Elmotorer (1 af 2)

Overblik over typer af elmotorer

Hvordan vælger du den rette elmotor?

Dette er første blogindlæg i en serie af to. I dette indlæg starter jeg med en kort beskrivelse af de mest almindelige typer elmotorer. I indlæg nummer to beskrives hvordan man ved hjælp af National Instruments Hardware på kort tid kan teste en ny type elmotor.

Markedet for elmotorer er meget stort og komplekst. Ugentligt kommer en nyhed om, at der er opfundet en helt ny type elmotor. Dog er de fleste afarter af de klassiske typer. Nedenunder vil jeg beskrive, at der er også mange ligheder mellem de klassiske typer.

Motor med Permanente Magneter (PM) vs. uden Permanente Magneter (nPM)

Elmotorer kan deles op i to grupper: Med vs. uden permanente magneter. Fordelen ved motorer med permanente magneter er, at de har højere momenttæthed og i mange tilfælde også højere virkningsgrad. Den store akilleshæl for motorer uden permanente magneter er luftgabet mellem rotor og stator. Det meste af modstanden i det magnetiske kredsløb er i luftgabet. For mindre motorer er luftgabet relativt større - derfor ser man sjældent motorer uden permanente magneter under 1 kW. 

Udfordringerne med PM motorer er deres dårlige performance ved lavere hastighed, der skyldes hvirvelstrømstab fra magneterne, og så de høje priser på permanente magneter.

DC børstemotor (DC)

DC børstemotor (Brushed DC motor) er den klassiske low power motor, som vi kender fra ældre støvsugere, håndværktøj og rigtigt mange andre motorer, som man bruger i hverdagen. Fordelen er, at den er let at styre, kræver kun en konstant DC spænding, f.eks. et batteri. Ulempen er, at den ikke holder så længe, på grund af, at kullene bliver slidt. Denne type motor støjer desuden ofte meget.

Børsteløs DC motor (BLDC)

Den børsteløse DC motor (Brushless DC motor) adskiller sig fra DC børstemotoren ved, at fasestrømmen ikke styres med mekanisk kommutering. I stedet bruges effektelektronik til at tænde og slukke for faserne. Da effektelektronik er blevet billigere og den Børsteløse DC motor har bedre holdbarhed end DC børstemotoren, bliver den mere og mere almindelig, og bruges i dag til bl.a. elbiler, lineære motorer, robotter, ventilationssystemer og RC-biler.

Stepmotor

Stepmotoren (Stepper motor) er i princippet en børsteløs DC motor med mange rotorpoler (magnetpar på motoren). Det gør, at rotor-positionen kan styres præcist uden hverken positions- eller strømmåling - kun ved at tænde for faserne i et forudbestemt mønster. Stepmotoren er kendt for momenttæthed og positionsopløsning til lav pris. Til gengæld er effektivitet og makshastighed lavere end Børsteløs DC motoren. På grund af den lavere effektivitet bliver stepmotoren kun brugt til mindre motorer. Da en Børsteløs DC motor evt. med gearkasse er mindre og billigere i større applikationer. Stepmotoren bruges i bl.a. industrirobotter, printere og andre mindre applikationer, hvor positionen skal styres.

Switched Reluktans motor (SRM)

Switched Reluktans motoren (Switched Reluctance Machine) kan man beskrive som en Børsteløs DC motor uden magneter. I stedet for magneter har den en rotor af lamineret jern, hvor magnetfeltet løber fra fasens positiv-pol til negativ-pol.

Switched Reluktans Maskinen var en af de første motorer, der blev lavet. Allerede i første halvdel af 1900-tallet blev de vist første gang. Da der ikke fandtes power elektronik, blev de drevet med mekaniske relæer monteret på akslen. Det var et ret komplekst og ikke særligt stabilt system, derfor blev den først rigtigt udviklet efter effektelektronikken blev tilgængeligt i 1970'erne.

Switched Reluktans Motoren er en af de mest simple typer af motorer, og er i de fleste tilfælde den motor med den højeste virkningsgrad af motorer uden permanente magneter. Ved bl.a. høje hastigheder har den højeste virkningsgrad af alle typer motorer. Alligevel bliver der ikke produceret ret mange SRM i dag. Det eneste sted Switched Reluktans motoren virkeligt har vundet ind er i den tunge mineindustri.

AC induktionsmotor (AC)

AC induktionsmotor, Asynkron motor (Induction motor) er virkeligt arbejdshesten i industrien - langt de fleste motorer brugt til transportbånd, kraner og andre maskiner i industrien er AC induktionsmotorer. I modsætning til andre typer af motorer, bliver momentet genereret af en induceret strøm i rotoren. Derved kan motoren køre asynkront med inputfrekvensen. De to største fordele med induktionsmotoren er, at den kan køre uden inverter (motorkontroller), og at den er billig, fordi den ikke indeholder permanente magneter og at der bliver produceret mange millioner af dem hvert år. Af ulemper kan nævnes, at virkningsgraden er lavere end de fleste andre motortyper og at der kan opstå problemer med at køle rotoren, specielt ved lave hastigheder.

Permanent Magnet synkronmotor (PMSM)

Permanent Magnet Synkronmotoren (Permanent Magnet Synchronous Motor) har samme stator som AC induktionsmotoren, men har en rotor med permanente magneter. Derved kan den i mange applikationer direkte erstatte AC induktionsmotoren, da den bruger samme motorstyring (Inverter) og har fysiske størrelse, men man opnår en større effektivitet og derved mere moment- og effekttæthed. På grund af den mere komplekse stator end den børsteløse DC motor, ses Permanent Magnet Synkronmotoren mere i større applikationer end den børsteløse DC motor, f.eks. i elevatorer.

Denne type motor findes også i en version uden permanente magneter, så hedder den Synkron Reluctans Motor, SynRM (Synchrouous Reluctance motor).

Hvilken er den bedste?

Som det kan ses ovenfor, er der fordele og ulemper ved alle typer elektriske motorer, så det kommer meget an på den specifikke applikation, hvilken der er bedst. Sekanina Electronics kan hjælpe jer med at finde og udvikle den rette motor til jeres produkt.

Se mere om vores ydelser indenfor udvikling af hardware og motorstyringer her.

/Anders Pedersen Sekanina