2-polige motor vs. 4-polige motor: een duidelijke gids die dieper gaat

Kiezen tussen een 2-polige en een 4-polige motor klinkt eenvoudig. Dat is het niet. Het aantal polen bepaalt de snelheid. De snelheid beïnvloedt het koppel, het geluid, de lagers, de pomp of ventilator die je aandrijft en je energierekening. Hieronder vindt u een menselijke, praktische kijk waar u iets mee kunt.

• Snelle opmerkingen:
  • 2-polig ≈ hoge snelheid, lager koppel bij hetzelfde vermogen.
  • 4-polig ≈ de helft van de snelheid, ruwweg het dubbele van het askoppel bij hetzelfde vermogen.
  • De belasting bepaalt. Ventilatoren en molens willen vaak 2-polig. Pompen, transportbanden en compressoren willen vaak 4-polig.

Verschil tussen 2-polige motoren en 4-polige motoren

Het aantal polen bepaalt de synchrone snelheid van een motor. Gebruik deze eenvoudige vuistregel:

• Synchroon toerental (tpm) = 120 × lijnfrequentie (Hz) ÷ aantal polen.
• In Noord-Amerika (60 Hz): 2-polig ≈ 3600 rpm; 4-polig ≈ 1800 rpm. Echte inductiemotoren draaien iets langzamer dan synchroon vanwege slip, dus je ziet cataloguswaarden in de buurt van ~3450 tpm (2-polig) en ~1750-1775 tpm (4-polig). 

In alledaagse termen: minder palen → snellere as; meer palen → langzamere as. Die ene keuze werkt door in al het andere.

• Wat verandert er door snelheid?
  • Koppel voor dezelfde paardenkracht: koppel = 5252 × HP ÷ tpm (ft-lb). Als het toerental wordt gehalveerd, wordt het koppel op de as ruwweg verdubbeld. 
  • Geluid en trillingen: hogere toerentallen betekenen meestal meer ventilatorgeluid en meer aandacht voor de rotorbalans; lagere toerentallen zijn meestal stiller en minder belastend voor de lagers. Geluidstabellen van fabrikanten tonen meestal hogere geluidsniveaus voor 2-polig dan voor 4-polig in hetzelfde frame. 
  • Pompen en ventilatoren: met een hogere snelheid stijgt het debiet ~lineair, de druk ~snelheid² en het vermogen ~snelheid³ (affiniteitswetten). Een 2-polige kan veel meer lucht/water duwen, maar heeft ook veel meer vermogen nodig als je de snelheid laat stijgen. 
  • Efficiëntieverwachtingen: moderne efficiëntieregels (zoals EU Ecodesign) duwen zowel 2- als 4-polige ontwerpen naar hoge IE-klassen, dus "2-polig is altijd efficiënter" of "4-polig is altijd efficiënter" is geen veilige claim - controleer de datasheet. 

2-polige en 4-polige motoren

Beschouw "polen" als het aantal magnetische "noord/zuid-paren" dat de stator creëert. Twee polen = één paar; vier polen = twee paar. Daarom draait het 4-polige veld "langzamer" en volgt de assnelheid.

Wat is een 2-polige motor?

Een 2-polige inductiemotor maakt een magnetisch noorden en een zuiden rond de stator. Bij 60 Hz is het synchrone toerental 3600 rpm (50 Hz → 3000 rpm). In de praktijk liggen de nominale snelheden iets lager door slip (vaak ~3400-3500 tpm). Het is de keuze voor compacte taken met hoge toerentallen.

• Typische gebruikssituaties:
  • Kleine en middelgrote ventilatoren/blazers als je meer snelheid wilt uit een kleiner frame.
  • Pompen met hoge snelheid (met de juiste waaier).
  • Slijpmachines, centrifuges en werktuigmachines die snelle assen nodig hebben.

Wat je moet weten over 2-polige motoren

• Voordelen:
  • Hoge basissnelheid in een klein pakket.
  • Meer vermogensdichtheid bij een gegeven framegrootte.
  • Vaak een hogere arbeidsfactor in kleine vermogens.
• Uitkijken:
  • Lager askoppel bij hetzelfde vermogen (omdat het toerental hoger is).
  • Meer aerodynamisch geluid van de koelventilator en meer aandacht nodig voor balans.
  • Bij pompen kan een hoger toerental de vereiste NPSH verhogen en kan dit leiden tot een steil, energieverslindend deel van de curve als dit niet onder controle wordt gehouden. 

Wat is een 4-polige motor?

Een 4-polige inductiemotor maakt twee noord/zuid-paren. Bij 60 Hz is het synchrone toerental 1800 rpm (50 Hz → 1500 rpm). Nominale snelheden in de buurt van ~1750-1775 tpm zijn gebruikelijk in catalogi. Hij ruilt snelheid voor koppel en soepelheid.

• Typische gebruikssituaties:
  • Verdringerpompen, compressoren, transportbanden.
  • Veel HVAC-ventilatoren en algemene industriële aandrijvingen die de voorkeur geven aan een lagere snelheid en meer koppel.
  • Toepassingen waarbij een stillere werking en langere lagerlevensduur belangrijk zijn.

