Silniczki synchroniczne to szczególny rodzaj silników elektrycznych zasilanych prądem zmiennym, w których prędkość obrotowa wirnika jest dokładnie zgrana (zsynchronizowana) z częstotliwością sieci zasilającej. Innymi słowy, wirnik obraca się ze stałą prędkością wynikającą z liczby biegunów silnika i częstotliwości prądu (np. dla popularnych modeli: około 5 obrotów/min przy 50 Hz i ~6 obrotów/min przy 60 Hz). Małe silniki synchroniczne dostępne w tej kategorii są najczęściej wyposażone w przekładnię redukcyjną – sam silnik wewnętrzny obraca się szybciej (np. 500–600 rpm), ale przekładnia obniża tę prędkość do kilku obrotów na minutę, jednocześnie zwiększając moment obrotowy. Dzięki temu otrzymujemy kompaktowy napęd zdolny do powolnego, ale stosunkowo mocnego obracania podłączonych elementów.

Cechy i zastosowania silników synchronicznych: Podstawową cechą silnika synchronicznego jest stała prędkość obrotowa niezależna od obciążenia (do pewnego momentu, zanim silnik zostanie zatrzymany przez zbyt duże obciążenie). W przeciwieństwie do silników asynchronicznych (indukcyjnych) tutaj wirnik nadąża za wirującym polem magnetycznym stojana dokładnie – brak poślizgu oznacza, że np. przy 50 Hz i dwubiegunowym silniku otrzymujemy zawsze 3000 obr/min, a przy przekładni np. 1:600 daje to 5 obr/min. W praktyce małe silniczki synchroniczne (takie jak TYC-50, 49TYZ, TYJ50 itp.) znalazły zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebny jest powolny obrót o stabilnej prędkości przez długi czas. Klasycznym przykładem jest napęd talerza w kuchence mikrofalowej – to właśnie taki silnik 230 V AC wolno obraca talerz z potrawą, zapewniając równomierne podgrzewanie. Podobnie działają mechanizmy obrotowych ekspozytorów sklepowych czy pater do prezentacji (silnik synchroniczny kręci platformą, na której wystawiony jest produkt, np. biżuteria, model, telefony w witrynie – obrót jest płynny i stały). Inne zastosowanie to elementy starych zegarów elektrycznych – dawniej wiele zegarów ściennych czy liczników czasu opierało się na silniku synchronicznym obracającym przekładnię wskazówek. W projektach DIY hobbystów takie silniki mogą posłużyć np. do budowy woltomierza analogowego z ruchomą skalą, do obrotu małych anten kierunkowych, symulatorów dobowych (obrót globusa, modelu Układu Słonecznego) czy wolno obracających się ozdób (np. platforma pod choinkę, obracająca ją delikatnie).

Wyróżniki tej grupy produktów: Silniki synchroniczne AC działają na innej zasadzie niż typowe silniki prądu stałego – nie wymagają sterowników ani regulatorów prędkości. Wystarczy podłączyć je do sieci (lub generatora o odpowiedniej częstotliwości), by uzyskać obrót ze stałą prędkością. Dzięki temu są bardzo proste w użyciu – nie trzeba programować żadnego kontrolera, by utrzymywać stały obrót. Ich konstrukcja jest prosta i trwała: brak szczotek (wirnik najczęściej ma magnes trwały, a w stojanie powstaje wirujące pole magnetyczne o częstotliwości sieci), co oznacza brak elementów szybko zużywających się przez tarcie. To przekłada się na długą żywotność – takie silniczki mogą pracować ciągle przez wiele godzin dziennie. Dodatkową zaletą jest cicha praca – dobrze spasowane przekładnie i niska prędkość sprawiają, że odgłos działania jest ledwo słyszalny (lekki szum przekładni). Większość modeli ma również możliwość pracy w obie strony (CW/CCW – clockwise/counterclockwise): oznacza to, że potrafią kręcić w prawo lub w lewo, w zależności od tego, w którą stronę „wystartuje” wirnik przy włączeniu zasilania. W niektórych zastosowaniach kierunek nie ma znaczenia (np. talerz mikrofalówki może obracać się dowolnie), ale jeśli potrzebny jest określony kierunek – stosuje się mechaniczne blokady kierunku lub odpowiednie podłączenie uzwojeń i kondensatora rozruchowego, by wymusić obrót w preferowaną stronę. Warto wspomnieć, że do uruchomienia jednofazowego silnika synchronicznego potrzebny jest niewielki kondensator rozruchowy – zazwyczaj te silniczki mają dodatkowe wyprowadzenie i kondensator (np. 0,1 µF przy 230 V) w zestawie lub wbudowany, by wytworzyć przesunięcie fazowe potrzebne do inicjacji obrotu wirnika.

