Od redakcji 7-8/2017

Szanowni Państwo,Okladka
Od nowego roku czasopismo „Elektroinstalator” będzie miało nowego wydawcę. Opiekuńcze skrzydła nad tym najstarszym w branży elektroinstalacyjnej tytułem roztoczyło Wydawnictwo SIGMA-NOT.

Więcej…

Silniki krokowe i liniowe – budowa i zastosowanie (2)

Wiele maszyn i urządzeń technicznych wymaga ruchu postępowego lub postępowo-zwrotnego. Najczęściej taki ruch realizuje się za pomocą silników wirujących poprzez odpowiednie mechanizmy zamieniające ruch obrotowy na prostolinijny. Dlatego pojawiło się zapotrzebowanie na silniki bezpośrednio wytwarzające ruch postępowy – czyli na silniki liniowe.

 

37

 

Konstrukcję pierwszego silnika liniowego opatentowano w 1890 roku. Pierwsze zastosowania silników liniowych zanotowano w latach 1895-1905 w przemyśle włókienniczym do napędów czółek tkackich, zaś w 1902 roku wydano patent na zastosowanie silnika liniowego z dwustronnym induktorem do napędów trakcji kolejowej. Istotnym w rozwoju silników liniowych był moment, gdy firma WESTINGHOUSE ELECTRIC zastosowała tego typu silnik w elektrycznej katapulcie do nadawania przyspieszeń samolotom wojskowym, startującym na lotniskowcach oraz opracowanie w latach sześćdziesiątych XX wieku napędu urządzenia do symulacji zderzeń samochodów. Silniki liniowe charakteryzują się zwartą budową, odporną na wpływy środowiskowe oraz przenoszeniem sił bez udziału elementów mechanicznych.

Silnik liniowy to silnik elektryczny generujący ruch postępowy. Taki ruch jest możliwy do uzyskania dzięki rozmieszczeniu uzwojeń w silniku prostopadle do kierunku ruchu. Istota działania silników liniowych jest bardzo zbliżona do maszyn wirujących, a ich konstrukcja jest wynikiem transformacji obwodów magnetycznych i elektrycznych maszyny konwencjonalnej. Taka transformacja powoduje, że z silnika wirującego otrzymuje się w pierwszej fazie silnik łukowy, następnie liniowy płaski, a w trzecim kroku silnik liniowy tubowy (cylindryczny). Stosując tego typu transformację do wszystkich typów silników wirujących można otrzymać silniki liniowe: indukcyjne, synchroniczne, prądu stałego, krokowe oraz silniki o ruchu złożonym. Ideę transformacji silnika o ruchu obrotowym na silnik liniowy przedstawia rysunek 1. Silnik uzyskany według transformacji przedstawionej na rysunku 1 nosi także nazwę silnika tubowego.

W silniku o strukturze liniowej wyróżnia się część pierwotną, zwaną induktorem oraz część wtórną, zwaną bieżnikiem. Induktor zasilany jest z sieci elektrycznej i ma za zadanie wytworzyć strumień magnetyczny. Uzwojenie induktora wytwarza poprzez strukturę liniową pole magnetyczne wędrujące. Pole to indukuje prądy w części wtórnej. W wyniku oddziaływania prądów części wtórnej na wędrujące pole magnetyczne powstaje siła pociągowa powodująca ruch liniowy części ruchomej silnika, którą może być zarówno induktor, jak i bieżnik. Silnik liniowy jako silnik indukcyjny cechuje stała prędkość liniowa synchroniczna zależna od częstotliwości napięcia zasilania. Prędkość silnika liniowego w dużym stopniu zależy od siły obciążenia i różni się od prędkości synchronicznej o wartość poślizgu, co wyraża równanie:

 

V = V0 (1 - s)

 

gdzie:

v – prędkość silnika liniowego,
v0 – prędkość synchroniczna silnika liniowego,
s – poślizg.

 

Ze względu na analogie w budowie silników wirujących oraz liniowych, do określenia ich cech stosuje się podobne parametry. Prędkość wyrażana jest w m/s, zamiast w obr./min. Przyspieszenie silników liniowych podawane jest w m/s2. Natomiast zdolność do przemieszczania dużych mas wyrażana jest jako siła w niutonach N, zamiast jako moment obrotowy w niutonometrach Nm. Oczywiście dla każdego silnika liniowego podawana jest także moc prądu elektrycznego, pobieranego ze źródła zasilania. W silnikach liniowych, dzięki bezpośredniemu przeniesieniu generowanej siły napędowej na ruch liniowy, uzyskuje się bardzo wysokie przyspieszenia i prędkości.

 

Płaski silnik liniowy
Płaskie liniowe silniki prądu stałego, jak i liniowe silniki krokowe oraz synchroniczne z magnesami trwałymi, można podzielić na dwa rodzaje: jednostronne lub dwustronne magnetycznie (rys. 2).

W płaskich silnikach liniowych powierzchnia czynna – wytwarzająca siłę – jest płaska. W silnikach liniowych jednostronnych wyróżnia się tylko po jednej powierzchni aktywnej dla części pierwotnej i wtórnej. W przypadku silników dwustronnych w części wtórnej występują dwie powierzchnie aktywne. W obu rodzajach silników częścią ruchomą może być część z magnesami trwałymi lub część z uzwojeniem. Magnesy mogą znajdować się między cewkami lub odwrotnie – cewka może znajdować się pomiędzy magnesami.

Liniowy silnik płaski nie ma z góry ograniczonego zakresu ruchu, a ze względu na sposób budowy wyróżnia się silniki budowane bez użycia elementów stalowych oraz z ich użyciem. W silnikach o budowie bez elementów stalowych cewki mocowane są do aluminiowej podstawy, która jest niewrażliwa na działanie pola magnetycznego. W takim rozwiązaniu w momencie odcięcia dopływu prądu element ruchomy nie jest przyciągany do magnesów trwałych oraz nie występuje zjawisko blokowania. Taka konstrukcja zalecana jest do wszystkich aplikacji, w których wymagana jest duża precyzja działania i płynne ruchy, jak np. podczas skanowania.

Druga konstrukcja przewiduje zastosowanie zarówno aluminium, jak i stali. Stalowy rdzeń i zastosowanie mocnych magnesów powodują, że tego typu silniki należą do najsilniejszych dostępnych na rynku. Niestety stalowy rdzeń podnosi wagę silnika, co ma niekorzystny wpływ na jego dynamikę. Inną wadą tego typu silnika jest to, że ma on szczeliny, w których mogą gromadzić się kurz i zanieczyszczenia, powodujące tarcie a nawet blokadę silnika.

 

...pełna wersja artykułu w EI 4/2012

 

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem