Gelijkstroommotoren in detail: Alles wat u als machinebouwer moet weten!

Van basisprincipes tot hightech: de wereld van DC-motoren voor industriële toepassingen.

Wat zijn de kerncomponenten van een gelijkstroommotor en hun functie?

Een gelijkstroommotor bestaat voornamelijk uit de stator (genereert het magnetisch veld), de rotor/anker (draagt stroomgeleidende wikkelingen) en de commutator. De commutator is cruciaal omdat hij de stroomrichting in de rotor periodiek omkeert en zo een continu draaiende beweging mogelijk maakt. Koolborstels dragen de stroom over op de commutator.

Hoe wordt de snelheid van een gelijkstroommotor voor industriële toepassingen geregeld?

De snelheidsregeling gebeurt meestal door het aanpassen van de anker-spanning (ankerbedrijfsgebied) voor een breed scala of door invloed uit te oefenen op het opwekkingsveld (veldverzwakkingsgebied), wat hogere snelheden bij verminderde koppel mogelijk maakt. Voor precisietoepassingen, zoals ATEK Drive Solutions vaak realiseert, worden vaak PI-regelaars toegepast, om bijvoorbeeld een nauwkeurigheid van ±0,1% te bereiken.

Welke voordelen bieden borstelloze gelijkstroommotoren (BLDC) ten opzichte van traditionele DC-motoren?

BLDC-motoren maken gebruik van een elektronische commutatie, wat de mechanische slijtage van borstels elimineert. Dit leidt tot een langere levensduur, minder onderhoudskosten, de mogelijkheid van hogere snelheden en een verhoogde efficiëntie, vaak boven de 90%. ATEK gebruikt deze technologie in moderne servomotoren.

Wat wordt verstaan onder regeneratief remmen bij gelijkstroommotoren en welke voordelen heeft het?

Regeneratief remmen betekent dat de gelijkstroommotor tijdens het afremmen als generator werkt en energie terug in het net voert. Dit is bijzonder voordelig bij toepassingen met frequente remcycli, zoals bij kranen, en kan energiebesparingen tot 15% mogelijk maken en de operationele kosten verlagen.

Welke criteria zijn bij de selectie van een gelijkstroommotor voor een specifieke industrie-toepassing cruciaal?

Belangrijke selectiecriteria zijn het benodigde nominaal koppel (bijvoorbeeld 5 Nm), de nominale snelheid (bijvoorbeeld 3000 t/min), de nominale spanning (bijvoorbeeld 24V DC), de lastcyclus en de omgevingsomstandigheden inclusief de vereiste IP-beschermingsklasse. Een nauwkeurige definitie van deze vereisten is essentieel voor een optimale aandrijfsoplossing, zoals ATEK aanbiedt.

Wat is de ankerreactie bij gelijkstroommotoren en hoe gaat men daarmee om?

De ankerreactie is een vervorming van het hoofdmagneetveld door het magnetische veld van de ankerstroom, wat kan leiden tot commutatieproblemen en koppelverlies . Moderne gelijkstroomaandrijvingen, zoals ontwikkeld door ATEK Drive Solutions, maken gebruik van omkeerpole of compensatiewikkelingen, om dit effect te neutraliseren en de motor efficiëntie met tot 5% te verhogen.

Wanneer is een serie-wonden motor de juiste keuze voor mijn toepassing?

Een serie-wonden motor is ideaal wanneer een zeer hoog aanloopkoppel vereist is, bijvoorbeeld voor starters, kranen of tractietoepassingen. Zijn koppel kan tot twee- tot drie keer het nominale koppel bereiken. Echter, zijn snelheid is sterk afhankelijk van de last.

Kan ATEK Drive Solutions ook op maat gemaakte gelijkstroommotor-oplossingen aanbieden?

Ja, ATEK Drive Solutions is gespecialiseerd in maatwerk aandrijfsystemen te ontwikkelen. Dankzij ons modulaire systeem en onze expertise in de fabricage van gear boxes en servomotoren kunnen we gelijkstroommotoren optimaliseren voor uw specifieke behoeften , ook voor complexe toepassingen en speciale gear boxes.

Gelijkstroommotoren zijn veelzijdige aandrijvingen die elektrische energie efficiënt omzetten in mechanische beweging; de juiste selectie van het type motor en een nauwkeurige regeling zijn cruciaal voor de optimalisatie van industriële processen en kunnen de systeem efficiëntie aanzienlijk verhogen..

