wałeczkowe.

Łożyska kulkowe mają zazwyczaj stalowe kulki i stalowe bieżnie. Stosowana stal to zazwyczaj wysokiej jakości stal stopowa, która zapewnia wysoką wytrzymałość i trwałość. Gładka powierzchnia stalowych kulek i bieżni pozwala na obrót o niskim tarciu. Z drugiej strony w łożyskach wałeczkowych zamiast kulek stosuje się rolki cylindryczne lub stożkowe. Wytrzymują większe obciążenia promieniowe i osiowe w porównaniu do łożysk kulkowych.

Obudowa łożyska jest często wykonana z żeliwa lub aluminium. Żeliwo znane jest ze swojej wysokiej wytrzymałości i dobrych właściwości tłumiących, które mogą pomóc w zmniejszeniu wibracji. Z drugiej strony aluminium jest lekkie i ma dobre właściwości odprowadzania ciepła.

Obecnie, w zależności od konkretnego zastosowania i wymagań dużego silnika prądu stałego, mogą występować pewne różnice w zastosowanych materiałach. Na przykład, jeśli silnik będzie używany w środowisku o wysokiej temperaturze, konieczne może być zastosowanie specjalnych materiałów odpornych na ciepło na uzwojenia i izolację.

Jeśli szukasz dużego silnika prądu stałego, mamy kilka świetnych opcji. Sprawdź naszeSILNIK 4KW, który jest mocnym i niezawodnym silnikiem odpowiednim do wielu zastosowań przemysłowych. Posiadamy równieżTrójfazowy generator prądu stałego, który może być doskonałym dodatkiem do Twoich potrzeb w zakresie wytwarzania energii. A dla tych specyficznych wymagań, naszeSilnik złożony z krótkim bocznikiem prądu stałegomoże być idealnym rozwiązaniem.

Jeśli masz jakieś pytania lub jesteś zainteresowany zakupem dużego silnika prądu stałego, nie wahaj się z nami skontaktować. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci znaleźć najlepszy silnik do Twojego zastosowania i odpowiedzieć na wszelkie pytania techniczne, jakie możesz mieć. Niezależnie od tego, czy chodzi o użyte materiały, wydajność czy instalację, mamy wszystko, czego potrzebujesz. Zacznijmy więc rozmowę i zobaczmy, jak możemy zaspokoić Twoje potrzeby motoryczne!

Referencje

[1] Fitzgerald, AE, Kingsley Jr., C. i Umans, SD (2003). Maszyny elektryczne. McGraw-Wzgórze.
[2] Chapman, SJ (2012). Podstawy maszyn elektrycznych. McGraw-Wzgórze.