silnik elektryczny
 
Encyklopedia PWN
silnik elektryczny, pot. motor,
maszyna elektryczna przetwarzająca energię elektr. w energię mech. ruchu obrotowego (s.e. wirujący) lub, rzadziej, postępowego (silnik liniowy);
podstawową wielkością fiz. wytwarzaną w s.e. wirującym jest moment elektromagnetyczny (moment obrotowy wytwarzany przy udziale pola elektromagnetycznego), który można określić jako siłę działającą na promieniu wirnika; zgodnie z prawem Ampère’a na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnet. działa siła o kierunku określonym regułą lewej dłoni i o wartości wprost proporcjonalnej do wartości natężenia prądu i wartości indukcji magnetycznej.
s.e. prądu stałego może być wykonany jako silnik komutatorowy lub bezszczotkowy (z elektroniczną komutacją). W s.e. komutatorowym prądu stałego magneśnica (część z uzwojeniem wytwarzającym pole magnet. wzbudzenia) jest umieszczona w stojanie i wytwarza stały strumień magnet. wzbudzenia za pomocą cewek elektromagnesów prądu stałego lub magnesów trwałych; uzwojenie twornika znajduje się w żłobkach wirnika i jest dołączone do wycinków komutatora; zasilanie uzwojenia twornika prądem stałym odbywa się przez elektr. zestyk szczotka–komutator; szczotki dzielą uzwojenie twornika na równoległe gałęzie, a działanie komutatora powoduje, że kierunek prądu w gałęzi jest stały; w ten sposób strumień magnet. uzwojenia twornika ma zawsze ten sam kierunek — prostopadły do strumienia magnet. wzbudzenia; oba strumienie dążą do ustawienia się w jednej osi, co powoduje powstanie elektromagnetycznego momentu obrotowego, proporcjonalnego do iloczynu wartości obu strumieni i sinusa kąta między ich wektorami; kierunek ruchu wirnika zależy od wzajemnego zwrotu strumieni. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia twornika z uzwojeniem wzbudzenia (wytwarzającym strumień wzbudzenia) s.e. prądu stałego o wzbudzeniu uzwojeniem z prądem stałym dzieli się na silniki: szeregowe, bocznikowe, szeregowo-bocznikowe oraz obcowzbudne. S.e. szeregowe mają małą sztywność charakterystyki mech.: prędkość obrotowa szybko maleje ze wzrostem obciążenia, a praca bez obciążenia grozi osiągnięciem przez wirnik niebezpiecznie dużej prędkości, grożącej zniszczeniem silnika; s.e. szeregowe są stosowane w urządzeniach wymagających dużego momentu rozruchowego (np. w trakcji elektr.). W s.e. bocznikowych sztywność charakterystyki mech. jest dużo większa, a w s.e. szeregowo-bocznikowych można uzyskać niezależność prędkości od obciążenia; silniki bocznikowe są szeroko stosowane w napędach o regulowanej prędkości obrotowej. W s.e. obcowzbudnych zasilanie obwodów wzbudzenia i twornika jest niezależne. Rozruch s.e. prądu stałego zwykle odbywa się za pomocą np. rozrusznika rezystorowego lub przez obniżenie napięcia zasilającego. S.e. prądu stałego bezszczotkowy jest wzbudzany magnesami trwałymi umieszczonymi na wirniku, a uzwojenie twornika jest zasilane przez elektroniczny komutator.
