Elektromotoren

Elektromotoren

Elektromotoren worden veel gebruikt in het dagelijks leven. Hier leer je over de verschillende soorten.

Fysica

Trefwoorden

elektromotor, elektromagnetische inductie, inductie, motor, elektrische motor, Elektromotor, rechterhandregel, electromagneet, magnetische veldlijnen, inductiestroom, Gelijkstroom, spoel, elektrische stroom, magnetisch veld, magnetische kracht, ijzeren kern, machine, energie, wisselstroom, electro, Fysica, elektrisch, elektriciteit

Gerelateerde items

Scènes

Wisselwerking van elektrische stroom een magnetisch veld

  • geleidingsdraad
  • magnetische inductielijnen - Denkbeeldige lijnen om de structuur van magnetische velden te illustreren. De dichtheid geeft de grootte van het magnetisch veldinductie aan, en de richting van de geïnduceerde stroom volgt die van de lijnen.

Alle elektromotoren maken gebruik van het magnetische effect van elektrische stroom.
Wanneer er stroom door een draad loopt, ontstaat er een magnetisch veld rond die draad. Het magnetisch veld heeft een effect op een permanente magneet, net als een andere permanente magneet zou hebben. Het magnetische veld kun je echter aanpassen.
De kracht van het opgewekte magnetisch veld hangt af van de stroomintensiteit in de draad en de afstand tot de draad. De richting van het veld hangt af van de stroomrichting.

Lusdraad

  • geleidingsdraad
  • magnetische inductielijnen - Denkbeeldige lijnen om de structuur van magnetische velden te illustreren. De dichtheid geeft de grootte van het magnetisch veldinductie aan, en de richting van de geïnduceerde stroom volgt die van de lijnen.

De spoel als elektromagneet

  • geleidingsdraad - De sterkte van het magnetisch veld kan worden geregeld door de sterkte van de elektrische stroom die door deze draad loopt aan te passen.
  • magnetische inductielijnen - Deze concentreren zich in de lussen geleidende draad zodat het magneetveld daar sterker is.
  • ijzeren kern - De sterkte van het magnetisch veld wordt beïnvloed door het materiaal waarvan de spoelkern is gemaakt.

Het magnetisch veld dat de elektrische stroom opwekt, kan worden versterkt door de draad in een lus te leggen. Op deze manier worden de magnetische veldlijnen meer geconcentreerd in de lus. Het magnetisch veld kan verder worden versterkt door een aantal draadlussen te leggen en een spoel te vormen door deze te wikkelen om een staaf van magnetiseerbaar materiaal, bijvoorbeeld een ijzeren kern. Deze spoel is een elektromagneet en komt in alle elektromotoren voor.

Inductie

  • spoel
  • bewegende magneet
  • Ampèremeter

Elektrische stroom kan een magnetisch veld opwekken, maar een magnetisch veld kan ook elektrische stroom opwekken. Dit heet elektromagnetische inductie.

Elektrische stroom kan alleen worden geïnduceerd door een veranderend magnetisch veld. Als het magnetische veld in de omgeving van een spoel verandert, wordt er een spanning in de spoel geïnduceerd en wordt er een elektrische stroom opgewekt. Deze stroom produceert ook een magnetisch veld en de twee magnetische velden kunnen op elkaar reageren.

DC-motoren

  • permanente magneet
  • spoel - Als er een elektrische stroom door dit onderdeel loopt, wordt er een magnetisch veld rond opgewekt. Daardoor gaat het onderdeel fungeren als magneet en draait het om op één lijn te komen met het permanente magneetveld van de stator.
  • commutator - Dit onderdeel draait samen met de rotor van de DC-motor. Het onderdeel ontvangt elektrische stroom door de borstels en geeft deze door naar de spoel(en) van de rotor. In de eenvoudigste DC-motoren zijn er twee polen en daarom bestaat dit onderdeel uit twee segmenten. Als het draait, worden de polen van de elektrische stroom elke halve omwenteling omgeschakeld.
  • borstel - De elektrische stroom loopt naar de commutator en vervolgens hierlangs naar de spoel. Meestal gemaakt van koolstof.
  • ijzeren kern - Bedoeld om het door de spoel opgewekte magnetische veld te versterken.
  • isolatie

Er zijn twee hoofdtypen elektromotoren: gelijkstroommotoren (DC) en wisselstroommotoren (AC).

DC-motoren worden gevoed door gelijkstroom, die wordt geleverd door een accu of een externe voeding. In de eenvoudigste DC-motoren is de stator een permanente magneet en de rotor een elektromagneet, ofwel een spoel.

De stroom wordt via koolborstels en een commutator op de roterende spoel overgebracht. Door de elektrische stroom die naar de spoel wordt geleid, wordt de spoel een magneet. Hij draait om zich aan te passen aan de polariteit van de permanente magneet. De polariteit van de elektrische stroom in de collector wordt echter omgekeerd voordat de spoel in de juiste richting staat. De spoel beweegt zich steeds naar de tegenovergestelde pool, en zo blijft de motor draaien.

Het is gebruikelijk om meerdere spoelen in de rotor te gebruiken zodat de collector ook meerdere polen heeft. Dit garandeert een soepelere werking.

Het nadeel van gelijkstroommotoren is dat de koolborstels verslijten waardoor ze af en toe vervangen moeten worden. Ook ontstaat er stof van het koolstof, wat kortsluiting kan veroorzaken. Bovendien zijn gelijkstroommotoren lawaaierig.

Synchrone AC-motoren

  • rotor - De permanente magneet van dit onderdeel probeert het roterende magneetveld van de stator te volgen.
  • stator - De spoelen van dit onderdeel wekken een roterend magnetisch veld op.
  • besturingselektronica - Creëert een faseverschil tussen de spoelen.
  • wisselstroom

Het andere hoofdtype elektromotoren is de AC-motor waaronder de synchrone en asynchrone motoren allen.

Bij synchrone motoren wordt periodiek van richting veranderende wisselstroom op de rotor toegepast. Zulke stroom kan elektronisch of uit netstroom worden verkregen. Als de stroom in de spoelen van de stator niet in dezelfde fase wisselt, wordt er een draaiend magneetveld opgewekt. Het faseverschil kan worden gecreëerd door gebruik te maken van condensatoren of nog complexere elektronica. In de meeste gevallen zitten er permanente magneten in de rotor, maar er kunnen ook spoelen in zitten (aangedreven door gelijkstroom uit een externe voeding). De magneet van de rotor probeert het roterende magneetveld van de stator te volgen waardoor hij meedraait.

Synchrone motoren werken alleen met een snelheid die overeenkomt met de frequentie van de elektrische stroom die ze aandrijft. Wanneer een synchrone motor onder belasting draait, valt de rotor in fase terug onder een bepaalde hoek ten opzichte van de statorpool, maar ze draaien beide met hetzelfde synchrone toerental. Als de belasting wordt verhoogd, neemt de hoek ook toe. Als er plotseling te veel belasting op de motor wordt uitgeoefend, vallen de rotor en de statorpolen uit synchronisatie en stopt de motor.

Deze motoren zijn niet zelfstartend, ze hebben een een startmechanisme nodig. De meeste synchrone motoren worden gestart door een inductiemechanisme en schakelen pas over naar de synchrone modus wanneer ze de synchronisatiesnelheid bereiken.

Bij het besturen van voertuigen wordt de frequentie van de wisselstroom die de synchroonmotor voedt elektronisch geregeld volgens de benodigde snelheid van het voertuig. Aangezien de wisselstroom in moderne elektrische voertuigen wordt opgewekt door gelijkstroom via een elektronische schakeling, kunnen deze motoren als gelijkstroommotoren worden beschouwd. Ze worden ook wel borstelloze DC-motoren of BLDC-motoren genoemd.

Het voordeel van synchrone motoren ten opzichte van geborstelde DC-motoren is dat er geen enkele component in zit die kan slijten en stof kan produceren, dat ze efficiënt werken en bijna geen geluid produceren.

Asynchrone AC-motoren

  • rotor - Dit kan ook een eenvoudige metalen cilinder zijn waarin de elektrische stroom wordt geïnduceerd door het veranderende magnetische veld.
  • stator - De spoelen van dit onderdeel wekken een roterend magnetisch veld op.
  • besturingselektronica - Creëert een faseverschil tussen de spoelen.

Het werkingsprincipe van asynchrone motoren is gebaseerd op inductie. Daarom worden ze ook wel inductiemotoren genoemd.

Asynchrone motoren bestaan ook uit een stator en een rotor. De stator bestaat uit meerdere spoelen waarop wisselstroom wordt toegepast. De rotor kan een metalen cilinder of een kortsluitspoel zijn. Een kortsluitspoel ontvangt geen stroom van een externe bron.

Het werkingsprincipe van asynchrone motoren is als volgt:

1. De wisselstroom loopt niet in dezelfde fase in de spoelen van de stator, zodat er een roterend magnetisch veld rond de spoelen wordt geïnduceerd.

2. Dit roterend magnetisch veld induceert een elektrische stroom in de rotor.

3. De geïnduceerde elektrische stroom genereert een ander magnetisch veld rond de rotor.

4. De twee magnetische velden staan in wisselwerking met elkaar en de rotor probeert in één lijn te komen met het externe magnetische veld. Het magnetische veld draait echter, en daardoor kan de rotor het nooit inhalen. Als gevolg daarvan draait hij constant rond.

Een roterend magnetisch veld wordt alleen opgewekt wanneer de elektrische stroom in de spoelen van de stator zich in verschillende fasen bevindt. Als er voor de aandrijving van de motor een meerfasige voeding wordt gebruikt, moeten de spoelen van de stator in verschillende fasen worden bedraad. Als de motor wordt aangedreven door een eenfasige voeding, dan wordt de faseverschuiving van de externe spoelen geregeld door condensatoren of door nog complexere elektronica.

Asynchrone motoren zijn minder lastig te bedienen dan synchrone motoren omdat ze niet stoppen wanneer de belasting wordt verhoogd.

Lineaire motoren

  • stator - Bestaat uit meerdere permanente magneten.
  • rotor - Bestaat uit meerdere spoelen.
  • sensor

Van beide AC-motortypes bestaat er ook een lineaire versie: LIM (lineaire inductiemotor) en LSM (lineaire synchrone motor). De werking van deze motoren leidt niet tot een draaibeweging, maar tot een beweging in rechte lijn.

Het werkingsprincipe is hetzelfde als dat van roterende motoren, behalve dat zowel de rotor als de stator in een rechte lijn staat. Een ander verschil is dat meestal het bewegende deel en niet het magnetische of magnetiseerbare deel de spoelen bevat.

Bij de LIM-motor wordt een meerfasige wisselstroom toegepast op de bewegende rij spoelen waardoor een bewegend magnetisch veld ontstaat. Dat veld induceert een stroom in de stationaire metalen rail waarvan het magnetisch veld het bewegende deel van de motor met de spoelen aandrijft.

In de LSM-motor moet de rail een rij magneten bevatten. Daarnaast moet de wisselstroom die in de spoelen van het bewegende deel loopt in de richting van de beweging veranderd worden zodat deze altijd de volgende magneet in de juiste fase bereikt. Zonder sensoren en besturingselektronica is dit niet mogelijk.

Stappenmotoren

  • rotor - Dit kan ook een eenvoudige metalen cilinder zijn waarin de elektrische stroom wordt geïnduceerd door het veranderende magnetische veld.
  • stator - De spoelen van dit onderdeel wekken een roterend magnetisch veld op.
  • besturingselektronica - Creëert een faseverschil tussen de spoelen.

Stappenmotoren zijn zeer nuttig in apparaten waar het nodig is om de exacte hoek (of stap) te kennen waarbij de motor draait als gevolg van een bepaalde hoeveelheid elektrische stroom.

Zulke motoren bewegen de armen van een robot of de componenten van kopieermachines en printers. De rotor van een stappenmotor bestaat uit permanente magneten, en de stator bestaat uit elektromagneten. De elektromagneten van de stator worden elk apart door de besturingselektronica in de gewenste hoek van stroom voorzien.

Als er meer permanente magneten in de rotor en elektromagneten in de stator zijn ingebouwd, kan de motor onder een kleinere hoek stapsgewijs draaien. Zo kan hij nauwkeuriger in de gewenste richting worden gedraaid.

De resolutie van de motor kan ook worden verhoogd als de magneten van de rotor en de ijzeren kernen van de elektromagneten van de stator getand zijn. De resolutie kan nog verder worden verhoogd door de stuurstroom die aan de spoelen wordt toegevoerd nauwkeurig te wijzigen.

Gesproken tekst

Elektromotoren worden veel gebruikt in het dagelijks leven. Er zijn diverse soorten, maar ze gebruiken allemaal de magnetische werking van elektrische stroom.

Wanneer er stroom door een draad loopt, wordt daaromheen een magnetisch veld geïnduceerd. De sterkte van het opgewekte magnetisch veld hangt af van de stroomsterkte in de draad en de afstand tot de draad.

Het magnetische veld kan verder worden versterkt door de draad om een spoel te wikkelen. Deze spoel is de elektromagneet die in alle elektromotoren voorkomt. De sterkte van de elektromagneet en de plaats van de polen ervan kunnen worden geregeld aan de hand van de stroom die erdoorheen loopt.

De elektrische stroom kan een magnetisch veld opwekken, maar het magnetisch veld kan ook elektrische stroom produceren. Dit heet elektromagnetische inductie. Elektrische stroom kan alleen worden geïnduceerd door een veranderend magnetisch veld. Als het magnetische veld in de buurt van een spoel verandert, wordt er een spanning in de spoel geïnduceerd en wordt er stroom opgewekt. Deze stroom produceert een magnetisch veld, dus de twee magnetische velden kunnen een wisselwerking hebben. Van dit verschijnsel wordt gebruikgemaakt bij bepaalde elektromotoren.

Er zijn twee hoofdtypen elektromotoren: gelijkstroommotoren (DC) en wisselstroommotoren (AC). DC-motoren worden gevoed door gelijkstroom, geleverd door een accu of een externe voeding. De stator is een permanente magneet en de rotor een elektromagneet. De stroom wordt door een commutator en koolborstels op de roterende spoel overgebracht. Door de elektrische stroom die door de spoel loopt, wordt deze een magneet. Hij draait om zich te richten naar de polariteit van de permanente magneet. De polariteit van de elektrische stroom in de commutator wordt echter omgekeerd voordat de spoel in de juiste richting staat. De spoel beweegt zich steeds naar de tegenovergestelde pool, en zo blijft de motor draaien.

Het andere hoofdtype elektromotoren is de AC-motor waaronder de synchrone en asynchrone motoren vallen. Bij synchrone motoren wordt periodiek van richting veranderende wisselstroom op de rotor gezet. Zulke stroom kan elektronisch of uit het lichtnet worden verkregen. Een eenvoudig elektronisch circuit zorgt dat de stroom in de spoelen van de stator niet in dezelfde fase wisselt, zodat er een draaiend magneetveld wordt opgewekt. De magneet van de rotor in dit type motor probeert het roterende magneetveld van de stator te volgen waardoor hij meedraait. Synchrone motoren werken alleen met een snelheid die overeenkomt met de frequentie van de elektrische stroom die ze aandrijft. Als er plotseling te veel belasting op de motor wordt uitgeoefend, vallen de rotor en de statorpolen uit synchronisatie en stopt de motor. Deze motoren zijn niet zelfstartend, ze hebben een een startmechanisme nodig. De meeste synchrone motoren worden gestart door een inductiemechanisme en schakelen pas over naar de synchrone modus wanneer ze de synchronisatiesnelheid bereiken. Aangezien de wisselstroom in moderne elektrische voertuigen wordt opgewekt door gelijkstroom via een elektronische schakeling, kunnen deze motoren als gelijkstroommotoren worden beschouwd. Ze worden ook wel borstelloze DC-motoren of BLDC-motoren genoemd.

