Silnik elektryczny to maszyna elektryczna, która przetwarza energię elektryczną na energię mechaniczną. Większość silników elektrycznych działa poprzez interakcję między polem magnetycznym silnika a prądem elektrycznym w uzwojeniu drutu, generując siłę w postaci momentu obrotowego przyłożonego do wału silnika.
Silniki elektryczne mogą być zasilane ze źródeł prądu stałego (DC), takich jak akumulatory lub prostowniki, lub ze źródeł prądu przemiennego (AC), takich jak sieć energetyczna, falowniki lub generatory elektryczne. Generator elektryczny jest mechanicznie identyczny z silnikiem elektrycznym, ale działa z odwróconym przepływem mocy, przekształcając energię mechaniczną w energię elektryczną.
Silniki elektryczne można klasyfikować na podstawie takich czynników, jak typ źródła zasilania, konstrukcja wewnętrzna, zastosowanie i rodzaj wyjścia ruchu. Oprócz typów AC i DC, silniki mogą być szczotkowane lub bezszczotkowe, mogą mieć różne fazy (patrz jednofazowe, dwufazowe lub trójfazowe) i mogą być chłodzone powietrzem lub cieczą. Silniki ogólnego przeznaczenia o standardowych wymiarach i charakterystyce zapewniają dogodną moc mechaniczną do zastosowań przemysłowych.
Największe silniki elektryczne są używane do napędu statków, sprężania rurociągów i zastosowań pompowo-magazynowych o mocy znamionowej sięgającej 100 megawatów. Silniki elektryczne znajdują zastosowanie w wentylatorach przemysłowych, dmuchawach i pompach, obrabiarkach, sprzęcie AGD, elektronarzędziach i napędach dyskowych. Małe silniki można znaleźć w zegarkach elektrycznych. W niektórych zastosowaniach, takich jak hamowanie regeneracyjne z silnikami trakcyjnymi, silniki elektryczne mogą być używane w odwrotnej kolejności jako generatory do odzyskiwania energii, która w przeciwnym razie mogłaby zostać utracona w postaci ciepła i tarcia.
Pod względem elektrycznym silnik składa się z dwóch elementów, które poruszają się względem siebie i które razem tworzą obwód magnetyczny:
Magnesy polowe - Ta część wytwarza pole magnetyczne, które przechodzi przez twornik. Zwykle jest to zestaw elektromagnesów otaczających wirnik, składający się z uzwojeń drutu na ferromagnetycznym żelaznym rdzeniu, który kieruje polem magnetycznym. Alternatywnie może to być jeden lub więcej magnesów trwałych.
Armatura - jest to część, przez którą przepływa prąd elektryczny, który rozwija siłę. Podobnie jak cewki polowe, składa się z uzwojeń drutu na rdzeniu ferromagnetycznym. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewód, pole magnetyczne z magnesu polowego wywiera na niego siłę, zwaną siłą Lorentza, obracającą wirnik.
Jeden z tych elementów montowany jest na stojanie, część nieruchoma silnika przymocowana do ramy, drugi na wirniku, część obracająca się. Magnes polowy znajduje się zwykle na stojanie, a twornik na wirniku, ale w niektórych typach silników są one odwrócone.
Mechanicznie silnik składa się z tych części
Rotor
W silniku elektrycznym częścią ruchomą jest wirnik, który obraca wał, dostarczając moc mechaniczną. Wirnik ma zwykle włożone w niego przewodniki, które przenoszą prądy, na które pole magnetyczne stojana wywiera siłę, aby obracać wał. Alternatywnie, niektóre wirniki mają magnesy trwałe, a stojan utrzymuje przewodniki.
Pomiędzy stojanem a wirnikiem musi być szczelina powietrzna, aby mógł się obracać. Szerokość szczeliny ma znaczący wpływ na charakterystykę elektryczną silnika. Zazwyczaj jest ona tak mała, jak to tylko możliwe, ponieważ duża luka ma silny negatywny wpływ na wydajność. Jest głównym źródłem niskiego współczynnika mocy, przy którym pracują silniki. Prąd magnesujący wzrasta, a współczynnik mocy maleje wraz ze szczeliną powietrzną, więc wąskie szczeliny są lepsze. Bardzo małe szczeliny, oprócz hałasu i strat, mogą stwarzać problemy mechaniczne.