Moderne borstelloze gelijkstroommotoren (BLDC) bieden aanzienlijke voordelen zoals een langere levensduur, minder onderhoudskosten en een efficiëntie van vaak meer dan 90%, wat ze ideaal maakt voor veeleisende toepassingen in automatisering en elektrische mobiliteit.

Doordachte regelingsstrategieën, zoals de aanloopstroombeperking en het regeneratief remmen, verbeteren niet alleen de prestaties, maar kunnen ook energiebesparingen tot 15% de levensduur van de gehele aandrijflijn verlengen. Ontdek de verschillende toepassingsmogelijkheden, werkingsprincipes en laatste ontwikkelingen van gelijkstroommotoren. Een uitgebreide gids voor ingenieurs en besluitvormers.

Gelijkstroommotoren zijn uit de moderne aandrijftechniek niet weg te denken. Of het nu in robots, werktuigmachines of transportbanden is – hun veelzijdigheid is indrukwekkend. Heeft u een maatwerkoplossing nodig? Neem contact met ons op!

Zoekt u de ideale gelijkstroommotor voor uw toepassing? Laten we samen de perfecte oplossing vinden!

Vraag nu een aandrijfsysteem aan!

Inleiding tot gelijkstroommotoren.

Entdecken Sie die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, Funktionsweisen und neuesten Entwicklungen von Gleichstrommotoren. Ein umfassender Leitfaden für Ingenieure und Entscheider.

Gleichstrommotoren sind aus der modernen Antriebstechnik nicht wegzudenken. Ob in Robotern, Werkzeugmaschinen oder Förderanlagen – ihre Vielseitigkeit ist beeindruckend. Benötigen Sie eine massgeschneiderte Lösung? Sprechen Sie uns an!

Sie suchen den idealen Gleichstrommotor für Ihre Anwendung? Lassen Sie uns gemeinsam die perfekte Lösung finden!

Jetzt Antriebslösung anfragen!

Einführung in Gleichstrommotoren

Dit artikel behandelt Gelijkstroommotoren – hun basisprincipes, hightech-toepassingen en de selectie en optimalisatie van geschikte aandrijvingen voor machines.

Basisprincipes en betekenis begrijpen

Der Gelijkstroommotor (ook bekend als DC-motor), een van de vroegste vormen van de elektromotor, speelt een centrale rol in de industrie. Zijn vermogen om elektrische energie efficiënt om te zetten in nauwkeurige mechanische beweging is van groot belang voor talrijke toepassingen. ATEK Drive Solutions GmbH past dergelijke DC-aandrijvingen bijvoorbeeld toe in gear box motoroplossingen om een exacte positionering in de verpakkingsindustrie te waarborgen.

Het kernprincipe: energieomzetting

DC-motoren werken op basis van de Lorentz-kracht: Een stroomvoerende geleider die zich in een magnetisch veld bevindt, ondervindt een kracht. Deze kracht genereert een koppel dat de rotor in beweging zet. Dit maakt betrouwbare aandrijfsystemen mogelijk, zoals benodigd voor transportbanden met een constante snelheid van 0,5 m/s. Het eenvoudige werkingsprincipe van deze motoren maakt robuuste en veelzijdige constructies mogelijk.

Variëteit voor industriële eisen

Het scala van de Gelijkstroommotoren reikt van kleine motoren voor medische apparatuur tot krachtige aandrijvingen voor de zware industrie. De specifieke eisen van een toepassing, zoals een hoog aanloopkoppel of een constante snelheid bij variërende belasting, bepalen de keuze van het geschikte motortype. Een correcte selectie van de elektromotor optimaliseert de gehele aandrijfsoplossing, zoals onze ervaringen met maatwerk elektromotoren laten zien.Werking en opbouw van gelijkstroommotoren

De centrale componenten in het overzicht

Ein Gelijkstroommotor bestaat in wezen uit een stator die het magnetisch veld genereert en een rotor, ook wel anker genoemd, die de wikkelingen draagt. De commutator, ook wel pol wisselaar genoemd, is een cruciaal component voor de continue rotatie, aangezien hij de ankerstroom periodiek omkeert. Het materiaal van de koolborstels (bijv. een grafiet-koper-mengsel) heeft een aanzienlijke invloed op de levensduur van de motor, vooral bij toepassingen met meer dan 10.000 schakelingen per dag.

• Hoofdcomponenten: De stator genereert het stationaire magnetisch veld, terwijl de rotor (anker) de stroomgeleide wikkelingen bevat.
• Commutator (polwisselaar): Dit sleutelelement maakt de continue draaiende beweging mogelijk door de stroomrichting in de ankerwikkelingen gerichte om te keren.
• Koolborstels: Zij zorgen voor de elektrische verbinding met de commutator en dragen de stroom over; de keuze van hun materiaal (bijvoorbeeld grafiet-koper-legeringen) is kritisch voor de duurzaamheid van de DC-aandrijving.
• Continue draaimoment: Dit wordt gegenereerd door de precies door de commutator gecontroleerde stroomomkeering in de ankerwikkelingen.
• Ankerreactie: Een typische uitdaging bij Gelijkstroommotoren, waarbij het magnetisch veld dat door de ankerstroom wordt gegenereerd, het hoofdmagneetveld vervormt en zo de motorprestaties kan beïnvloeden.
• Oplossingsbenaderingen: Moderne constructies maken vaak gebruik van omkeerpole of speciale compensatiewikkelingen om de ankerreactie te neutraliseren en de efficiëntie van de motor te verhogen.

De commutator: dirigent van de draaiende beweging

Bereikt de rotor een zogenaamde dode hoek, keert de commutator met behulp van de koolborstels de stroomrichting in de ankerwikkelingen om. Dit proces genereert een continue draaiende kracht. Bijzonder nauwkeurig vervaardigde commutatoroppervlakken zijn belangrijk om de slijtage van borstels en vonkvorming te minimaliseren – een aspect dat vooral van belang is bij laagspannings-servomotoren .

Uitdaging ankerreactie en de oplossing daarvan

De zogenaamde ankerreactie, het magnetisch veld veroorzaakt door de ankerstroom, kan het hoofdmagneetveld vervormen. Dit leidt soms tot commutatieproblemen en een verlies van koppel. Moderne gelijkstroomaandrijvingen maken daarom vaak gebruik van omkeerpole of speciale compensatiewikkelingen om dit effect te neutraliseren, wat de efficiëntie met tot 5% kan verhogen.Typen gelijkstroommotoren

Permanentmagnet-gelijkstroommotoren (PMDC)

Permanentmagnet-Gelijkstroommotoren (PMDC), waarbij permanente magneten in de stator het veld genereren, kenmerken zich door een eenvoudige constructie en kostenefficiëntie. Ze zijn ideaal voor kleinere toepassingen zoals pompen of ventilatoren (bijvoorbeeld voor een luchtstroom van 2 m³/min). Hun voordelen zijn een goede vermogensdichtheid en een eenvoudige aansturing.

• Permanentmagnet-gelijkstroommotoren (PMDC): Deze motoren zijn bekend om hun eenvoudige opbouw, kosteneffectiviteit en een gunstige vermogensdichtheid.
• Nebenschlussmotoren (shunt-motoren): Ze zorgen voor een relatief constante snelheid, zelfs bij wisselende belasting, en zijn daarom goed geschikt voor werktuigmachines.
• Reihenschlussmotoren (seriemotoren): Kenmerkend voor dit type is een hoog aanloopkoppel, wat ze geschikt maakt voor toepassingen zoals voertuiganlasser.
• Borstelloze gelijkstroommotoren (BLDC): Door elektronische commutatie wordt de slijtage van borstels vermeden, wat leidt tot een langere levensduur en een hogere efficiëntie van deze DC-motoren.
• Belanker motoren: Deze speciale motoren hebben een ijzervrije rotor, die lage traagheid en hoge dynamiek mogelijk maakt, waardoor ze vaak in de medische techniek worden gebruikt.
• Doppelschlussmotoren (compound-motoren): Zij verenigen de eigenschappen van serie- en shuntmotoren en worden gebruikt voor speciale vereisten, zoals bij liften.

Nebenschluss- en Reihenschlussmotoren

Shunt-motoren, ook wel nevenlusmotoren genoemd, bieden het voordeel van een constante snelheid, zelfs bij belastingveranderingen, wat ze interessant maakt voor gereedschapsmachines. In tegenstelling tot serie-motoren (seriesluitmotoren) leveren ze een bijzonder hoog opstartkoppel, bijvoorbeeld tot 20 Nm bij voertuigstarts. Het type veldwikkeling bepaalt in hoge mate de karakteristiek van de betreffende gelijkstroomaandrijving.

Borstelvrije gelijkstroommotoren (BLDC)

Borstelvrij Gelijkstroommotoren (BLDC-motoren) maken gebruik van elektronische commutatie en vermijden daardoor de mechanische slijtage van borstels. Dit zorgt voor een langere levensduur en hogere toeren. Ze zijn uitermate geschikt voor veeleisende regelingen van DC-motoren in de automatisering. BLDC-aandrijvingen bieden vaak een hogere efficiëntie van meer dan 90%.

Specialisten: klokankermotoren en dubbelsluitmotoren

Klokankermotoren, die zijn uitgerust met een ijzervrij rotor, onderscheiden zich door een zeer lage traagheid en maken dynamische bewegingen mogelijk, zoals vereist in de medische technologie. Compound-motoren, ook wel dubbelsluitmotoren genoemd, combineren de voordelige eigenschappen van serie- en nevenlusmotoren, wat ze bijvoorbeeld geschikt maakt voor liften (zachte start bij een constante snelheid). De selectie van geschikte specialmotoren kan de prestaties van de betreffende toepassing aanzienlijk verbeteren.Sturing en toepassing van gelijkstroommotoren

Snelheid nauwkeurig regelen

De snelheidregeling van een gelijkstroommotor gebeurt typisch door aanpassing van de ankerspanning (zogenaamd ankerregelgebied) of door beïnvloeding van het veld (veldverzwakkingsgebied, dat hogere snelheden bij verminderde koppel mogelijk maakt). Voor een precisie regeling, zoals deze vereist is bij textielmachines om een draad snelheid van ±0,1% te handhaven, worden vaak PI-regelaars gebruikt. Een doordachte regelingsstrategie verbetert de efficiëntie en de proceskwaliteit aanzienlijk.

1. Nauwkeurige snelheidregeling: kan worden gerealiseerd door het variëren van de ankerspanning of door gerichte beïnvloeding van het veld van de DC-aandrijving.
2. Beheersing van de inschakelstroom: Het gebruik van voorschakelaars of speciale zachte startapparaten is een gebruikelijke methode om de hoge inschakelstromen van Gelijkstroommotoren.
3. Regeneratief remmen: Veel DC-motoren bieden de mogelijkheid om energie terug te voeren naar het net tijdens het remproces, wat bijzonder voordelig is bij frequente remcycli.
4. Belangrijke selectiecriteria: Bij de keuze van een elektromotor moeten koppel, snelheid, de verwachte laadcyclus, de omgevingsomstandigheden en de vereiste IP-beschermingsklasse in overweging worden genomen.
5. Definitie van de nominale waarden: Een duidelijke specificatie van het nominale koppel, de nominale snelheid en de nominale spanning van de motor is cruciaal voor de berekening.
6. Efficiëntieverhoging: Verfijnde regelingsstrategieën en het gebruik van regeneratieve remmethoden dragen aanzienlijk bij aan de efficiëntie en de kwaliteit van het totale proces.
7. Levensduurverlenging: Maatregelen zoals het beperken van de inschakelstroom sparen de aandrijflijn en kunnen de levensduur van de motor verlengen.

De inschakelstroom beheersen

Bij het starten van Gelijkstroommotoren kunnen door de lage ankerweerstand hoge inschakelstromen optreden, die tot vijf tot tien keer de nominale stroom kunnen bereiken. Om dit te beheersen en componenten te sparen, worden voorschakelaars of zachte startapparaten gebruikt die de stroom beperken. Een effectieve beperking van de inschakelstroom draagt bij aan de verlenging van de levensduur van de gehele aandrijflijn.

Energie terugwinnen met regeneratief remmen

Gelijkstroommotoren bieden de mogelijkheid om bij het afremmen energie terug te voeren naar het net (gebruikremming). Dit is vooral voordelig voor toepassingen met frequente remprocedures, zoals bij kranen of elektrische voertuigen, en kan leiden tot energiebesparingen van tot 15%. Regeneratief remmen verhoogt niet alleen de efficiëntie, maar verlaagt ook de bedrijfskosten. ATEK biedt hiervoor bijvoorbeeld Oplossingen voor UPS-toepassingen.