S.e. prądu przemiennego dzielą się na asynchroniczne i synchroniczne; do asynchronicznych należą s.e. indukcyjne (maszyna indukcyjna) i komutatorowe (maszyna komutatorowa); s.e. prądu przemiennego są budowane do zasilania z sieci 1-fazowej lub 3-fazowej. S.e. indukcyjne i synchroniczne 3-fazowe mają trójpasmowe uzwojenie twornika rozłożone w żłobkach stojana, zasilane układem symetrycznych trójfazowych prądów; uzwojenie to wytwarza pole magnet. wirujące kołowe. Wirnik s.e. indukcyjnego może mieć uzwojenie cewkowe (cewka elektryczna) rozłożone w żłobkach i dołączone do pierścieni ślizgowych (s.e. pierścieniowy) lub, częściej, uzwojenie prętowe, zwarte, w postaci klatki (s.e. klatkowy). Wirujące pole magnet. stojana przecina uzwojenie wirnika i indukuje w nim siłę elektromotoryczną (indukcja elektromagnetyczna, Lenza reguła). S.e. indukcyjne małej mocy są budowane do zasilania 1-fazowego: z uzwojeniem pomocniczym kondensatorowym oraz ze zwojem zwartym (do ok. 25 W). Silniki indukcyjne klatkowe są bardzo trwałe, nie wymagają konserwacji i są stosowane do napędu urządzeń, jeśli nie jest wymagana regulowana prędkość obrotowa. W s.e. synchronicznym wirnik może być zbud. z szeregu cewek wzbudzenia zasilanych prądem stałym przez pierścienie ślizgowe lub może zawierać magnesy trwałe (s.e. permasynowy). Liczba biegunów pola magnet. wirnika odpowiada liczbie biegunów wirującego pola magnet. stojana; współdziałanie tych pól powoduje powstanie momentu elektromagnetycznego, a warunkiem koniecznym do otrzymania momentu o wartości różnej od 0 w stanie ustalonym jest nieruchomość obu pól względem siebie; oznacza to, że wirnik ze swoim stałym polem musi wirować z taką samą prędkością co pole stojana (synchronicznie). S.e. synchroniczne często służą do napędu maszyn szybkoobrotowych (np. sprężarek), mogą być stosowane jako s.e. skokowe. S.e. skokowe (krokowe) przetwarzają sygnały elektr. (ciąg impulsów sterujących) w skokowe mech. przesunięcie kątowe lub liniowe; są stosowane m.in. w układach z cyfrowym sygnałem sterującym (np. w zegarkach) jako precyzyjne siłowniki. S.e. komutatorowe prądu przemiennego są budowane jako 1-fazowe (gł. silniki szeregowe małej mocy stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego i silniki repulsyjne) i 3-fazowe (szeregowe i bocznikowe). Pod względem budowy są prawie identyczne z s.e. prądu stałego. S.e. komutatorowe 1-fazowe szeregowe noszą nazwę s.e. uniwersalnych, gdyż dostosowane są do zasilania zarówno prądem przemiennym, jak i stałym.
Ważną grupę stanowią s.e. małej mocy. Intensywnie są rozwijane konstrukcje miniaturowych s.e. (wymiary zewn. nawet poniżej 0,5 mm). Miniaturowe s.e., wykorzystujące odwrotne zjawisko piezoelektr. (tzw. silniki ultradźwiękowe), znalazły zastosowanie w sprzęcie fotograficznym.
S.e. liniowy przetwarza energię elektr. bezpośrednio na energię ruchu postępowego; składa się z induktora i bieżnika, które są odpowiednikami stojana i wirnika zwykłego s.e., lecz rozwiniętymi w linię prostą; częścią ruchomą silnika może być zarówno induktor, jak i bieżnik; zaletami tego silnika są m.in.: brak styczności mech. między induktorem a bieżnikiem, cicha praca, dobre chłodzenie, łatwość sterowania, możliwość prostego łączenia silników liniowych w jeden zespół o większej mocy. Rozróżnia się s.e. liniowe prądu stałego, prądu przemiennego, synchroniczne, asynchroniczne i in.; do najnowszych konstrukcji należą silniki o poprzecznym strumieniu magnet. (ang. transverse-flux motor) nadające się do napędzania szybkich pojazdów trakcyjnych poruszających się na poduszce powietrznej lub magnetycznej. S.e. liniowe stosuje się także do napędu suwnic, transporterów, czółenek tkackich, w automatyce.
Pierwszy model s.e. zbudował 1831 M. Faraday, zaś pierwszy s.e. (z komutatorem) o praktycznym zastosowaniu 1834 M.H. Jacobi; 1888 indukcyjny silnik 3-fazowy z wirnikiem klatkowym zbudował M. Doliwo-Dobrowolski.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia