Motor / elektromotor

Wat is een elektromotor, welke soorten zijn er en welke past bij uw toepassing? Een elektromotor zet elektrische energie om in mechanische beweging – een essentiële technologie die de basis vormt voor talloze industriële toepassingen.Op deze pagina leggen we uit hoe elektromotoren werken, welke soorten er zijn en voor welke toepassingen ze het meest worden ingezet. Als innovator, fabrikant en leverancier biedt SEW-EURODRIVE een breed assortiment hoogwaardige elektromotoren en aandrijfoplossingen, afgestemd op uw specifieke toepassing.

Wat wil je weten

Wat is een elektromotor?

Hoe breng je dingen in beweging en houd je ze in beweging zonder zelf een spier te verrekken? Terwijl stoommachines mechanische energie opwekken met hete stoom – of preciezer gezegd, stoomdruk – gebruiken elektromotoren elektrische energie als bron. Daarom worden elektromotoren ook wel elektromechanische omzetters genoemd.

De tegenhanger van de elektromotor is de generator, die een vergelijkbare werking heeft. Generatoren zetten mechanische beweging om in elektrische energie. De natuurkundige basis van beide processen is elektromagnetische inductie. In een generator wordt stroom opgewekt wanneer een geleider zich in een bewegend magnetisch veld bevindt. In een elektromotor daarentegen wekt een stroomvoerende geleider magnetische velden op. De afwisselende aantrekkings- en afstotingskrachten vormen de basis voor het genereren van beweging.

Welke soorten elektromotoren zijn er?

Alle uitvindingen begonnen met de gelijkstroommotor (DC-motor). Tegenwoordig zijn wisselstroommotoren (AC-motoren) in diverse uitvoeringen de meest gebruikte elektromotoren in de industrie. Ze hebben allemaal hetzelfde resultaat: de roterende beweging van de motoras. De werking van AC-motoren is gebaseerd op hetzelfde elektromagnetische werkingsprincipe als dat van de DC-motor.

Gelijkstroommotoren (DC-motoren)

Zoals bij de meeste elektromotoren bestaan DC-motoren uit een stilstaand deel, de stator, en een bewegend onderdeel, de rotor. De stator bestaat uit een elektromagneet die het magnetisch veld opwekt, of uit permanente magneten die continu een magnetisch veld genereren. Binnenin de stator bevindt zich de rotor, ook wel anker genoemd, die is omwikkeld met een spoel. Als de spoel wordt aangesloten op een gelijkstroombron (zoals een batterij, accu of gelijkspanningsvoeding), ontstaat er een magnetisch veld en verandert de ferromagnetische kern van de rotor in een elektromagneet.

De rotor is via lagers beweeglijk gemonteerd en kan draaien zodat hij zich uitlijnt met de aantrekkende, dus tegengestelde polen van het magnetisch veld – met de noordpool van het anker tegenover de zuidpool van de stator, en omgekeerd.

Om de rotor in een continue draaiende beweging te houden, moet de magnetische uitlijning steeds opnieuw worden omgekeerd. Dit gebeurt door de stroomrichting in de spoel te veranderen. De motor heeft hiervoor een zogenaamde commutator. De twee stroomtoevoerende contacten zijn verbonden met de commutator, die zorgt voor de ompoling. De afwisselende aantrekkings- en afstotingskrachten zorgen ervoor dat het anker/de rotor blijft draaien.

DC-motoren worden vooral gebruikt in toepassingen met een laag vermogen, zoals kleinere gereedschappen, hijswerktuigen, liften of elektrische voertuigen.

Asynchrone wisselstroommotoren (AC-motoren)

In plaats van gelijkstroom heeft een AC-motor driefasige wisselstroom nodig. In asynchrone motoren is de rotor een zogenaamde kooirotor (squirrel cage rotor). De rotatie ontstaat door elektromagnetische inductie van deze rotor. De stator bevat wikkelingen (spoelen) die onderling 120° verschoven zijn (driehoekig) voor elke fase van de driefasige stroom. Wanneer deze worden aangesloten op de driefasige stroom, bouwt elke spoel een magnetisch veld op dat roteert in het ritme van de tijdsverschoven netfrequentie. De elektromagnetisch geïnduceerde rotor wordt door deze magnetische velden meegetrokken en roteert. Een commutator zoals bij de DC-motor is hierbij niet nodig.

Asynchrone motoren worden ook inductiemotoren genoemd, omdat ze uitsluitend functioneren via elektromagnetisch geïnduceerde spanning. Ze draaien asynchroon omdat de omtreksnelheid van de elektromagnetisch geïnduceerde rotor nooit de draaisnelheid van het magnetisch veld (roterend veld) bereikt. Door deze slip is het rendement van asynchrone AC-motoren lager dan dat van DC-motoren.

SEW AC-motoren / asynchrone motoren en hun toepassingen.

AC-synchrone motoren / servomotoren

Bij synchrone motoren, ook wel servomotoren genoemd, is de rotor uitgerust met permanente magneten in plaats van wikkelingen of geleiderstaven. Hierdoor is elektromagnetische inductie van de rotor niet nodig en draait de rotor synchroon, zonder slip, met dezelfde omtreksnelheid als het magnetisch veld van de stator. Het rendement, de vermogensdichtheid en de mogelijke toerentallen liggen bij synchrone motoren dan ook aanzienlijk hoger dan bij asynchrone motoren. De constructie van synchrone motoren is echter ook veel complexer en tijdrovender.

SEW synchrone motoren / servomotoren en hun toepassingen.