Let op belangrijke selectiecriteria

Tot de beslissende selectiecriteria voor een Gelijkstroommotor behoren het benodigde koppel, de snelheid, de laadcyclus, de omgevingsomstandigheden en de IP-beschermingsklasse (bijv. IP54 voor bescherming tegen stof en spuitwater). Vooral belangrijk zijn:

• Nominaalkoppel (bijv. 5 Nm)
• Nominale snelheid (bijv. 3000 U/min)
• Nominale spanning (bijv. 24V DC)
• Toegestane bedrijfstemperatuur
• Beschikbare inbouwruimte

Een nauwkeurige definitie van de eisen aan de aandrijving optimaliseert de prestaties en helpt om foute investeringen te vermijden.Voor- en nadelen van gelijkstroommotoren in vergelijking

De sterke punten van de gelijkstroommotor

Tot de voordelen van Gelijkstroommotoren behoren hun eenvoudige snelheidregeling, een hoog startkoppel (vooral bij seriesluitmotoren, die het twee- tot drievoudige van het nominale koppel kunnen bereiken) en een breed inzetbaar snelheidbereik. Ze zijn vaak economisch, wanneer een eenvoudige bediening voldoende is, zoals bij verstelbare aandrijvingen in meubels. De eenvoudige aansturing is een duidelijk pluspunt van dit type motor.

De uitdagingen in het oog houden

Nadelig bij conventionele DC-motoren zijn de slijtage van de commutator en borstels, wat regelmatige onderhoud vereist en leidt tot een kortere levensduur in vergelijking met borstelvrije varianten (BLDC). Ook kunnen elektromagnetische storingen (EMI) door vonkente maken een uitdaging vormen. Hoewel moderne borstels materialen en motorkonstructies deze effecten verlichten, blijven de principegebonden nadelen bestaan. Ein 12V gear motor met kwaliteitsborstels kan bijvoorbeeld een levensduur van ongeveer 3000 bedrijfsuren bereiken.

Gelijkstroom- vs. wisselstroommotoren

Klassieke, borstelbevestigde Gelijkstroommotoren zijn in hun opbouw vaak complexer dan veel wisselstroommotoren (AC-motoren), zoals bijvoorbeeld asynchrone motoren, die als bijzonder robuust en onderhoudsarm worden beschouwd. Borstelvrije Gelijkstroommotoren (BLDC-types) bieden daarentegen vaak een betere dynamiek en hogere efficiëntie dan standaard AC-motoren. De keuze tussen een gelijkstroom- en een wisselstroomaandrijving hangt uiteindelijk sterk af van de specifieke eisen van de betreffende toepassing.Toekomstige ontwikkelingen en trends bij gelijkstroommotoren

Efficiëntie en vermogensdichtheid in de focus

Een belangrijke ontwikkelingstrend bij Gelijkstroommotoren richt zich op een voortdurende verhoging van de efficiëntie en de vermogensdichtheid. Het gebruik van nieuwe magnetische materialen, zoals neodymium-ijzer-bor (NdFeB), die een tot 30% hogere koppelcapaciteit mogelijk maken in vergelijking met conventionele ferrietmagneten, evenals geoptimaliseerde wikkelingontwerpen en verbeterde koelconcepten, leidt tot compactere en tegelijkertijd sterkere motoren. Deze vooruitgangen breiden de toepassingsmogelijkheden voor DC-aandrijvingen uit en verbeteren de prestaties van bestaande systemen.

De opmars van borstelvrije technologie

Borstelvrij Gelijkstroommotoren (BLDC-motoren) winnen steeds meer aan belang. Hun inherente voordelen, zoals een langere levensduur, minder onderhoud, de mogelijkheid van hogere snelheden en een verhoogde efficiëntie, overtuigen in steeds meer toepassingsgebieden – van de elektromobiliteit tot veeleisende industrieautomatisering. ATEK past BLDC-technologie bijvoorbeeld toe in zijn nieuwste servomotoren in. De vaak al geïntegreerde aansturingselectronica vereenvoudigt bovendien de systeemeintegratie van deze motortypen.

Intelligentere sturing en systeemeintegratie

Vooruitgangen in de microcontroller-technologie en sensortechniek maken steeds intelligentere sturingen mogelijk voor Gelijkstroommotoren. Dit omvat nauwkeurigere regelalgoritmen, uitgebreide mogelijkheden voor foutdiagnose en een diepere integratie in Industrie 4.0-concepten. In de toekomst zouden motoren bijvoorbeeld zelfstandig onderhoudsbehoefte kunnen melden of hun bedrijfsgedrag optimaal kunnen aanpassen aan veranderende laadomstandigheden. Netwerken en geïntegreerde intelligentie zijn duidelijke toekomstige trends op het gebied van gelijkstroomaandrijftechnologie.

Gelijkstroommotoren blijven vanwege hun veelzijdigheid en voortdurende ontwikkeling belangrijke aandrijf-elementen in tal van sectoren. ATEK Drive Solutions ondersteunt u graag bij de selectie en implementatie van optimale aandrijflösungen voor uw specifieke eisen.