Prosty silnik prądu stałego działa na tej samej zasadzie, z tą różnicą, że posiada więcej cewek, dzięki czemu jest bardziej efektywny.
Straty w tym silniku są jednak znaczne, ze względu na:
- tarcie między komutatorem i szczotkami
- spadek momentu obrotowego przy pewnych kątach położenia wirnika.
Także, w przypadku utknięcia (np. przy przeciążeniu), cewki wirnika mogą ulec przegrzaniu i stopić się. Dlatego w większości urządzeń przemysłowych i w większych urządzeniach gospodarstwa domowego, stosuje się silniki indukcyjne. Używane są one w pralkach, lodówkach, pompach centralnego ogrzewania itp.
Silnik indukcyjny / Silnik prądu stałego
Poniższa tabela podaje porównanie części prostego silnika prądu stałego i silnika indukcyjnego:
|
Część |
Silnik prądu stałego |
Silnik indukcyjny |
| Wirnik | Wirujące uzwojenia z miedzianego drutu | Aluminiowe lub miedziane pręty w żelaznym rdzeniu wirnika; pręty miedziane zapewniają wyższą sprawność |
| Stojan | Magnesy trwałe | Źródłem strumienia magnetycznego są uzwojenia z miedzianego drutu |
| Połączenia | Komutator i szczotki przewodzą prąd stały do wirnika | Skrzynka zaciskowa zawiera połączenia stojana z trójfazowym zasilaniem prądu przemiennego |
| Chłodzenie |
Wentylator chodzenia wirnika |
Energooszczędne silniki indukcyjne
Sprawność silnika indukcyjnego można zwiększyć przez:
- zastosowanie miedzianych uzwojeń stojana
- zastosowanie miedzianych prętów w wirniku
- bardzo precyzyjną obróbkę skrawaniem wszystkich części ruchomych
- użycie specjalnej, wysokojakościowej stali w wirniku i stojanie
- utrzymanie możliwie najmniejszej szczeliny między wirnikiem i stojanem – tak samo dzięki precyzji wykonania.
ZOBACZ: Silniki elektryczne. Zastosowanie i ich wpływ na zmniejszenie emisji CO2.
Sprawność energetyczna i obciążenie
Nawet w najbardziej sprawnych silnikach występują straty energii. Sprawność zmienia się wraz z obciążeniem. Mierzymy ją gdy silnik wykonuje pracę. Może to być podnoszenie ciężaru lub obciążanie silnika systemem hamowania.
Sprawność nieobciążonego silnika jest zero (silnik nie wykonuje użytecznej pracy). Wraz ze wzrostem obciążenia zwiększa się sprawność silnika, ponieważ wykonuje on pewną pracę. W tej sytuacji każde dodatkowe obciążenie powoduje wzrost prądu pobieranego przez silnik. Powoduje to zwiększenie zarówno pracy użytecznej, jak i ciepła Joule’a wydzielanego w silniku. Obydwie te wielkości wzrastają wzajemnie proporcjonalnie, utrzymując sprawność na prawie stałym poziomie.
Jakie są źródła strat
Straty w silniku powstają z wielu powodów:
- Tarcie – ruchomych części
- Straty w rdzeniu (w żelazie) – powodowane przez zmienne pola magnetyczne w rdzeniach stojana i wirnika
- Straty w stojanie – na ciepło Joule’a (I2R) od prądu w uzwojeniach stojana
- Straty w wirniku – na ciepło Joule’a (I2R) od prądu w wirniku.
Straty te zależą od obciążenia w różny sposób. Straty na tarcie i straty w rdzeniu są stałe – zależą od prędkości silnika, a nie od natężenia pobieranego prądu. Straty na ciepło Joule’a rosną z obciążeniem, ponieważ przy większym obciążeniu silnik pobiera większy prąd, który silniej nagrzewa uzwojenia. Chociaż z obciążeniem straty rosną, to także zwiększa się wykonywana praca użyteczna. W wyniku tego, sprawność silnika po przekroczeniu około 25% maksymalnego obciążenia pozostaje prawie stała.
| Część | Istniejący silnik | Nowy silnik |
| Koszt | Zapłacony | 400 GBP |
| Sprawność | 90% | 95% |
| Roczny koszt energii elektrycznej | 2 800 GBP | 2 600 GBP |
| Koszt nowego silnika spłaci się po 2 latach i od tego momentu silnik będzie przynosił oszczędności. |
CZYTAJ TEŻ: Miedź jest kluczowa dla efektywności energetycznej
