Een draaiveld opwekken met stroomringen (spleetpoolmotor). De ring wordt ook Frager ring genoemd. Een synchrone hysteresismotor Hysteresis van de rotor van een hysteresismotor

Een draaiend veld wordt meestal gemaakt met triphasé, maar de kleine synchrone motoren hebben een laag vermogen, waardoor het gebruik van triphasé een overkill is. Men produceert een draaiend veld door

• een tweede wikkeling te gebruiken, die gevoed wordt met dezelfde monofasige wisselspanning. Deze wikkeling heeft echter een condensator in serie, waardoor de stroom in de wikkeling 90° voorloopt op de stroom in de andere wikkeling. Beide spoelen worden in kwadratuur geplaatst. Dit systeem is complexer dan het volgende, maar heeft ook een hoger rendement en een beter aanloopkoppel.

• de beide polen te splitsen (spleetpoolmotor) en één van de spleten te voorzien van een koperen ring (ring van Frager). Door de zelfinduktie loopt het veld in de spleet met ring achter op het veld in de spleet zonder ring. Dergelijke motoren hebben een laag aanloopkoppel en en slecht rendement, maar het zijn eenvoudige motoren die slechts één spoel nodig hebben.

Afbeelding 1: hoe een draaiend magnetisch veld realiseren met gespleten polen en ring van Frager. De koperen ring over een deel van de pool vormt een secundaire wikkeling die het magnetisch veld 90° in fase vertraagt.

Het gebruik van een magneet beperkt het maximaal koppel dat geleverd kan worden, maar tegenwoordig vindt men veel sterkere magneten die vaak in gelijkstroommotoren gebruikt worden. Zelfs de startmotor in auto's wordt meer en meer gemaakt met een magneet.

Afbeelding 2 toont een praktische realisatie van een synchrone motor met gespleten polen en massieve kern met hoge hysteresiskromme.

Hysteresismotoren

Als de motor gevoed wordt produceert de stator een magnetisch veld in de rotor, die daardoor magnetisch wordt. Als we een draaiend magnetisch veld hebben, dan gaat de rotor ook de neiging hebben om te gaan draaien om het draaiveld te volgen. Het is de hysteresis (het remanent magnetisme) die bepalend is voor de koppel die de motor kan leveren.

De motor wordt gebruikt in kleine apparaten zoals (prik)klokken, mechanische timers,... Omdat de motor een laag rendement heeft wordt die enkel gebruikt in apparaten die voldoende hebben aan een laag koppel. Het vermogen dat de motor kan leveren is ongeveer 1/4 van het koppel van een gelijkaardige inductiemotor (asynchrone motor). Het koppel blijft relatief constant op alle toerentallen totdat de synchronisatiesnelheid bereikt wordt. Als de belasting hoger wordt dan het koppel, dan vertraagt de motor en valt die stil.

Voor dergelijke motoren die een laag vermogen leveren wordt er een monofasig net gebruikt en het draaiveld wordt gemaakt met een ring van Frager.

Synchrone motoren met hoog vermogen

Dergelijke motoren hebben ook een kortsluitanker zoals een asynchrone motor (enkel voor het starten), maar bij het naderen van het nominaal toerental neemt de synchrone werking over.

De stator van een synchrone motor is vergelijkbaar met die van een asynchrone motor. Maar er bestaan geen poolomschakelbare synchrone motoren (Dahlander of meerdere snelheden) aangezien de rotor zich niet kan aanpassen aan de polen van de stator.

Om het magnetisch veld op te wekken gebruikt men sterke magneten, waardoor de motor zeer duur wordt. Het monteren en demonteren van dergelijke motoren vergt extra voorzorgmaatregelen wegens het sterk magnetisch veld. Als de motor overbelast wordt of als de rotor opgeslagen wordt zonder kortsluiting van het magnetisch veld kunnen de magneten hun magnetisatie verliezen, waardoor de rotor vervangen moet worden.

Er bestaan ook synchrone motoren met electromagneten, de gelijkstroom wordt dan aangevoerd door sleepringen. Een dergelijke motor heeft meer onderhoud nodig en wordt minder gebruikt.

De synchrone motor kan als generator gebruikt worden. Er wordt een draaiend magnetisch veld opgewerkt in de rotor (meestal door een spoel die met sleepringen gevoed wordt). Men kan de sleepringen vermijden door de rotor te voeden door een kleinere omgekeerde generator. De brushless generator is één van de meest courante generatortype.

Laten we als voorbeeld de motor rechts bekijken in de situatie zoals die getekend is. De motor draait op dit ogenblik niet. We leggen de spanning aan. De zuidpool gaat continu over van Z1 naar Z2 en dan Z3 om terug te keren naar Z1. Er ontstaat een draaiend magnetisch veld, maar de motor loopt niet aan. Hoe kunnen we dit uitleggen?

In het begin staat de zuidpool op Z1. De motor heeft de neiging in tegenwijzerszin te draaien, want de zuidpool en de noordpool trekken elkaar aan. Maar een ogenblikje later staat de zuidpool ter hoogte van Z2 en heeft de rotor de neiging om naar rechts te draaien. Omdat beide krachten elkaar tegenwerken kan de motor niet beginnen te draaien door zijn traagheid.

Het is enkel als de motor dicht bij zijn synchrone snelheid draait dat de motor zich gaat synchroniseren. Om het starten mogelijk te maken heeft een synchrone motor altijd een kooianker zoals een asynchrone motor. Van zodra de rotatiesnelheid dicht bij de synchrone snelheid komt, verdwijnt het koppel dat opgewekt wordt door het kooianker en neemt het synchroon koppel over.

Zo'n motor zou niet mooi draaien met zulke statorpolen en bij een geringe belasting zou de motor al uit synchronisatie vallen. Om een vloeiende beweging mogelijk te maken heeft de rotor verschoven statorpolen zoals een generator (maar voor een andere reden). Daardoor draait het magnetisch veld in een vloeiende beweging en draait de motor soepel. Ook asynchrone motoren hebben een stator met verschoven polen. Euh, en ja, de rotor heeft ook drie polen, maar dat was een beetje te moeilijk om te tekenen.

Toepassingen van de reluctantiemotor zijn bijvoorbeeld motoren van electrische auto's, grote koelgroepen die permanent werken, ventilatoren, pompen en compressoren die een variabel toerental moeten hebben, enz. De meerkost van de installatie kan in een jaar teruggewonnen worden dankzij de besparing op de electriciteit (motoren die permanent werken).

De motor met variabele magnetische weerstand kan kleiner uitgevoerd worden dan een asynchrone motor met hetzelfde vermogen (minder warmte dat afgevoerd moet worden). De motor met variabele reluctantie wordt hier verder besproken.