De techniekrubriek
deze week in de techniekrubriek: elektromotoren.
De elektromotor: algemeen.
Een elektromotor is een motor die aangedreven wordt door elektriciteit.
Natuurlijk bestaan er verschillende motoren met elk hun eigenschappen, voordelen en nadelen.
Ze bestaan in verschillende formaten, vanaf de grootte van een GSM, tot de grootte van een huis, en nog groter indien nodig.
Een elektromotor zet de elektrische energie om in een draaiende mechanische beweging.
Wat we willen bereiken zal dus nog moeten omgezet worden van een draaiende beweging, naar de beweging die we nodig hebben. Zo heb je bijvoorbeeld een elektrische waterpomp, wat eigenlijk gewoon een elektromotor is met daar een pomphuis op geplaatst.
De asynchrone 3 fase wisselstroommotor.
Dit is een veel gebruikte motor, vooral in de industrie. Hiervoor heb je wel 3 fasen voor nodig, wat veel huizen niet hebben.
De motor werkt op het draaiveld principe. Hierbij zien we dat als we de 3 even grote spoelen 120° ten opzichte van elkaar zetten, dat je een draaiend magnetisch veld hebt wanneer we de 3 fasen op de 3 spoelen zetten. In België heeft het elektriciteitsnet een frequentie van 50 hertz, dit wil zeggen dat er 50 keer per seconde gewisseld wordt van L1 naar L2 en omgekeerd. Vandaar wisselstroom.
Het draaiveld zal hierdoor ook een frequentie hebben van 50 hertz.
De 3 spoelen bevinden zich in de stator. De stator is het vaststaande gedeelte van de motor.
In de rotor ( het draaiende gedeelte) vinden we een ijzeren kern. Deze kern is opgebouwd uit lamellen van siliciumijzer dat hysteresisch verliezen tegengaat. In deze kern zijn koperen kortsluitstaven aangebracht, om een goede geleiding te voorzien.
Door het magnetisch veld in de stator gaat er een stroom geïnduceerd worden in deze ijzeren massa.
Deze stroom kan zeer hoog oplopen vanwege de kortsluitstaven.
Door deze geïnduceerde stroom gaat er een magnetisch veld ontstaan in de rotor.
Door dit magnetisch veld ontstaat er een bewegende kracht waardoor de motor draait.
Het grootte voordeel aan deze motor is de gemakkelijke en relatief goedkope productie.
Het nadeel is dat je 3 fasen nodig hebt en het toerental van ongeveer 2800 toeren per minuut dat enkel maar aanpasbaar is met een frequentiesturing. Deze frequentiesturing is redelijk duur.
3 fase asynchrone wisselstroommotor
De asynchrone monofase wisselstroommotor.
Deze motor werkt op ongeveer hetzelfde principe als de vorige, het enige verschil is dat we geen draaiveld hebben, maar dit draaiveld wordt gesimuleerd door een condensator, met een faseverschuiving van ongeveer 90°. er wordt dus een 2de fase gemaakt die 90° verschoven is ten opzichte van de hoofdfase. Deze hulpfase dient alleen maar om de motor te starten omdat het magnetisch veld van de rotor dan zal draaien als de motor reeds gestart is.
Vele motoren zijn dan ook uitgerust met een speciale centrifugaalschakelaar die de hulpfase uitschakelt bij een normaal toerental. ( bij start is het toerental lager voor enkele seconden)
het voordeel is dat je maar een monofase aansluiting nodig hebt.
Nadeel is dat het rendement iets lager ligt vanwege de condensator.
monofase asynchrone wisselstroommotor
condensator zit in zwarte behuizing hier onder
De synchrone wisselstroommotor.
Deze motor werkt op een ander principe dan de asynchrone motor. Bij deze motor wordt er met een gelijkstroombron een magnetisch veld in de rotor gemaakt dat altijd constant blijft. Hierdoor volgt de rotor het draaiveld van de stator, met als gevolg een perfect constant toerental van 3000 toeren per minuut, zelfs bij veranderde belasting.
Door de beweging van de rotor kan je niet gewoon een draad aansluiten om de elektriciteit op de rotor te brengen. We moeten hiervoor koolborstels brengen op sleepringen. Hierdoor ontstaat en sleepverbinding. Deze verbinding verslijt na een tijdje, wat dus 1 van de grote nadelen is van deze motor.
koolborstels met sleepringen
Deze motor kan ook gebruikt worden als generator. Dit wil zeggen dat je een draaiende beweging op de as van de motor gaat zetten, en deze elektriciteit gaat opwekken. Op dat moment is de motor een generator. Dus is zeer handig om elektriciteit te maken, maakt tegelijkertijd ook een groot nadeel.
Want dit wil zeggen dat als je de motor wil starten, hij eerst nog elektriciteit gaat leveren, omdat je de motor op een speciale manier moet starten. De motor kan namelijk niet zelf starten van 0 naar 3000 toeren. Hierdoor moeten we de motor dus eerst koppelen aan het net als generator.
Daarna kunnen we hem gebruiken als motor.
Als generator wordt deze machine veel gebruikt, onder andere in de elektriciteitscentrales en bijvoorbeeld de noodgroepen.
synchrone wisselstroommotor ( toegepast in een elektriciteitscentrale met redelijk groot formaat)
De gelijkstroommotor.
De gelijkstroommotor is een motor die op gelijkstroom werkt. Dit is een stroom die een vaste polariteit heeft. ( een vaste plus en vaste min) hierdoor kan je geen draaiveld bekomen. Bij dit type motor gaan we een wisselend magnetisch veld bekomen door de collector of comutator. Deze gaat de + en – kant draaien, met de beweging van de rotor. In de stator maken we een polariteitvast magnetisch veld. Hierdoor krijgen we een draaiende kracht tussen de 2 magnetische velden en gaat de rotor draaien.
Voordeel van deze motor is dat het toerental zeer gemakkelijk te regelen is.
Nadeel is dat je gelijkstroom nodig hebt, wat zo goed als niemand thuis heeft, buiten van een batterijtje, wat natuurlijk niet genoeg is voor een motor. Deze motoren worden vooral toegepast bij trainen en trams, die hun eigen gelijkstroom maken.
gelijkstroommotor
De universeelmotor.
Deze motor heeft dezelfde bouw als een gelijkstroommotor, maar wordt anders geschakeld, zodanig dat deze op wisselstroom werkt. Hierbij wordt de statorwikkeling is serie gezet met de rotorwikkeling. ( zie schema hieronder) . Deze motor kan ook gemakkelijk geregeld worden op vlak van toerental, en kan dus op wisselstroom aangesloten worden, maar verslijt redelijk snel.
Deze motor zal je veel zien in alledaagse kleine elektrische gereedschappen en huishoudtoestellen zoals een boormachine of een mixer.
schema van de universeelmotor
Dat was het voor deze week.
Volgende week zal ik wat meer uitleg geven over de verschillende soorten elektriciteit.
Dat zal een aantal dingen van deze week verklaren zoals 3 fasen wisselstroom.
Tot volgende week.
( bericht geschreven door Jeroen van 7I.E).