Het werkingsprincipe van asynchrone motoren is gebaseerd op inductie. Ze bevatten ook twee basisonderdelen: een stator en een rotor. De stator bestaat uit meerdere spoelen waarop wisselstroom wordt gezet. De rotor kan een eenvoudige metalen cilinder zijn, maar meestal is het een spoel die geen stroom van een externe bron krijgt. De stroom wordt erin geïnduceerd. De wisselstroom loopt niet in dezelfde fase in de spoelen van de stator, zodat er een roterend magnetisch veld rond de spoelen wordt geïnduceerd. Dit roterende magnetische veld induceert een elektrische stroom in de rotor. De geïnduceerde elektrische stroom genereert een ander magnetisch veld rond de rotor. De twee magnetische velden staan in wisselwerking met elkaar en de rotor probeert in één lijn te komen met het externe magnetische veld. Het magnetische veld draait echter, en daardoor kan de rotor het nooit inhalen. Als gevolg daarvan draait hij constant rond. Asynchrone motoren zijn minder lastig te bedienen dan synchrone motoren omdat ze niet stoppen wanneer de belasting wordt verhoogd.

Beide types AC-motoren hebben ook een lineaire versie: LIM (lineaire inductiemotor) en LSM (lineaire synchrone motor). De werking van deze motoren leidt niet tot een draaibeweging, maar tot een beweging in rechte lijn. Het werkingsprincipe is hetzelfde als bij een roterende motor, behalve dat zowel de rotor als de stator in een rechte lijn staat.

Stappenmotoren zijn nuttig in apparaten waar het nodig is om de exacte hoek (stap) te kennen waarbij de motor draait als gevolg van een bepaalde hoeveelheid elektrische stroom. Zulke motoren bewegen de armen van een robot of de componenten van kopieermachines en printers. De rotor van een stappenmotor bestaat uit permanente magneten, en de stator bestaat uit elektromagneten. De elektromagneten van de stator worden elk apart door de besturingselektronica in de gewenste hoek voorzien van stroom.

Gerelateerde items

De productie van wisselstroom

Elektrische stroom kan worden opgewekt door een ankerspoel te laten ronddraaien in een magneetveld.

Gelijkstroommotor

Tussen de permanente magneten van een gelijkstroommotor bevindt zich een leiding (spoel) waardoor stroom loopt.

Generator en elektromotor

De generator produceert elektriciteit uit mechanisch werk terwijl de elektromotor mechanisch werk door middel van elektrische stroom genereert.

Condensator

Condensatoren slaan elektrische energie op in de vorm van elektrische lading.

Elektrische bel

Een constructie die met behulp van een elektromagneet werkt.

Dynamo (middenniveau)

De dynamo genereert gelijkstroom uit mechanische energie.

Het laboratorium van Nikola Tesla (Shoreham, VS)

Deze natuurkundige/uitvinder was voornamelijk actief op het gebied van de elektrotechniek. Hij was ongetwijfeld één van de meest briljante mensen van de...

Magnetronbuis

De magnetronbuis, het belangrijkste onderdeel van een magnetron (oven), produceert microgolven.

Transformator

De transformator is een apparaat dat ervoor wordt gebruikt voor het veranderen van elektrische spanning.

Elektrische auto

De Tesla Model S is een van de eerste commercieel verkrijgbare auto's.

Hoe werkt een haardroger?

De animatie toont een geeft fysieke verklaring voor de structuur en werking van de haardroger.

Hoe werkt het? - Laserprinter

De animatie laat zien hoe laserprinters werken.

Magneetzweeftrein (Maglev)

Een van de modernste vervoersmethoden, kan een snelheid van meer dan 400 km/u bereiken.

Milieuvriendelijke auto’s

De combinatie van een conventionele verbrandingsmotor met een elektrisch aandrijfsysteem vermindert de uitstoot van schadelijke stoffen.

Added to your cart.