Na rysunkach przedstawiono dwa schematy układów zasilania silnika szeregowego i dwa schematy układów zasilania silnika bocznikowego. W których przypadkach wał silnika po podaniu napięcia będzie obracał się w lewo (prąd w uzwojeniu wzbudzenia będzie płynął od początku uzwojenia 1 do końca 2, a w uzwojeniu twornika od końca uzwojenia 2 do początku 1)?
A. Rys. 1 i Rys. 2
B. Rys. 2 i Rys. 3
C. Rys. 1 i Rys. 4
D. Rys. 3 i Rys. 4
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2016 (arkusz E.18-X-16.05).
Odpowiedź Rys. 3 i Rys. 4 jest właściwa, bo w tych dwóch układach spełniony jest podany warunek kierunku prądów: w uzwojeniu wzbudzenia prąd płynie od początku 1 do końca 2, a w uzwojeniu twornika odwrotnie, czyli od końca 2 do początku 1. To właśnie wzajemny kierunek pola magnetycznego wzbudzenia i prądu twornika decyduje o zwrocie momentu elektromagnetycznego silnika prądu stałego. W uproszczeniu można to zapisać jako $M=k\cdot\Phi\cdot I_a$, gdzie Φ zależy od prądu wzbudzenia, a Iₐ od prądu twornika. Jeśli zmienimy kierunek prądu tylko w jednym z tych obwodów, silnik zmieni kierunek obrotów. Jeśli zmienimy oba naraz, kierunek zwykle zostanie taki sam. Dotyczy to zarówno silnika szeregowego, jak i bocznikowego, choć ich sposób połączenia uzwojenia wzbudzenia jest inny. W praktyce warsztatowej dlatego tak ważne jest oznaczanie początków i końców uzwojeń, np. zgodnie z zasadami oznaczania zacisków maszyn elektrycznych stosowanymi w normach PN-EN/IEC 60034. Moim zdaniem to jest taki typ zadania, gdzie nie wolno patrzeć tylko na plus i minus zasilania, bo łatwo się pomylić. Trzeba śledzić drogę prądu przez uzwojenie wzbudzenia i przez twornik osobno. Tak samo robi się przy podłączaniu napędów w maszynach: zanim poda się napięcie, sprawdza się oznaczenia zacisków, ciągłość obwodów i przewidywany kierunek obrotów wału.
W niepoprawnych wyborach pojawia się typowy błąd: zakłada się, że sam sposób podłączenia zasilania, czyli gdzie jest plus i minus, automatycznie określa kierunek obrotów wału. W silniku prądu stałego to za mało. Trzeba porównać kierunek prądu w uzwojeniu wzbudzenia z kierunkiem prądu w uzwojeniu twornika. Warunek z treści zadania jest bardzo konkretny: wzbudzenie ma mieć przepływ od początku uzwojenia 1 do końca 2, natomiast twornik od końca 2 do początku 1. Jeżeli na schemacie jeden z tych prądów płynie inaczej, to moment elektromagnetyczny będzie miał inny zwrot i wał nie będzie obracał się w lewo według przyjętej konwencji. Często uczniowie mylą też silnik szeregowy z bocznikowym i sądzą, że zasada zmiany kierunku obrotów jest całkiem inna. A ona jest podobna: dla zmiany kierunku trzeba odwrócić prąd albo w obwodzie wzbudzenia, albo w obwodzie twornika, ale nie w obu naraz. W silniku szeregowym po odwróceniu biegunowości zasilania odwracają się zwykle oba prądy, więc kierunek obrotów może pozostać bez zmian. W bocznikowym łatwiej analizować gałęzie oddzielnie, ale nadal obowiązuje ta sama logika pola i prądu w tworniku. Z mojego doświadczenia najlepiej przy takich zadaniach rysować sobie strzałki prądów przy każdym uzwojeniu. Wtedy widać, że rysunki inne niż 3 i 4 nie spełniają jednocześnie obu warunków z treści, nawet jeśli na pierwszy rzut oka schemat wygląda podobnie.