Inductiemotoren met gewonden rotor: Het geheim van een hoog koppel en instelbare snelheid

Ik werk al heel lang met elektromotoren. Ik heb grote motoren gezien, kleine motoren en motoren die heel speciale taken uitvoeren. Een van de interessantste motoren die ik heb gezien is de inductiemotor met gewikkelde rotor. Het is een zeer harde werker. Als je je ooit hebt afgevraagd hoe een grote kraan zo soepel zware dingen kan optillen, dan zie je misschien wat deze speciale motor kan doen.

Dit artikel is voor jou als je meer wilt weten over dit sterke type motor. We bekijken wat een gewikkelde rotormotor is en hoe hij werkt. We zullen ook zien waarom hij zo anders is dan de gewone eekhoornkooimotor. Ik zal het in eenvoudige woorden uitleggen. Als je klaar bent met lezen, weet je precies waarom deze motor de juiste keuze is voor sommige van de zwaarste klussen.

Wat is een motor met wikkeling eigenlijk?

Laten we beginnen met de eenvoudige feiten. Een motor met gewikkelde rotor is een speciaal type inductiemotor. Je hoort het ook wel een sleepringmotor noemen. Net als andere elektromotoren gebruikt hij magneten en elektriciteit om dingen te laten bewegen. De belangrijkste taak van elke motor is om elektrische energie om te zetten in bewegende energie. Deze motor doet deze taak heel goed, vooral als het een zware klus is.

De naam "gewikkelde rotor" vertelt je er het belangrijkste over. De rotor is het deel van de motor dat draait. Bij deze motor zijn er spoelen van draad om de rotor gewikkeld. Deze draden worden wikkelingen genoemd. Dit zijn geen gewone metalen staven. Het zijn geïsoleerde windingen. Ze lijken veel op de windingen in het deel van de motor dat niet beweegt, de stator.

Deze speciale wikkeling op de rotor is de sleutel tot zijn vermogen. Het is een type inductiemotor waarbij de rotorwikkelingen verbonden zijn met dingen buiten de motor. Door deze verbinding kunnen we de werking van de motor veranderen terwijl hij draait. Deze externe besturing maakt de inductiemotor met gewikkelde rotor zo'n unieke en sterke machine. We zullen zien hoe dit ene eenvoudige onderdeel een heel groot verschil kan maken.

Waarin verschilt deze inductiemotor van een eekhoornkooimotor?

Als ik het over motoren heb, denken de meeste mensen aan de gewone eekhoorn-kooi inductiemotor. Dit is het meest gebruikte type wisselstroommotor ter wereld. Hij is eenvoudig, hij kost niet veel en je kunt erop rekenen. De naam "eekhoornkooi" komt van de rotor. De rotor ziet eruit als een kooi voor een klein dier. Hij bestaat uit een set metalen staven die aan de uiteinden met elkaar verbonden zijn.

De inductiemotor met gewikkelde rotor is niet hetzelfde. Deze heeft geen eenvoudige eekhoornkooirotor. In plaats daarvan is de rotor gedetailleerder en heeft hij wikkelingen. Dit is een zeer belangrijk verschil met eekhoornkooimotoren. De eenvoudige eekhoornkooimotor is een "instellen en vergeten" type machine. Als je hem aanzet, zijn snelheid en draaikracht zo goed als vast. Hij voert één taak met één snelheid heel goed uit.

De motor met gewikkelde rotor daarentegen kan veranderen. We kunnen verbinding maken met de rotorwikkelingen. Dit betekent dat we op elk moment kunnen veranderen hoe hij presteert. Dit maakt de motor gedetailleerder en kost vaak meer geld. Maar voor sommige taken is het juist nodig om te kunnen veranderen. Een eekhoornkooi motor is als een auto met maar één versnelling. Een motor met gewikkelde rotor is als een auto waarvan je alle versnellingen kunt veranderen.

Wat doen de sleepringen in een wikkelingrotor-inductiemotor?

Dus hoe maken we een verbinding met de draaiende rotor? Daarvoor worden sleepringen en borstels gebruikt. Stel je voor dat je probeert draden aan te sluiten op iets dat duizend keer per minuut ronddraait. Dat zou een grote warboel worden! De sleepring is een slim antwoord op dit probleem. Een sleepring is een metalen ring. Hij zit op de draaiende stang van de motor, maar de elektriciteit kan niet tussen de ring en de stang komen.

