Silniki elektryczne są produktem rozwoju techniki napędów potrzebnych do konstruowania maszyn i urządzeń. Najpierw w naszym cyklu poświęconemu tym maszynom elektrycznym przedstawimy podstawową zasadę ich działania.

U podstaw teoretycznych leży rozwój elektrodynamiki, która jako dział fizyki mogła zapoczątkować swój rozwój dzięki odkryciu i opisaniu w 1831 r. zjawiska indukcji elektromagnetycznej przez Michaela Faradaya. Ze względu na to, że rozwój nauki jest procesem ciągłym, zjawisko to nie jest jeszcze ostatecznie i kompletnie poznane. W najbliższych latach możemy się spodziewać dopracowania podstaw teoretycznych prowadzących do ich praktycznego zastosowania w napędach pojazdów oraz maszyn i urządzeń, w tym również w ręcznych obrabiarkach o napędzie

elektrycznym zwanych powszechnie elektronarzędziami.
Indukcja elektromagnetyczna powoduje powstawanie siły elektromotorycznej na skutek zmian strumienia pól magnetycznych. Może też być spowodowana zmianami pola magnetycznego lub względnym ruchem przewodnika i źródła pola magnetycznego. Indukcja elektromagnetyczna należy do grupy oddziaływań elektromagnetycznych, które obok grawitacji, oddziaływań słabych i oddziaływań silnych są zbiorem obecnie znanych oddziaływań podstawowych występujących na Z iemi. Indukcja elektromagnetyczna jest obecnie podstawową metodą wytwarzania prądu elektrycznego oraz podstawą działania wielu urządzeń elektrycznych, np. prądnic, alternatorów, generatorów w elektrowniach, transformatorów, pieców indukcyjnych, mierników indukcyjnych, cewek, głowic elektromagnetycznych i silników indukcyjnych.

W branży obrabiarek o napędzie elektrycznym zastosowania mają maszyny elektryczne, które mogą być skuteczne zarówno statycznie, jak i dynamicznie. Systematyka maszyn elektrycznych uwzględnia następujące grupy: transformatory, liniowe napędy magnetyczne i silniki napędowe oraz generatory. Ze względu na powszechność zastosowań elektronarzędzi skoncentrujemy się na opisie silników napędowych, które zgodnie z nazwą stosowane są jako elementy konstrukcji urządzeń zamieniających energię elektryczną na energię mechaniczną.
Uwzględniając rodzaj pobieranego prądu, rozróżniamy silniki prądu stałego oraz zmiennego (synchroniczne i asynchroniczne). Ze względu na charakter prądu przemiennego: jednofazowe i trójfazowe. Z uwagi na zasadę działania: silniki indukcyjne (najczęściej spotykane), synchroniczne i komutatorowe (używane np. w klasycznych elektronarzędziach). W zależności od budowy wirnika wyodrębnia się silniki indukcyjne klatkowe i pierścieniowe. Wspólną grupę stanowią też silniki uniwersalne, które mogą być zasilane prądem stałym i zmiennym, stosowane najczęściej do napędu sprzętu AGD i elektronarzędzi. Są jeszcze silniki indukcyjne liniowe, które znane są już od końca XIX w., jednak upowszechniły się stosunkowo niedawno i mają coraz więcej zastosowań w budowie nowoczesnych napędów począwszy od skali mikro do makro.

 

Decydującym krokiem w rozwoju silnika prądu zmiennego było wynalezienie silnika asynchronicznego, czyli indukcyjnego. Jest on maszyną elektryczną zmieniającą energię elektryczną w energię mechaniczną, w której wirnik obraca się z poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie stojana. Poślizg ten, czyli asynchroniczność (niezgodność w czasie) pochodzi stąd, że prędkość obrotowa wirnika jest nieco mniejsza od prędkości wirowania pola magnetycznego. Wirujące pole magnetyczne, powstające przy przepływie prądu zmiennego przez uzwojenie stojana działa na prąd, który jest indukowany przez to pole w uzwojeniu wirnika. Powstające w ten sposób siły mechaniczne powodują obrót wirnika. Silniki asynchroniczne są pewne w działaniu i proste w budowie. Do ich niewątpliwych zalet należy zaliczyć to, że rozruch następuje od razu po załączeniu prądu.

Historycznie pierwszy silnik asynchroniczny zbudował Nikola Tesla w 1887 r. Był to silnik dwufazowy obarczony poważnymi wadami. Natomiast w 1889 r. Michał Doliwo-Dobrowolski skonstruował trójfazowy silnik indukcyjny z wirnikiem klatkowym. Ten to wynalazca polskiego pochodzenia w 1891 r. na światowej Wystawie Elektrotechnicznej we Frankfurcie n. Menem zaprezentował wiele urządzeń pracujących właśnie w systemie trójfazowym. Wśród nich silnik asynchroniczny o mocy około 74 kW (100 KM) największy wówczas na świecie. Od tego czasu silniki tego typu długo wiodły prym w grupie napędów elektrycznych.
W ostatnich latach, głównie dzięki rozwojowi elektroniki, zaczęły się dynamicznie

rozwijać inne rodzaje silników elektrycznych, odpowiadając na zapotrzebowania ekologii, większej sprawności oraz miniaturyzacji i zdalnego sterowania. O rozwoju tych konstrukcji opowiemy w następnym odcinku naszego cyklu.

TŻ