Historia silnika elektrycznego – początki, powstanie, rozwój

Podobnie jak większość przełomowych wynalazków technologicznych, które na masową skalę są używane do dzisiaj, silnik elektryczny został wynaleziony w XIX w. Przez kogo? Jak wygląda historia jego powstania i jak na przestrzeni wieków przebiegała ewolucja napędów zasilanych prądem? Poszukajmy odpowiedzi na te i inne pytania związane z tematem.

Początek XIX w. – uzyskanie energii mechanicznej z elektrycznej

Właściwie już od momentu wynalezienia i rozpowszechnienia elektryczności zaczęto się zastanawiać nad możliwością wykorzystania energii elektrycznej do uzyskania energii mechanicznej. Przełomowego odkrycia w tym zakresie dokonał Michael Faraday, który stworzył konstrukcję pozwalającą na połączenie prądu z polem magnetycznym i uzyskanie ruchu obrotowego. Właśnie to jest głównym zadaniem realizowanym przez silniki elektryczne – również współczesne.

Michael Faraday jest uznawany za jednego z wynalazców elektrodynamiki klasycznej – jego największa zasługa to odkrycie indukcji elektromagnetycznej. W ramach prowadzonych eksperymentów udało mu się bowiem dojść do wniosku, że dzięki wykorzystaniu działania zmiennego pola magnetycznego możliwe jest wygenerowanie pola elektrycznego, a tym samym wprawienie w ruch elementów znajdujących się w jego obrębie. I choć odkrycie Michaela Faraday’a w rzeczywistości stworzyło podstawy do budowy silnika elektrycznego, to jednak nie on jest jego wynalazcą.

Pierwsza poł. XIX w. – pierwsze w historii silniki elektryczne

Przejdźmy zatem do początków historii silników elektrycznych, która rozpoczyna się w pierwszej połowie XIX w. Bazując na dorobku Michaela Faraday’a, jego rodak – Brytyjczyk Peter Barlow – w 1822 r. zbudował pierwszy w dziejach prototyp silnika elektrycznego, obecnie określany jako koło Barlowa. Wcześniej nigdy nikomu nie udało się stworzyć konstrukcji z podzespołem wprawianym w ciągły ruch obrotowy. Jednak to wciąż nie był pełnoprawny silnik elektryczny, na którego wynalezienie trzeba było poczekać kolejnych 11 lat. Przy okazji polecamy zapoznanie się z artykułem, w którym wyjaśniamy, jak działają silniki elektryczne.

Właśnie wtedy – w 1834 r. – Amerykaninowi Thomasowi Davenportowi, na co dzień pracującemu jako kowal, udało się zbudować pierwszy w historii silnik elektryczny prądu stałego, który rok później został wykorzystany do napędzenia kolejki. Jednak dopiero w 1837 r. wynalazca oficjalnie uzyskał patent na urządzenie używające do działania obrotowego silnika elektrycznego, a była nim obrabiarka osiągająca 450 obr./min. Z kolei w 1839 r. skonstruował rotacyjną prasę drukarską zasilaną silnikiem elektrycznym.

Prace nad projektowaniem kolejnych maszyn i pojazdów w pierwszej połowie XIX w. odbywały się jednocześnie w wielu miejscach na świecie, a poszczególni wynalazcy nie wiedzieli o swoim dorobku. Przełomowych odkryć dokonywano nie tylko na Zachodzie – w 1834 r. pracującemu w Rosji Niemcowi żydowskiego pochodzenia Moritzowi H. Jacobiemu udało się stworzyć pierwszy w historii silnik elektryczny prądu stałego bazujący na ogniwach galwanicznych.

Druga poł. XIX w. – powstają kolejne rodzaje silników elektrycznych

Z kolei w 1866 r., Niemiec W. von Siemens wynalazł prądnicę samowzbudną, powszechnie zwaną dynamem. Za przełomowe należy uznać także rozwinięcie tego pomysłu, czyli maszynę skonstruowaną przez Belga Zénobe Gramma, któremu w 1869 r. udało się zbudować pierwszy w dziejach komutator. Dzięki temu urządzeniu możliwe stało się uzyskanie przepływu energii elektrycznej do wirnika zsynchronizowanego z kierunkiem jego obrotu. 2 lata później – w 1871 r. – ten sam belgijski fizyk wymyślił prądnicę prądu stałego, co dało podwaliny do produkcji silników elektrycznych o budowie i działaniu podobnym do obecnych urządzeń.