De rotorwikkelingen zijn verbonden met deze sleepringen. Wanneer de rotor draait, draaien de ringen mee. Sommige koolstofblokken die niet bewegen, borstels genoemd, raken de ringen. De elektriciteit gaat van de draaiende rotorwikkelingen door de sleepringen naar de borstels. Daarna gaat het naar een regelkast aan de buitenkant. Zo kunnen we onderdelen aan het rotorcircuit toevoegen.

Dit is de sleutel tot de werking van een inductiemotor met gewikkelde rotor. Zonder borstels en sleepringen zouden we geen verbinding kunnen maken met de rotor. We zouden geen manier hebben om de weerstand in het rotorcircuit te veranderen. Dit onderdeel klinkt eenvoudig, maar het is wat dit type motor zo speciaal maakt. Het geeft ons veel controle over zijn vermogen. Deze motor is een prachtig voorbeeld van slim ontwerp.

Hoe kun je de snelheid van een motor met wikkeling regelen?

Het beste aan deze motor is dat je de snelheid kunt regelen. De snelheidsregeling is verbonden met de sleepringen waar we het net over hadden. We kunnen een set weerstanden aan de buitenkant aansluiten op het rotorcircuit via de borstels. Hierdoor kunnen we de werking van de motor veranderen. Een weerstand is een onderdeel dat het moeilijker maakt om elektriciteit te laten stromen.

Als we weerstand toevoegen aan het rotorcircuit, veranderen we de manier waarop de motor werkt. Als we meer weerstand aan de rotor toevoegen, zal de motor langzamer draaien. Hoe meer weerstand we toevoegen, hoe langzamer de motor zal draaien. Dit geeft ons een manier om de snelheid te regelen. Deze weerstand helpt de motorsnelheid soepel te veranderen. Dit is geweldig voor klussen waarbij een zeer voorzichtige beweging nodig is.

De rotorweerstand wijzigen is een eenvoudige en goede manier om de snelheid en het koppel van de motor te regelen. De motor kan worden gebruikt om op een bepaalde snelheid te draaien, niet alleen op de hoogste snelheid. Dit is perfect voor taken waarbij de snelheid moet veranderen. Het feit dat je de snelheid van een motor met gewikkelde rotor kunt regelen, maakt hem zo handig voor grote klussen in fabrieken. Deze motor is een echte harde werker.

Waarom heeft deze motor zo'n hoog startkoppel?

Koppel is de draaiende kracht die iets doet draaien. Wanneer je een motor start, heb je veel startkoppel nodig om de boel in beweging te krijgen. Dit geldt vooral als er een zware belasting is aangesloten. Een normale inductiemotor met eekhoornkooi trekt een zeer grote hoeveelheid stroom uit het elektrische systeem om zijn startkoppel te leveren. Dit kan zes tot acht keer meer stroom zijn dan hij gebruikt als hij draait!

De inductiemotor met gewikkelde rotor lost dit probleem op een heel slimme manier op. Om een hoog startkoppel te krijgen, voegen we veel weerstand toe aan het rotorcircuit. Hiervoor gebruiken we de weerstanden aan de buitenkant. Dit doet twee prachtige dingen. Ten eerste verlaagt het de hoeveelheid startstroom die de motor nodig heeft. Dit is veel beter voor het elektrische systeem. De hoeveelheid startstroom is veel lager dan bij motoren met eekhoornkooi. De stroom wordt verlaagd, wat een grote hulp is.

Ten tweede verandert deze toegevoegde rotorweerstand de motor op een manier die de meeste startkracht geeft. Het koppel is hoger door een betere verbinding tussen de magnetische velden in de motor. We krijgen dus deze enorme startkracht zonder een grote trekkracht op het vermogen. Nadat de motor sneller draait, kunnen we de weerstand langzaam wegnemen. Dit laat de motor goed draaien op zijn topsnelheid. Dit geeft ons het beste van twee dingen: een sterke start en een goede loop.

Waar worden deze speciale rotormotoren gebruikt?

Gewikkelde rotormotoren zul je thuis niet vinden. Dit zijn zware motoren voor grote klussen. Motoren met gewikkelde rotor worden gebruikt voor klussen waarvoor een hoog startkoppel en de mogelijkheid om de snelheid te regelen nodig zijn. Ze zijn perfect om zeer zware dingen soepel en veilig te verplaatsen.

Hier zijn enkele veel voorkomende plaatsen waar je deze sterke rotormotoren zult zien:

• Hijskranen en takels: Voor het hijsen van enorme kisten of stalen balken is een motor nodig die kan starten met een zeer zware last. Een kraan heeft een soepele besturing nodig en een gewikkelde rotormotor zorgt daarvoor. De takel op de kraan maakt gebruik van dit type motor.
• Liften: Een lift moet heel soepel starten en stoppen. Deze motor zorgt voor die soepele start.
• Breekmachines, molens en slijpmachines: Deze machines hebben veel vermogen nodig om te starten als ze vol materiaal zitten. Een inductiemotor met gewikkelde rotor kan het koppel leveren dat nodig is om ze op gang te krijgen.
• Pompen en ventilatoren: Sommige grote pompsystemen moeten hun snelheid kunnen aanpassen om te regelen hoeveel vloeistof er stroomt. Dit type motor werkt daar goed voor.
• Ponspersen en scharen: Deze machines hebben een hoog koppel nodig voor hun taakcyclus.

Elke klus waarbij je een motor met zware belasting moet starten, is een goede plek voor een motor met gewikkelde rotor. Ook als je de snelheid van een motor onder belasting moet regelen, is deze motor een goede keuze. Dit zijn sterke motoren voor zware taken.

Laten we eens binnenin kijken: Wat zijn de belangrijkste onderdelen?

Als we een motor met gewikkelde rotor uit elkaar halen, zien we een paar belangrijke onderdelen. Het is een type inductiemotor. Sommige onderdelen lijken dus op die van zijn eekhoornkooi neefje, maar de rotor is heel anders.

1. Stator: Dit is het buitenste deel van de motor dat niet beweegt. Het heeft zijn eigen set wikkelingen. Wanneer je wisselstroom naar de stator stuurt, maakt deze een draaiend magnetisch veld. Dit is hetzelfde voor bijna alle inductiemotoren.
2. Gewonden rotor: Dit is het midden van de motor. Het is het deel dat draait. Het is geen eenvoudige eekhoornkooirotor. Deze heeft een set geïsoleerde wikkelingen, net als de stator.
3. Slipringen en borstels: Zoals we al besproken hebben, vormen deze onderdelen de elektrische verbinding met de draaiende rotor. De uiteinden van de rotorwikkelingen zijn verbonden met de sleepringen. De borstels bewegen niet en raken de ringen om vermogen van de rotor te verplaatsen.
4. Externe weerstandenbank: Deze zit niet in de motor zelf, maar is erg belangrijk voor de werking van de motor. Het is een doos met grote weerstanden. Deze kunnen via de borstels op de rotor worden aangesloten. Zo kan de motor snelheid en kracht regelen. Deze veranderlijke weerstand is de sleutel.

Al deze onderdelen vormen samen het volledige gewikkelde rotor-inductiesysteem. De motor is een eenvoudige inductiemachine. Maar de speciale rotor en sleepringen geven hem verbazingwekkende mogelijkheden.

Kan ik in plaats daarvan een eekhoornkooimotor gebruiken?

Ik krijg deze vraag vaak. Een eekhoornkooi motor is eenvoudiger en kost minder. Hij heeft ook minder onderhoud nodig. Waarom zou je er dan niet altijd een gebruiken? Het antwoord is dat het voor elke taak anders is. Voor veel taken is een inductiemotor met eekhoornkooi het perfecte gereedschap. Als je een motor nodig hebt om een ventilator de hele tijd op dezelfde snelheid te laten draaien, is een kooimotor de beste keuze.

Maar wat als je iets moet optillen dat tien ton weegt? Een normale eekhoornkooi motor zou een enorme hoeveelheid stroom proberen te trekken om te starten. Dit zou de stroom kunnen uitschakelen of het elektrische systeem kunnen beschadigen. Misschien is de motor niet eens in staat om genoeg startkoppel te leveren om het gewicht op te tillen. De motor is misschien niet in staat om de klus te klaren.

Dit is waar de motor met gewikkelde rotor het beste werkt. Hij is gebouwd voor dit soort taken. Hij kan een zeer hoog koppel leveren wanneer hij niet beweegt en verbruikt een lage hoeveelheid stroom. Dit betekent dat hij zware lasten kan verplaatsen zonder het elektrische systeem te belasten. Dus nee, je kunt niet altijd de ene in plaats van de andere gebruiken. Je moet de juiste motor voor de taak kiezen. Als je een hoog startkoppel en soepele starts nodig hebt, is de motor met gewikkelde rotor vaak de enige keuze.

Hoe zit het met variabele frequentieregelaars (VFD's)? Zijn ze een betere keuze?

In de wereld van het regelen van motoren verandert er altijd wel iets. Tegenwoordig hebben we een geweldig nieuw hulpmiddel dat een variabele frequentieregelaar of VFD heet. Een VFD is een elektronisch kastje dat de snelheid van een normale eekhoornkooi motor kan veranderen. Dit gebeurt door de frequentie te veranderen van de elektriciteit die naar de motor gaat.

VFD's worden tegenwoordig veel gebruikt. Ze laten een goedkope en eenvoudige eekhoornkooimotor taken uitvoeren waarvoor vroeger een gedetailleerde gewikkelde rotormotor nodig was. Met een VFD kan een normale inductiemotor een geweldige snelheidsregeling hebben. Hij kan zelfs een hoger startkoppel leveren. Voor veel nieuwe projecten kan iemand kiezen voor een VFD en een kooimotor in plaats van een gewikkelde rotormotor.

Maar gewikkelde rotormotoren zijn nog steeds nodig. Ze zijn zeer sterk en kunnen op zeer moeilijke plaatsen werken. Voor sommige taken met een zeer hoog vermogen kan een gewikkelde rotormotor nog steeds voordeliger of betrouwbaarder zijn dan een groot, gedetailleerd VFD-systeem. Ook als je een oude motor vervangt in een systeem dat er al is, is het vaak het gemakkelijkst om een andere gewikkelde rotormotor te gebruiken. De nieuwe frequentieregelaars hebben dingen veranderd, maar ze hebben de taaie oude gewikkelde rotormotor niet overbodig gemaakt.

Wat zijn de belangrijkste voor- en nadelen die ik moet weten?

Laten we tot slot eens kijken naar de goede en de slechte dingen. Net als elk gereedschap heeft de inductiemotor met gewikkelde rotor zijn goede en slechte kanten. Het is belangrijk om beide te kennen voordat je beslist of het de juiste motor is voor wat je nodig hebt.

Voordelen (Pro's):

• Hoog startkoppel: Hij kan starten met zeer zware ladingen. Dit is zijn beste eigenschap.
• Lage startstroom: Het elektrische systeem wordt niet zwaar belast als hij start.
• Soepele start: De snelheid kan langzaam en soepel worden verhoogd. Dit is geweldig voor ladingen die zorg nodig hebben.
• Veranderlijke snelheid: De rijsnelheid kan worden geregeld door de rotorweerstand te wijzigen.

Nadelen (Cons):

• Kosten Meer: Deze motoren zijn gedetailleerder en kosten meer om te maken dan motoren met een eekhoornkooi.
• Heeft meer onderhoud nodig: De sleepringen en borstels slijten. Ze moeten worden gecontroleerd en vervangen.
• Verspilt meer stroom: Een deel van het vermogen wordt omgezet in warmte en gaat verloren in de buitenweerstanden. Dit gebeurt het meest bij lage snelheden.
• Groter formaat: Ze zijn vaak groter en zwaarder dan een eekhoornkooimotor met dezelfde hoeveelheid vermogen.

Als je deze punten kent, begrijp je waarom deze motor een speciaal gereedschap is voor speciale klussen. Hij is niet geschikt voor elke taak, maar wanneer je zijn speciale krachten nodig hebt, zal geen enkele andere motor zo goed werken.

Dingen om te onthouden

Ik hoop dat je hierdoor meer te weten bent gekomen over de inductiemotor met gewikkelde rotor. Het is een zeer interessante machine in de wereld van elektromotoren. Hier zijn de belangrijkste dingen om te onthouden:

• Een motor met gewikkelde rotor is een speciale inductiemotor met draadwikkelingen op de rotor.
• Hij maakt gebruik van sleepringen en borstels om zijn rotor te verbinden met een circuit aan de buitenkant.
• Door weerstand toe te voegen aan de rotor kun je de snelheid van de motor regelen. Je kunt ook een zeer hoog startkoppel krijgen met een lage startstroom.
• Deze rotormotoren zijn perfect voor zware klussen zoals kranen, takels en molens.
• Ze zijn gedetailleerder, kosten meer en hebben meer onderhoud nodig dan gewone motoren met eekhoornkooi.
• Nieuwe VFD's kunnen nu vergelijkbare mogelijkheden bieden als normale motoren, maar de gewikkelde rotormotor wordt nog steeds gebruikt voor zware taken.