Silnik indukcyjny (asynchroniczny)

Silnik indukcyjny, nazywany też silnikiem asynchronicznym, to maszyna elektryczna, w której wirujące pole magnetyczne nieruchomych uzwojeń indukuje w wirniku prądy elektryczne, a te z kolei wytwarzają własny magnetyzm wirnika. Powstał dlatego, że oferuje wyjątkowo prosty i wytrzymały sposób przetwarzania energii elektrycznej na ruch obrotowy, bez magnesów trwałych, szczotek czy metali ziem rzadkich. Zademonstrowany po raz pierwszy przez Nikolę Teslę i Galileo Ferrarisa w latach 80. XIX wieku, stał się koniem roboczym przemysłu, a do samochodów osobowych powrócił z impetem, gdy Tesla wybrała go do pierwszego Modelu S.

Zasada działania opiera się na indukcji elektromagnetycznej. Trójfazowy prąd przemienny doprowadzony do uzwojeń stojana wytwarza pole magnetyczne, które obiega silnik z prędkością wyznaczoną przez częstotliwość zasilania. Wirnik, najczęściej w postaci klatki wiewiórczej z aluminiowych lub miedzianych prętów zwartych na obu końcach, znajduje się wewnątrz tego pola. Ponieważ wirnik obraca się nieco wolniej niż pole, linie pola przecinają pręty i indukują w nich prądy; te indukowane prądy wytwarzają własne pole, które pole stojana ciągnie za sobą. Tę różnicę prędkości między polem a wirnikiem nazywa się poślizgiem i jest ona niezbędna: bez poślizgu nie byłoby prądu indukowanego ani momentu obrotowego.

Dla kierowcy i pojazdu zaletą silnika indukcyjnego są trwałość i koszt. Bez magnesów, które mogłyby ulec rozmagnesowaniu, i z wirnikiem będącym właściwie odlewem, znosi on dobrze wysokie temperatury i prędkości, a do tego jest tani w produkcji z powszechnie dostępnych materiałów. Kolejną praktyczną korzyścią jest to, że gdy falownik przestaje zasilać stojan, wirnik nie ma własnego magnetyzmu i niemal nie stawia oporu. Silnik może swobodnie się obracać luzem, co pozwala uniknąć strat pasożytniczych, jakie maszyna z magnesami trwałymi ponosi, kręcąc się bez zasilania.

Właśnie ta zdolność do obracania się luzem tłumaczy, dlaczego silniki indukcyjne często trafiają na przednią oś aut elektrycznych z dwoma silnikami i napędem na cztery koła. Auto porusza się głównie na bardziej wydajnym silniku z magnesami trwałymi z tyłu, a po silnik indukcyjny sięga jedynie po dodatkową trakcję lub przyspieszenie, pozwalając mu przez resztę czasu kręcić się z pomijalnymi stratami. Odmiany różnią się głównie materiałem wirnika i konstrukcją uzwojeń, przy czym wersje z wirnikiem miedzianym poświęcają nieco kosztu na rzecz lepszej sprawności.

Główną wadą jest sprawność przy niewielkim, ustalonym obciążeniu. Utrzymanie pola wirnika wymaga ciągłego indukowania prądów, co powoduje nagrzewanie rezystancyjne wirnika, więc silnik indukcyjny jest zwykle o kilka punktów procentowych mniej sprawny niż porównywalny silnik z magnesami trwałymi podczas codziennej, spokojnej jazdy. Przy danej mocy może też być nieco większy i cięższy. Jego zachowanie w całości kształtuje falownik, który nadaje częstotliwość i amplitudę dostarczanego prądu, dlatego oba podzespoły należy traktować łącznie, jako jeden układ napędowy, a nie w oderwaniu od siebie.