Przykłady zastosowań w praktyce: Wspomniany już napęd talerza mikrofalówki to najbardziej rozpowszechniony przykład – jeśli twój talerz w mikrofalówce przestał się obracać, prawdopodobnie potrzebujesz właśnie nowego silniczka synchronicznego o odpowiednich parametrach (napięcie 230 V, ok. 5 rpm, wałek pasujący do mocowania talerza). Nasze silniczki 49TYZ-A2 czy TYJ50-8A7 są typowymi zamiennikami do tego celu. Innym przykładem są obracające się ekspozytory – np. platforma obrotowa do prezentacji modelu statku lub kolekcji figurki; wystarczy taki silniczek zasilany z gniazdka, aby np. nasza kolekcja obracała się powoli, ciesząc oko. W modelarstwie i hobby elektronicznym silniki synchroniczne bywają wykorzystywane do efektów scenicznych i dekoracji – np. obracające się powoli koła młyńskie w makietach, karuzele w dioramach świątecznych, mechanizmy obracania lustrzanej kuli dyskotekowej (niska prędkość idealnie do tego pasuje). Część majsterkowiczów buduje też na bazie tych silników własne zegarowe mechanizmy – np. duże zegary DIY, gdzie sekundnik porusza się płynnie lub skokowo w rytm prądu sieciowego. Dzięki możliwości zasilania nie tylko z sieci 230 V, ale i z niższych napięć AC (12 V, 24 V – dostępne są takie wersje) hobbyści tworzą czasem projekty z bezpiecznym niskim napięciem, np. napędzając instalacje artystyczne z małego transformatora.

Przykładowe produkty w ofercie elektroweb.pl – Silniczki synchroniczne

• Silnik synchroniczny TYC-50 230V AC 5/6 RPM (4 W) – uniwersalny silniczek synchroniczny zasilany bezpośrednio z sieci ~230 V. Osiąga ok. 5 obrotów na minutę przy częstotliwości 50 Hz (6 rpm przy 60 Hz). Wyposażony w przekładnię oraz osiowy wałek wyjściowy, który może obracać elementy mechanizmu. To typowy napęd stosowany w kuchenkach mikrofalowych, a także popularny w projektach DIY jako silnik do powolnego obracania platform czy modeli. Charakteryzuje się prostotą podłączenia i bardzo niskim poborem mocy (4 W).
• Silnik synchroniczny TYC-50 12V AC 5/6 RPM (4 W) – wersja niskonapięciowa silnika TYC-50, zasilana napięciem ~12 V (np. z małego transformatora bezpieczeństwa). Parametry obrotów identyczne – ok. 5–6 rpm – dzięki czemu sprawdzi się tam, gdzie chcemy uniknąć bezpośredniego napięcia sieci w układzie, np. w projektach edukacyjnych lub w instalacjach zasilanych z akumulatora poprzez przetwornicę 12 V AC. Zachowuje zalety modelu 230 V: cichą pracę, przekładnię i zdolność do pracy ciągłej.
• Silnik synchroniczny 49TYZ-A2 230V 5/6 RPM (napęd talerza mikrofalówki) – model silnika zaprojektowany jako zamiennik oryginalnych silników w kuchenkach mikrofalowych. Ma standardowe mocowanie pasujące do większości talerzy obrotowych w mikrofalówkach i wałek z kształtem, który sprzęga się z podstawą talerza. Pracuje z częstotliwością sieci, zapewniając stały, powolny obrót. Jeśli Twój mikser kuchenny lub mikrofalówka wymaga wymiany napędu obrotowego, ten silnik będzie właściwym wyborem.
• Silnik synchroniczny TYJ50-8A7 230V 4/5 RPM – kolejny silnik dedykowany do talerzy mikrofalowych, osiągający ok. 4 obroty/min (nieco wolniejszy, gdyż może mieć inną przekładnię). Przy częstotliwości 60 Hz obraca się z prędkością 5 rpm. Cechuje się bardzo cichą pracą i jest przystosowany do długotrwałego obracania talerza z żywnością. Oprócz zastosowań serwisowych (naprawa AGD) może być użyty w dowolnym projekcie wymagającym nieco wolniejszego obrotu niż standardowe 5–6 rpm – np. do obrotu cięższej ekspozycji, gdzie mniejsza prędkość zapewni większy moment obrotowy z przekładni.

Najczęstsze pytania o silnikach synchronicznych (FAQ)

P: Na jakiej zasadzie działa silnik synchroniczny i czym różni się od asynchronicznego?
O: W silniku synchronicznym wirnik obraca się synchronicznie z wirującym polem magnetycznym stojana – jego prędkość jest dokładnie powiązana z częstotliwością zasilania. Przykładowo, przy sieci 50 Hz silnik dwubiegunowy będzie miał 3000 obr/min (50 cykli * 60 sek = 3000). Jeśli dodać przekładnię 1:600, otrzymujemy 5 obr/min na wyjściu. W silniku asynchronicznym (indukcyjnym) wirnik obraca się trochę wolniej niż pole magnetyczne (występuje poślizg), dlatego jego prędkość zależy także od obciążenia. Małe silniki synchroniczne często mają magnes trwały w wirniku i są zbliżone konstrukcją do silników krokowych zasilanych z AC – potrzebują kondensatora rozruchowego. Różnica praktyczna: synchroniczny utrzymuje stałe obroty niezależnie od obciążenia (aż do momentu zerwania synchronizacji), a asynchroniczny zwalnia pod obciążeniem.

P: Dlaczego te silniczki mają tak niską prędkość obrotową (np. 5 rpm)?
O: Pojedynczy silnik synchroniczny (bez przekładni) kręci się z prędkością zależną od częstotliwości – np. 3000 rpm dla 2-biegunowego przy 50 Hz. Jednak w tych małych napędach dołącza się przekładnię redukcyjną o dużym przełożeniu (rzędu kilkuset). Dzięki temu wyjściowy wałek obraca się bardzo wolno, za to z większym momentem. Taka prędkość ~5 obrotów na minutę jest przydatna w praktyce: np. talerz mikrofalówki powinien wykonać pełen obrót w około 10–12 sekund, co zapewnia równomierne podgrzewanie – i temu odpowiadają właśnie silniki ~5 rpm. Podobnie, dla ekspozycji czy zegarów wolne obroty są często pożądane. Z technicznego punktu widzenia uzyskanie takiej prędkości bez przekładni byłoby trudne (wymagałoby silnika o ogromnej liczbie biegunów lub zasilania bardzo niską częstotliwością), stąd zastosowanie przekładni zębatej.

P: Czy silnik synchroniczny może zmieniać kierunek obrotów?
O: Większość małych silników synchronicznych AC jest konstruowana jako dwukierunkowa (CW/CCW). To znaczy, że mogą obracać się zarówno w prawo, jak i w lewo – zależnie od tego, w którą stronę „złapie” synchronizację przy włączeniu. W praktyce po podłączeniu zasilania silnik startuje w losowym kierunku, chyba że zastosowano specjalną konstrukcję wymuszającą konkretny kierunek (np. dodatkowe uzwojenie kierunkowe lub mechaniczny jednokierunkowy hamulec). Dlatego np. w mikrofalówce talerz raz może kręcić się w jedną, raz w drugą stronę – nie ma to wpływu na funkcjonalność. Jeśli potrzebujemy kontroli kierunku w takim silniku, zwykle nie jest to proste – trzeba by ingerować w obwód zasilania (specjalne fazowanie uzwojeń, zmiana podłączenia kondensatora rozruchowego). W skrócie: typowy silniczek synchroniczny z kondensatorem jest sam z siebie dwukierunkowy i nie da się go łatwo przełączać jak silnika DC.

