Synchrone motoren
draaien synchroon met het net
Motoren
Root server » TechTalk » Electriciteit » Motoren » Synchroon
Synchrone motoren draaien aan een vaste snelheid en hebben een wisselspanning nodig.
-

-

Asynchrone generator


Een draaiveld opwekken met stroomringen (spleetpoolmotor).
De ring wordt ook Frager ring genoemd.


Een synchrone motor met magneet

De synchrone motor

De synchrone heeft een permanente magneet als rotor (in grote uitvoeringen is het een electromagneet). Het aanloopkoppel is zeer laag en deze motoren moeten onbelast starten. Om een hoger koppel te bekomen hebben deze motoren vaak ook een kortsluitanker (zoals asynchrone motoren). De motor start dan als asynchrone motor, en dan neemt de synchone motor de werking over. Als de motor synchroon loopt, wordt er immers geen stroom meer opgewekt in de kortsluitanker en het is alsof de kortsluitanker niet meer bestaat.

Bij kleine motoren die in prikklokken, horloges en andere toepassingen waar een laag koppel voldoende is gebruikt men een massieve rotor met een hoge hysteresis. Door het hysteresis ontstaat er een vast magnetisch veld en is er geen magneet meer nodig. De werking lijkt op die van een asynchrone motor (opwekking van een magnetisch veld), maar hier is er geen slip aanwezig. Deze motoren leveren geen hoog vermogen.

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.
Ook asynchrone motoren hebben een draaiend veld nodig en die wordt op dezelfde manier opgewekt.

Afbeelding 1: hoe een draaiend magnetisch veld realiseren met gespleten polen en ring van Frager.

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.

Synchrone motoren met hoog vermogen

Synchrone motoren worden soms in de industrie gebruikt. Ze worden niet noodzakelijk gebruikt wegens hun synchrone rotatiesnelheid maar omdat ze een hoger rendement hebben dan asynchrone motoren. De slip van een asynchrone motor is het verlies van de motor, die omgezet wordt in warmte in het kooianker. Een asynchrone motor die op vol vermogen werkt heeft een anker dat meer dan 100° haalt. Dit is niet bevorderlijk voor de levensduur van de lagers.

Dergelijke motoren hebben een kortsluitanker zoals een asynchrone motor, 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).

Om het magnetisch veld op te wekken gebruikt men sterke magneten, waardoor de motor zeer duur wordt. Het monteren en demonteren van derglijke 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.


Motor met variabele reluctantie

Dit type motor is oorspronkelijk gekend als stappenmotor maar heeft een hele evolutie gekend de laatste jaren. De motor heeft geen slip (slip is verlies) en wordt gebruikt daar waar een hoog rendement nodig is. De meeste industriële reluctantiemotoren worden gevoed via een frekwentieomvormer, waardoor de motor niet overal toegepast kan worden.

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 mootor 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.

Kooiankermotor
(inductiemotor)
Synchrone motorReluctantiemotor
Eenvoudige motor, kan nagenoeg overal gebruikt worden in de industrie. Door de vorm van de kortsluitstaven te wijzigen kan men de aanloopparameters wijzigen. Permanente magneten zijn nodig (of men kan een electromagneet en sleepringen gebruiken). Dergelijke motoren worden in niche-toepassingen gebruikt (hppg vermogen) De motor wordt nog weinig gebruikt (onbekend is onbemind). De motor kan gemakkelijk gebouwd worden. De motor kan kleiner zijn dan een asynchrone motor met eenzelfde vermogen.

Hoog rendement, wordt in de meeste toepassingen gebruikt, van kleine ventilatoren tot zware pompen (25W tot 1MW)

Zeer hoog rendement, wordt gebruikt daar waar het rendement primordiaal is (electrische voertuigen en zware motoren die continu gebruikt worden)

Zeer hoog rendement, wordt in bepaalde electrische auto's gebruikt, maar ook meer en meer in de industrie.

Met of zonder frekwentieregelaar, motoren met twee of drie snelheden mogelijk

Wordt enkel met frekwentieregelaar gebruikt wegens de grootte van de motoren

Wordt doorgaans gebruikt met aangepaste frekwentieregelaar

Voor alle toepassingen kan men een aangepaste motor vinden.

Zeer duur, beperkt in niche-toepassingen

Duur omdat het weinig gebruikt wordt, meerkost door de frekwentieomvormer.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-