Doskonalenie silników elektrycznych w zautomatyzowanych elektrycznych układach napędowych

Rozwój silników elektrycznych zmierza obecnie w następujących kierunkach:

• poprawiona energia i wydajność;

• zwiększenie wydajności, zmniejszenie zużycia materiałów i hałasu, zwiększenie niezawodności i długowieczności pracy;

• lepsze dopasowanie silników i ich przetwornic półprzewodnikowych mocy;

• rozbudowa floty silników elektrycznych o specjalistycznej konstrukcji, zorientowanej obiektowo na określone warunki użytkowania.

Nowoczesne silniki prądu stałego są ulepszane dzięki zastosowaniu włókien metalowych i materiałów metalowo-ceramicznych w bloku kolektora szczotek, co może znacznie zwiększyć prędkość obwodową kolektorów tych silników. Konieczność stosowania szczotko-zbieracza i związane z tym wady tradycyjnych silników prądu stałego doprowadziły w kolejnych latach do zmniejszenia ich udziału mocy w porównaniu z silnikami prądu przemiennego.

Asynchroniczne silniki klatkowe są konstrukcyjnie najprostsze i najbardziej niezawodne, dlatego w ostatnim czasie rozpowszechniły się w napędach elektrycznych sterowanych częstotliwościowo z autonomicznymi falownikami (przetwornicami częstotliwości), które wykonują modulacja szerokości impulsu (PWM)… Udoskonalenie tych silników wynika z zastosowania nowych materiałów i wydajniejszych metod intensywnego chłodzenia.

Perspektywy wykorzystania asynchronicznych silników elektrycznych z wirnikiem fazowym wiążą się z ich zastosowaniem w układach z maszynami dwusilnikowymi.

Synchroniczne silniki elektryczne są tradycyjnie stosowane w zakresie mocy setek kilowatów i więcej. Ich poprawa wynika z wyeliminowania styków poprzez przejście na prostowniki obrotowe i zastosowanie magnesów trwałych.

Absolutną perspektywą są silniki zaworowe, które jako zasadniczo silniki synchroniczne są często uważane za silniki prądu stałego ze względu na fakt, że są zasilane z sieci prądu stałego przez autonomiczny falownik sterowany sygnałami z czujników położenia wirnika.

Silniki zaworowe z magnesami wirnika o wysokim wymuszeniu mają najniższy ciężar właściwy ze wszystkich maszyn. Dlatego przy ich użyciu skutecznie rozwiązuje się problemy projektowe modułów mechatronicznych.

Obecnie silniki elektryczne indukcyjne zaworowe i silniki elektryczne o biegunach stożkowych są intensywnie rozwijane. Takie silniki elektryczne mają najprostszy wirnik wykonany z miękkiego rdzenia magnetycznego. Dzięki temu umożliwiają wysokie prędkości wirnika i są bardzo niezawodne.

W zakresie małych mocy tradycyjnie kontynuowano rozwój silników krokowych, które dzięki swoim cechom konstrukcyjnym zapewniają tworzenie zwartych wieloosiowych modułów mechatronicznych o dyskretnym charakterze ruchów.

Stan techniczny silników elektrycznych w nowoczesnych zmiennoprądowych układach napędowych jest stale monitorowany i diagnozowany.W tym zakresie w silnikach oprócz czujników prędkości, położenia wirnika, czujników Halla, temperatury i drgań wbudowane są również czujniki, co umożliwia zwiększenie niezawodności eksploatacyjnej silników elektrycznych.

Kolejnym kierunkiem zwiększania niezawodności pracy silników elektrycznych w warunkach przemysłowych jest przejście do konstrukcyjnie zamkniętych wersji ich realizacji z wykorzystaniem metod intensywnego chłodzenia powierzchniowego. Pozwala to na wyeliminowanie niewyważenia części wirujących silników na skutek elektrostatycznego osadzania się na nich pyłu przemysłowego podczas samowentylacji oraz wyeliminowanie przedwczesnego niszczenia zespołów łożyskowych i podpór na skutek ich drgań.