Elektromotoren (gelijkstroom-, synchroon- & universeelmotor)

Elektromotoren zijn motoren die elektrische energie omzet in mechanische energie, hoe dit precies werkt zal in dit artikel uitgelegd worden aan de hand van enkele voorbeelden: de gelijkstroommotor, de synchroonmotor en de universeelmotor helpen bij het begrijpen van elektromotoren. De rotor, stator, spoelen, wisselspanning en gelijkspanning komen uitgebreid aan bod, maar ook welk type motor in welke producten het best kan worden toegepast. Maar eerst enige uitleg over de elektromotor zelf.

Wat is een elektromotor?

Een elektromotor is, zoals de naam al zegt, een motor die loopt op elektriciteit. Deze motor is in staat elektrische energie om te zetten in mechanische energie (beweging en warmte). Er zijn veel verschillende soorten elektromotoren, deze zijn allereerst op te delen in twee groepen: gelijkstroom (DC, van Direct Current, komt uit bijvoorbeeld een accu) en wisselstroom (AC, van Alternating Current, komt uit bijvoorbeeld het lichtnet). De verschillende elektromotoren uit beide groepen zullen straks behandeld worden, eerst volgt uitleg over de werking van een elektromotor.

Hoe werkt een elektromotor?

Het omzetten van elektrische energie naar mechanische energie wordt gedaan door middel van magnetisme. Kort gezegd zorgt de input (de elektrische energie) voor het creeëren van een magnetisch veld, waardoor iets wordt aangetrokken en gaat bewegen. Omdat elke motor anders werkt, wordt dit proces een stuk duidelijker uitgelegd bij de verschillende motoren hieronder.

Permanent Magneet gelijkstroommotor (DC)

(Ook wel: PMDC, brushed DC motor, Permanent Magnet Direct Current)
De permanent mageneet gelijkstroommotor is het meest gebruikte type elektromotor. De werking is hieronder in de afbeelding te zien. De motor bestaat uit een stator en een rotor, de stator is een ‘koker’ met een magneet met noord- en zuidpool, zoals te zien in de afbeelding. De rotor, ook wel anker genoemd, moet rond kunnen draaien in de stator waarbij in de afbeeldingen de blauw en roze wikkelingen aan beide kanten van de rotor de zogenaamde spoelen zijn. Spoelen zijn ‘uitstulpsels’ van de rotor (minimaal twee), omwikkeld met koperdraad waardoor deze magnetisch worden als er stroom door het draad gaat lopen.

Als de noordpool van de stator tegen de noordpool van de rotor ligt, en er wordt stroom op de rotor gezet, zal de rotor magnetisch worden en gaan draaien (de noordpool van de rotor wil naar de zuidpool van de stator – en andersom – omdat gelijke polen elkaar afstoten). Wanneer de noordpool van de rotor bij de zuidpool van de stator is gekomen – de rotor heeft inmiddels dus een halve omwenteling gemaakt – zal de stroom binnen de rotor omgedraait moeten worden: de noordpool van de rotor is eerst aangetrokken door de zuidpool van de stator, maar zal veranderen in een zuidpool en zal nu worden afgestoten tot deze gedraait is naar de noordpool van de stator. Na een halve circel draait de stroom weer om en op die manier maakt de rotor een roterende beweging.

Het omschakelen van de stroom door de rotor gebeurt door middel van een communator of collector met borstels. De collector is gemaakt van koper of messing, de borstels van grafiet.

Voorbeelden producten met PMDC-motor: elektrische tandenborstel, printer, kruimeldief, accuboormachine, elektrische grasmaaier.

Borstelloze Permanent Magneet gelijkstroommotor (DC)

(Ook wel: borstelloze DC motor, brushless DC motor.) Er bestaan ook permanent mageneet gelijkstroommotoren zonder borstels. Deze motor verschilt van de geborstelde PMDC-motor omdat bij het checken van de positie van de stator- en rotormagneten ten opzichte van elkaar (om op tijd de stroomrichting om te draaien), geen gebruik wordt gemaakt van borstels en communator, maar van een sensor. De omschakeling van de stroomrichting wordt nu gedaan door middel van een transistor.

Een ander verschil is dat bij deze motor de rotor permanente magneten heeft en de stator spoelen met wisselende stroomrichting.
Voordelen van een borstelloze PMDC motor, is dat de slijtagegevoelige borstels en communator vervangen is door betrouwbaardere elektronica. Nadeel is dat de sensors duur zijn. Borstelloze PMDC motoren vind je terug in producten die niet mogen falen, zoals een computer ventilator.

Voorbeelden producten met borstelloze PMDC-motor: CD/DVD spelers, harde schijf, computer ventilator.

Synchroommotor (AC)

(Ook wel: synchronous motor.) Dit type motor lijkt op de borstelloze permanent magneet gelijkstroommotor, ook hier bevat de rotor permanente magneten en de stator spoelen. Het verschil is echter dat deze motor alleen werkt op wisselspanning waardoor de synchroonmotor ook geen sensor/transistor of communator/borstels nodig heeft: de stroomrichting draait namelijk automatisch al om. Omdat de stator de wissellende richting van het magneetveld precies volgt, loopt de motor synchroon met de frequentie van de wisselspanning. Vandaar de naam.

Als de motor te zwaar belast wordt, kan de rotor de wisselingen van de wisselspanning niet meer aan, raakt als het ware 'de tel kwijt' en zal stil blijven staan.

Voorbeelden producten met synchroonmotor: platenspeler, citruspers, wasmachine.

Universeelmotor (AC / DC)

(Ook wel: universal motor.) De universeermotor verschilt van de eerder genoemde motoren doordat hier zowel de stator als de rotor omwikkeld zijn met koperdraad. Het voordeel hiervan is dat de motor nu op zowel wisselspanning als gelijkspanning kan draaien (bij wisselspanning veranderd nu namelijk zowel de stator als de rotor en dus voor de richting en snelheid van de motor in feite niets).

Een universeelmotor mag nooit onbelast werken, omdat deze zichzelf anders kapotdraait. Vaak wordt daarom een koelvin op de as geplaatst waardoor de motor gekoelt en tegelijkertijd altijd beslast wordt. Universeelmotoren zijn relatief zeer compact, je vindt ze dan ook terug in veel huishoudelijke producten op netstroom.

Voorbeelden producten met universeelmotor: mixer, blender, schuurmachine, stofzuiger.