Silnik elektryczny asynchroniczny

Elektryczny silnik asynchroniczny jest maszyną indukcyjną składa się z 2 podstawowych części: nieruchomego stojana i ruchomego wirnika. Przemienny prąd stojana powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego (pole wirujące), które w wyniku indukcji elektromagnetycznej (stąd inna nazwa silnika silnik indukcyjny) wywołuje prąd elektryczny w uzwojeniach wirnika. Oddziaływanie uzwojeń stojana i wirnika wywołuje ruch. Moment obrotowy na wale(zwany elektromagnetycznym) maszyny powstaje przy pojawieniu się pary sił na wirniku, a wywołanych prądem płynącym w uzwojeniach wirnika.

Prąd indukcyjny w wirniku powstaje jeżeli obraca się on z prędkością inną niż prędkość wirowania pola magnetycznego. W typowych silnikach przy obciążeniu znamionowym jest to o kilka procent mniej niż szybkość wirowania pola magnetycznego (poślizg). Silnik asynchroniczny bez obciązenia uzyskuje obroty prawie równe obrotom silnika synchronicznego. Silnik asynchroniczny obracający się z prędkością większą od synchronicznej hamuje prądem elektrycznym.

Efekt wirowania pola jest uzyskiwany automatycznie w instalacjach trójfazowych, w instalacjach jednofazowych konstruuje się układy uzwojeń, w których płynie prąd z przesunięciem fazowym, co uzyskuje się przez zasilanie jednej fazy uzwojenia przez kondensator lub dodatkowe uzwojenie zwarte. Prędkość wirowania silnika zależy od prędkości wirowania pola stojana. Prędkość wirowania pola stojana zależy od częstotliwości napięcia zasilania oraz od konstrukcji uzwojeń (tzw. liczby par biegunów).

Uzwojenia wirnika mogą być wewnętrznie połączone (zwarte - silnik zwarty) lub ich końcówki są przyłączone do pierścieni ślizgowych przekazujących przez szczotki prąd na zewnątrz silnika (silnik pierścieniowy). Wyprowadzone na zewnątrz uzwojenia są połączone przez oporniki lub zwarte. Oporniki podłącza się na czas rozruchu silnika, następnie zmniejsza się opór i zwiera uzwojenia. Oporniki ograniczające prąd uzwojeń wirnika stosuje się w celu zwiększenia momentu obrotowego i zmniejszenia prądu pobieranego przez silnik (by nie przeciążyć instalacji zasilajacej) szczególnie podczas rozruchu silnika lub w celu uzyskania łagodnego startu silnika.

Szczególnym przypadkiem silnika zwartego (ale w zasadzie obecnie głównie takie są produkowane), jest silnik klatkowy. Rdzeń wirnika w takim silniku ma kształt klatki dla wiewiórki lub chomika (stąd angielska nazwa - squirrel cage motor). Uzwojenia wirnika otrzymuje się poprzez zalanie klatki aluminium, bądź (szczególnie w silnikach większych mocy) klatka wykonana jest ze spawanych mosiężnych prętów. Silnik klatkowy charakteryzuje wyjątkowo wysoka trwałość, brak przekazywania prądu do części ruchomych przez styki eliminuje iskrzenie i zużywanie się szczotek. Jedynymi elementami podlegającymi zużyciu są w nim łożyska. Jego wadą jest trudny rozruch: przy dużym (bliskim znamionowemu) obciążeniu, silnik może w ogóle nie ruszyć z miejsca, natomiast przy niewielkim lub braku obciążenia rusza bardzo gwałtownie. Regulacja prędkości obrotowej przy zasilaniu bezpośrednio z sieci jest niemożliwa. Aby polepszyć parametry rozruchowe silników klatkowych, zmodyfikowano kształt klatki wirnika i w ten sposób powstały wirniki dwuklatkowe i głębokożłobkowe. W silnikach dwuklatkowych występują dwa zestawy prętów - zewnętrzne - mają mniejszą średnicę, a wewnętrzne, o mają średnicę większą. Są to niejako dwie klatki, jedna w drugiej. W wirnikach głębokożłobkowych zasadniczą rolę odgrywa kształt zastosowanych prętów. W silnikach z wirnikami dwuklatkowymi i głębokożłobkowymi występuje tzw. zjawisko wypierania prądu.

Największymi wadami silnika klatkowego jest brak bezpośredniej możliwości regulacji prędkości obrotowej i gwałtowny rozruch. Dlatego też dawniej stosowano silniki pierścieniowe. Zastosowanie oporników umożliwiało łagodny rozruch, zaś regulacji prędkości obrotowej dokonywano przez łączenie silników pierścieniowych w układy Leonarda. Jednak wraz z rozwojem elektroniki, a w szczególności tranzystorów mocy, triaków i mikroprocesorów, zaczęto stosować układy łagodnego rozruchu (soft start) oraz regulować prędkość obrotową przemiennikami częstotliwości. Silniki pierścieniowe dzisiaj są rzadko używane.

W sieci energetycznej w Polsce prąd elektryczny ma cząstotliwość 50 Hz co odpowiada prędkości synchronicznej 3000 obrotów na minutę, obroty znamionowe silnika 2800 - 2900 obr/min. Najpopularniejsze są silniki o dwóch parach biegunów, których obroty synchroniczne wynoszą 1500 obr/min, zaś znamionowe 1410-1480 obr/min.

Silnik asynchroniczny, a w szczególności silnik pierścieniowy można także rozpatrywać jako transformator którego przekładnia zależy od prędkości obrotowej.

Zobacz też: przegląd zagadnień z zakresu elektryczności, silnik elektryczny synchroniczny