Lineaire motoren

Naast de roterende machines die voornamelijk in de industrie worden gebruikt, zijn er ook aandrijvingen nodig voor bewegingen langs rechte of gebogen trajecten. Dergelijke bewegingsprofielen komen vooral voor in werktuigmachines en in positioneer- en handlingsystemen.

Roterende elektromotoren kunnen hun draaiende beweging ook omzetten in een lineaire beweging met behulp van een tandwielkast – ze veroorzaken die beweging dus indirect. Vaak beschikken ze echter niet over de benodigde dynamiek om bijzonder veeleisende en snelle "translationele" bewegingen of positioneringen te realiseren.

Hier komen lineaire motoren in beeld, die de lineaire beweging direct opwekken (direct drives). Hun werking is afgeleid van die van roterende elektromotoren. Stel je hiervoor een roterende motor voor die is "opengeklapt": de voorheen ronde stator wordt een vlakke verplaatsingsbaan (traject of rail) waarlangs het magnetisch veld zich vormt. In de lineaire motor wordt de rotor – die overeenkomt met de rotor in een driefasenmotor en daar in een cirkel draait – als een zogenaamde slede of translator in een rechte lijn of bocht over het traject getrokken door het langsbewegende magnetisch veld van de stator.

SEW lineaire motoren en hun toepassingen

Wie heeft de elektromotor uitgevonden?

De uitvinding van de elektromotor is niet toe te schrijven aan één enkele persoon. De ontdekking was het resultaat van het onderzoek van meerdere uitvinders. In de 19e eeuw groeide de belangstelling voor elektrotechniek sterk en inspireerde onderzoekers wereldwijd. De ene na de andere uitvinding volgde.

Aangezien de eerste elektromotoren afhankelijk waren van de stroomvoorziening via zinkbatterijen, duurde het nog lang voordat ze serieus konden concurreren met de overheersende stoommachines. Dit veranderde met de ontwikkeling van de eerste stroomgeneratoren.

Maar ook hier waren er beperkingen. De door de generatoren opgewekte gelijkstroom kon niet over lange afstanden worden getransporteerd. De doorbraak kwam pas met de introductie van wisselstroom en driefasige stroom, die zonder grote verliezen over lange afstanden kon worden geleverd, en met de uitvinding van de wisselstroommotor.

Hieronder een kort (niet volledig) overzicht van historische gegevens en feiten:

• 1800: De Italiaanse natuurkundeprofessor Alessandro Volta construeerde de naar hem vernoemde Volta-zuil. Deze kon continu elektriciteit opwekken – de eerste werkende batterij, bestaande uit een stapel koper- en zinkplaten die om en om waren gestapeld.
• 1820: De natuurkundige basis voor de elektromotor is het elektromagnetisme, ontdekt door de Deense natuurkundige, chemicus en natuurfilosoof Christian Ørsted. Hij ontdekte dat er een magnetisch veld ontstaat rond een geleider waar stroom doorheen loopt.
• 1821: De Engelse natuurwetenschapper Michael Faraday ontdekte kort daarna elektromagnetische rotatie. Met behulp van een permanente magneet bracht hij een stroomvoerende geleider in rotatie en legde daarmee de basis voor de ontwikkeling van de elektromotor.
• 1822: Het Barlow-wiel, genoemd naar de Engelse wiskundige en natuurkundige Peter Barlow, stamt uit deze tijd. Hij slaagde erin een apparaat te laten draaien met behulp van gelijkstroom.
• 1831: Tien jaar na zijn ontdekking van elektromagnetische rotatie voerde Michael Faraday met succes een experiment uit waarbij hij elektrische stroom kon opwekken met een variabel magnetisch veld. De uitvinding van elektromagnetische inductie wordt aan hem toegeschreven en vormde de basis voor de ontwikkeling van de stroomgenerator.
• 1831: Onafhankelijk van Faraday ontdekte de Amerikaanse natuurkundige Joseph Henry elektromagnetische inductie met zijn elektromagnetisch aangedreven schommelmechanisme.
• 1834: De Pruisisch-Russische natuurkundige en ingenieur Moritz Hermann von Jacobi ontwikkelde de eerste elektromotor die geschikt was voor praktisch gebruik en bouwde daarmee het eerste elektrisch aangedreven vaartuig, dat hij in de daaropvolgende jaren verder verbeterde.
• 1837: De Amerikaanse goudsmid en uitvinder Thomas Davenport ontving het eerste patent op een door hem in 1834 ontwikkelde gelijkstroommotor, die hij gebruikte om zijn model van een elektrische locomotief aan te drijven.
• 1866: De Duitse industrieel Werner Siemens vond een elektrische generator uit op basis van het dynamo-principe, wat later leidde tot de ontwikkeling van de gelijkstroommotor.
• 1888: Nikola Tesla, geboren in een regio van het voormalige Oostenrijks-Hongaarse Rijk (nu Kroatië) en geëmigreerd naar Amerika, is de vader van vele patenten, waaronder meerdere op het gebied van meerfasige wisselstroom.
• 1888: Vrijwel gelijktijdig, maar volledig onafhankelijk van Tesla, verdiepte de Italiaanse ingenieur en natuurkundeprofessor Galileo Ferraris zich in de technologie van wisselstroom en driefasige stroom.
• 1889: De Russisch-geboren hoofdconstructeur van AEG, Michail von Dolivo-Dobrowolsky, baseerde zijn onderzoek op de bevindingen van Tesla en Ferraris en ontwikkelde de eerste driefasige kooiankermotor. Dit effende het pad voor het succes van de asynchrone motor in de industrie en legde de basis voor de eerste stroomvoorzieningssystemen.

SEW AC motoren

Servomotoren – synchrone en asynchrone

Lineaire motoren