Wat je moet weten over 4-polige motoren

• Voordelen:
  • Hoger askoppel bij hetzelfde vermogen.
  • Over het algemeen stiller en mechanisch vergevingsgezinder.
  • Vaak gemakkelijker voor lagers vanwege het lagere toerental.
• Uitkijken:
  • Groter of zwaarder voor hetzelfde vermogen in sommige frameseries.
  • Als je echt een hoog toerental nodig hebt, heb je een tandwielkast of een VFD nodig om het toerental boven de basissnelheid te verhogen.

Extra diepte die je niet zult vinden in basisvergelijkingen

De snelle wiskunde die koppel versus snelheid verklaart

Bij hetzelfde vermogen neemt het koppel toe naarmate de snelheid afneemt:

• Voorbeeld: 10 HP motor
  • 2-polig (≈3450 tpm): T ≈ 5252 × 10 ÷ 3450 ≈ 15,2 ft-lb.
  • 4-polig (≈1750 rpm): T ≈ 5252 × 10 ÷ 1750 ≈ 30,0 ft-lb. De 4-polige levert dus ongeveer twee keer zoveel koppel bij de helft van het toerental voor hetzelfde vermogen. Daarom voelt hij "sterker" aan op de as. ²

Pompen, ventilatoren en de realiteit van energieverbruik

Als je de snelheid verdubbelt bij een belasting met een variabel koppel (zoals een ventilator of centrifugaalpomp):

• Stroom ~ verdubbelt.
• Druk/hoofd ~ verviervoudigt.
• Vermogen ~ verachtvoudigt. Daarom kan een 2-polige aandrijving van een pomp zonder goede regeling het energieverbruik doen stijgen. Het kan ook de vereiste NPSH van de pomp verhogen, wat kan leiden tot cavitatie als het systeem dit niet kan leveren. Regel de snelheid met een VFD en pas de setpoints aan, en zowel 2- als 4-polige opstellingen kunnen zeer efficiënt zijn. 

Geluid en trillingen, eenvoudig gezegd

Een hoger toerental betekent meestal meer ventilatorgeluid en meer risico op mechanische resonanties. Gepubliceerde tabellen met motorgeluid tonen 2-polige motoren vaak een paar dB luider dan 4-polige motoren in hetzelfde frame. Als je site geluidsgevoelig is, is dat belangrijk. Je kunt het verzachten met een betere ventilator, geluiddempende omkastingen of een 4-polige selectie. 

Lagers en levensduur

De levensduur van lagers in uren neemt af naarmate de snelheid toeneemt (al het andere is gelijk). De basis ISO 281-levensduurrelatie zet omwentelingen om in bedrijfsuren door ze te delen door het toerental. Dat is een van de redenen waarom 4-polige aandrijvingen vaak koelere lagers hebben en langer meegaan tussen revisies. De kwaliteit van de smering en de belasting overheersen nog steeds, maar de snelheid speelt een rol in de wiskunde. 

VFD's, "inverter duty" en welke pooltelling het beste werkt

Zowel 2-polige als 4-polige motoren houden van VFD's als de motor ervoor gebouwd is. Kijk naar "Inverter Duty" of NEMA MG 1 Part 31 conformiteit op het typeplaatje of gegevensblad. Deze motoren hebben isolatie en vaak lagerbescherming om snelle spanningsranden en lange draden aan te kunnen. Als je zeer lage snelheden moet draaien bij een volledig koppel, overweeg dan externe koeling of een TEBC-motor. 

Over "efficiëntie": controleer het label, niet het gerucht

Regelgeving heeft een hoge efficiëntie over de hele linie afgedwongen. In de EU moeten vanaf 1 juli 2023 veel 2-, 4- en 6-polige motoren van 75-200 kW voldoen aan IE4. In Noord-Amerika zult u "NEMA Premium" conformiteit zien bij zowel 2- als 4-polige motoren. Kortom: ga er niet van uit dat het aantal polen de efficiëntie bepaalt, dat doen model en frame. Vergelijk typeplaatjes en testgegevens. 

2-polig vs 4-polig in tabelvorm

Een praktische selectiechecklist

Gebruik deze snelle controles voordat je iets koopt:

• Welk toerental wil de aangedreven apparatuur eigenlijk?
• Is koppel bij lage snelheid belangrijk bij het opstarten?
• Is er sprake van geluidsbeperkingen of trillingen in de buurt van mensen of sensoren?
• Wat gebeurt er bij pompen/ventilatoren met debiet/opbrengst/vermogen als het toerental verandert?
• Is de motor geclassificeerd als "Inverter Duty" volgens NEMA MG 1 Part 31? Kabellengtes? Lagerbescherming?
• Vergelijk de efficiëntie op de echte typeplaatjes (zelfde HP, zelfde spanning, zelfde behuizing).

Bonus: kleine FAQ

• Doet een 4-polige "meer werk" dan een 2-polige? Nee. Paardenkracht is arbeidssnelheid. Bij dezelfde PK draait de ene langzamer met meer koppel; de andere draait sneller met minder koppel. Gebruik tandwieloverbrengingen of VFD's om de belasting aan te passen. 
• Zijn 2-polige motoren altijd luider? Vaak wel, maar niet altijd. Frame, ventilator, behuizing en montage zijn ook van belang. Controleer de geluidsgegevens als de geluidsniveaus van cruciaal belang zijn. 
• Is het ene type altijd efficiënter? Nee. De efficiëntie hangt af van het specifieke ontwerp en de classificatie. Moderne regels stuwen beide naar hoge niveaus. Controleer dit altijd op het gegevensblad.