P: Do czego służy kondensator włączony przy silniku synchronicznym?
O: Kondensator pełni rolę elementu przesuwającego fazę prądu w dodatkowym uzwojeniu pomocniczym. Małe silniki synchroniczne są często silnikami jednofazowymi, co oznacza, że bez dodatkowej fazy nie wiedziałyby, w którą stronę ruszyć (pole magnetyczne jednofazowe samo w sobie nie wiruje, tylko pulsuje). Kondensator podłączony do drugiego uzwojenia tworzy przesunięcie fazowe o ok. 90°, w efekcie generując wirujące pole dwufazowe – to daje kierunek obrotu i moment rozruchowy. Mówiąc prościej: kondensator jest potrzebny, by silnik w ogóle zaczął się obracać i osiągnął synchronizację. Jego parametry (pojemność na daną moc silnika) są tak dobrane, by uzyskać optymalny moment startowy.

P: Czy mogę regulować prędkość obrotową takiego silniczka?
O: Tylko w bardzo ograniczonym zakresie. Prędkość synchronicznego silnika zależy od częstotliwości prądu zasilającego – więc podając inną częstotliwość, zmienimy obroty. W domowych warunkach mamy stałe 50 Hz z gniazdka, więc silnik zawsze będzie kręcił z nominalną prędkością. Można by użyć przemiennika częstotliwości (falownika) i np. zasilić silnik synchroniczny niższą częstotliwością (np. 40 Hz – wtedy obroty spadną do 4 rpm), ale to dość skomplikowane i w przypadku silników z przekładnią raczej niepraktykowane hobbystycznie. Nie da się natomiast regulować prędkości takiego silnika zwykłym ściemniaczem (regulatorem napięcia) – zmniejszenie napięcia spowoduje tylko spadek momentu i ewentualnie zatrzymanie silnika, ale nie zmieni znacząco prędkości dopóki silnik synchronizuje z siecią. Dlatego jeśli potrzebujemy różnych prędkości obrotu, lepiej wybrać silnik DC z przekładnią lub silnik krokowy ze sterowaniem, a silniki synchroniczne stosować tam, gdzie stała prędkość jest akceptowalna.

P: Jaki udźwig albo moment mają te małe silniki synchroniczne?
O: Mimo niewielkiego poboru mocy (np. 4 W) silniki synchroniczne dzięki przekładni potrafią wygenerować zaskakująco duży moment obrotowy jak na swoje rozmiary – wystarczający, by obracać kilkukilogramowy talerz z jedzeniem. Typowo moment takiego silniczka rzędu 5 rpm to ok. 0.3–0.5 Nm (co odpowiada podnoszeniu ciężarka 0,5 kg na sznurku o promieniu 1 m, choć oczywiście w praktyce w grę wchodzi przekładnia). Producenci czasem podają uciąg lub siłę unoszenia – np. bywa wspomniane, że silnik TYC-50 „może unieść 4 kg” (chodzi o siłę na wieszaku obrotowym, np. w karuzeli). W zastosowaniach takich jak mikrofalówka, silnik radzi sobie z naczyniem z zupą ważącym 2–3 kg. Jeżeli planujemy projekt wymagający większego momentu, można zastosować przekładnię dodatkową albo poszukać silnika synchronicznego o niższych obrotach (wolniejszy = z reguły większy moment dzięki większemu przełożeniu). Pamiętajmy jednak, że nie są to silniki do bardzo obciążonych mechanizmów – przeciążenie spowoduje zatrzymanie (silnik stanie i może buczeć, nagrzewając się). Dlatego zawsze lepiej zapewnić pewien zapas i płynną pracę bez blokowania napędu.

P: Czy silnik synchroniczny mogę zasilać prądem stałym (DC) o odpowiednim napięciu?
O: Nie – te silniki wymagają prądu przemiennego o określonej częstotliwości. Podłączenie do prądu stałego spowoduje tylko jednorazowe drgnięcie przy podłączeniu (magnes wirnika ustawi się do pola), po czym nic więcej się nie wydarzy, bo pole magnetyczne nie wiruje. Jeśli masz do dyspozycji tylko zasilacz DC, a potrzebujesz uruchomić silnik synchroniczny, rozwiązaniem jest użycie przetwornicy DC/AC generującej np. ~230 V 50 Hz (dla modeli 230 V) lub ~12 V 50 Hz (dla modeli niskonapięciowych). W warunkach hobbystycznych najłatwiej jednak skorzystać z transformatora sieciowego dla wersji niskonapięciowej lub bezpośrednio z sieci dla wersji 230 V, zachowując środki ostrożności.