Analizując historię wynalezienia silników elektrycznych, nie sposób pominąć jednego z największych geniuszy w dziejach ludzkości – Thomasa Edisona. W jego dorobku znajduje się bowiem pierwszy mikronapęd, który ujrzał światło dzienne w 1880 r. Jego wymiary miały zaledwie 2,5 cm x 4 cm, podczas gdy obroty silnika osiągnęły ok. 4000/min. Co interesujące, wynalazca zamontował go… w piórze elektrycznym przeznaczonym do wytwarzania kropkowanych matryc powielaczowych.

Ważnym wydarzeniem w historii rozwoju silników napędzanych prądem było wynalezienie transformatora, w efekcie czego popularność zaczęły zyskiwać urządzenia prądu zmiennego. Nie byłoby to jednak możliwe bez skonstruowania silnika asynchronicznego (indukcyjnego), za którego wynalazcę uznaje się wybitnego uczonego – Serba Nikolę Teslę. Udało mu się to w 1887 r., podczas gdy pomysł uzyskał oficjalny patent rok później. Wyróżnikiem tego rodzaju napędu była możliwość samorozruchu, a co za tym idzie, brak konieczności użycia komutatora.

Co ciekawe, silnik elektryczny i jego historia obejmują również polski wątek. Nasz rodak – Michał Doliwo-Dobrowolski – w 1889 r. zmodyfikował i rozwinął wynalazek Nikoli Tesli. Skonstruował bowiem nie dwu, tak jak w przypadku pomysłu Serba, lecz trójfazowy napęd indukcyjny wyposażony w wirnik klatkowy. Polak był zresztą jednym z międzynarodowych pionierów rozwiązań technologicznych wykorzystujących prąd trzeciej fazy. Dowiedz się więcej o tym, jak wygląda budowa silników elektrycznych.

Rozwój i rozpowszechnienie silników elektrycznych w XX w.

Omawiając historię silników elektrycznych, trzeba wspomnieć o liniowych wariantach indukcyjnych wynalezionych co prawda w XIX w., jednak do powszechnego użytku wdrożono je dopiero w 2. poł. XX w. Od indukcyjnych napędów prądu zmiennego różnią się one tym, że wykorzystują pole magnetyczne poruszające się w kierunku właśnie liniowym, a nie poprzez wirowanie. Z tego powodu mają szerokie zastosowanie jako metoda napędzania pociągów, rakiet, linii produkcyjnych oraz wielu innych systemów i aplikacji bazujących na ruchu postępowym.

Historia silnika elektrycznego liniowego sięga 1890 r. – wówczas burmistrz amerykańskiego Pittsburgha złożył odpowiedni patent, po czym to samo po 5 latach uczyniła brytyjska firma Electric Shuttle Company, zastrzegając urządzenie napędzające czółna krosnowe. Jednak dopiero po zakończeniu II wojny światowej ten rodzaj napędu zaczął zyskiwać powszechne zastosowanie w trakcjach kolejowych.

Historia silnika elektrycznego – kalendarium

• 1821 – Michael Faraday odkrywa możliwość wprawienia w ruch ciała znajdujące się w polu elektromagnetycznym
• 1822 – Peter Barlow tworzy tzw. koło Barlowa, czyli pierwszy w historii prototyp silnika elektrycznego
• 1834 – Thomas Davenport buduje pierwszy napęd na prąd w historii
• 1834 – Moritz H. Jacobi konstruuje silnik elektryczny prądu stałego bazujący na ogniwach galwanicznych
• 1866 – W. von Siemens wynajduje prądnicę samobieżną
• 1869 – Zénob Gramm tworzy komutator, który pozwala na zmianę kierunku przepływu prądu w obwodzie
• 1871 – Zénobe Gramma buduje prądnicę prądu stałego
• 1880 – Thomas Edison konstruuje pierwszy w historii mikro silnik elektryczny o wymiarach 2,5 cm x 4 cm
• 1887 – Nikola Tesla projektuje silnik asynchroniczny (indukcyjny), który nie wymaga zastosowania komutatora
• 1890 – wynalezienie silnika elektrycznego liniowego

Dziś różnego rodzaju silniki elektryczne są stałym elementem naszego codziennego życia, a z ich wykorzystywania często nawet nie zdajemy sobie sprawy. Wiele wskazuje, że nowoczesne napędy to przyszłość technologii i powoli zaczną wypierać rozwiązania spalinowe, czego najlepszym dowodem jest rosnąca popularność aut elektrycznych. W każdym razie rozwój silników na prąd bynajmniej się nie skończył, a kolejne przełomowe odkrycia na tym polu być może jeszcze na nas czekają.