Hvordan vælger du den rette elmotor?

Af Anders Pedersen Sekanina · 14. november 2019 · ← Tilbage til bloggen

I dette indlæg giver jeg en kort beskrivelse af de mest almindelige typer elmotorer.

Elmotor-markedet er meget stort og komplekst. Hver uge er der nyheder om en helt ny type elmotor. De fleste er dog varianter af de klassiske typer. Nedenfor beskriver jeg også de mange ligheder, der er på tværs af de klassiske typer.

Motorer med permanente magneter (PM) vs. uden (nPM)

Elmotorer kan inddeles 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 største svaghed ved motorer uden permanente magneter er luftgabet mellem rotor og stator. Det meste af modstanden i det magnetiske kredsløb sidder 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 ydeevne ved lave hastigheder, forårsaget af hvirvelstrømstab fra magneterne, og de høje priser på permanente magneter.

Børstet DC-motor (DC)

Den børstede DC-motor er den klassiske laveffektsmotor, som kendes fra ældre støvsugere, elværktøj og mange andre hverdagsmotorer. Fordelen er, at den er nem at styre og kun kræver en konstant DC-spænding, f.eks. et batteri. Ulempen er, at den ikke holder så længe, fordi børsterne slides. Denne type motor har også en tendens til at generere en del elektrisk støj.

Børsteløs DC-motor (BLDC)

Den børsteløse DC-motor adskiller sig fra den børstede DC-motor ved, at fasestrømmen ikke styres via mekanisk kommutation. I stedet bruges power electronics til at skifte faserne til og fra. Efterhånden som power electronics er blevet billigere, og den børsteløse DC-motor holder bedre end den børstede, er den blevet mere og mere udbredt og bruges i dag bl.a. i elbiler, lineære motorer, robotter, ventilationssystemer og RC-biler.

Steppermotor

Steppermotoren er i princippet en børsteløs DC-motor med mange rotorpoler (magnetpar på motoren). Det betyder, at rotorpositionen kan styres præcist uden hverken positions- eller strømmåling – blot ved at skifte faserne i et bestemt mønster. Steppermotoren er kendt for momenttæthed og positionsopløsning til en lav pris. Til gengæld er virkningsgraden og maksimalhastigheden lavere end den børsteløse DC-motors. På grund af den lavere virkningsgrad bruges steppermotoren kun til mindre motorer, da en børsteløs DC-motor med gearkasse er mindre og billigere i større applikationer. Steppermotoren bruges i industrirobotter, printere og andre mindre applikationer, hvor positionen skal styres.

Switched Reluctance Motor (SRM)

Switched Reluctance Motor kan beskrives som en børsteløs DC-motor uden magneter. I stedet for magneter har den en rotor af lamineret jern, hvor det magnetiske felt løber fra fasens positive pol til negative pol.

Switched Reluctance Machine var en af de første motorer, der nogensinde blev bygget – allerede i første halvdel af 1900-tallet blev de første demonstreret. Da power electronics endnu ikke fandtes, blev de drevet af mekaniske relæer monteret på akslen. Det var et ret komplekst og ikke særlig stabilt system, så det blev ikke rigtig udviklet, før power electronics blev tilgængeligt i 1970'erne.

Switched Reluctance Motor er en af de simpleste typer motorer og har i de fleste tilfælde den højeste virkningsgrad af motorer uden permanente magneter. Især ved høje hastigheder har den den højeste virkningsgrad af alle motortyper. Ikke desto mindre produceres der ikke særlig mange SRM'er i dag. Det eneste sted, Switched Reluctance Motor virkelig har vundet frem, er i den tunge minebranche.

AC induktionsmotor (AC)

AC induktionsmotoren, eller asynkronmotoren, er industriens virkelige arbejdshest – langt de fleste motorer, der bruges i transportbånd, kraner og andre industrielle maskiner, er AC induktionsmotorer. I modsætning til andre motortyper genereres moment af en induceret strøm i rotoren, hvilket gør det muligt for motoren at køre asynkront med indgangsfrekvensen. De to største fordele ved induktionsmotoren er, at den kan køre uden en inverter (motorstyring), og at den er billig, fordi den ikke indeholder permanente magneter, og fordi mange millioner af dem produceres hvert år. Ulemper er lavere virkningsgrad end de fleste andre motortyper samt problemer med køling af rotoren, især ved lave hastigheder.

Permanent Magnet Synkronmotor (PMSM)

Permanent Magnet Synkronmotoren har samme stator som AC induktionsmotoren, men har en rotor med permanente magneter. Det betyder, at den direkte kan erstatte AC induktionsmotoren i mange applikationer, da den bruger den samme motorstyring (inverter) og har samme fysiske størrelse, mens den opnår højere virkningsgrad og dermed mere moment- og effekttæthed. På grund af sin mere komplekse stator sammenlignet med den børsteløse DC-motor ses Permanent Magnet Synkronmotoren oftere i større applikationer, f.eks. elevatorer.

Denne motortype findes også i en version uden permanente magneter – i så fald kaldes den Synchronous Reluctance Motor, SynRM.

Hvilken er bedst?

Som det fremgår ovenfor, har alle typer elmotorer deres fordele og ulemper, så det bedste valg afhænger meget af den konkrete applikation. Sekanina Electronics kan hjælpe dig med at finde og udvikle den rette motor til dit produkt.

Læs mere om vores ydelser inden for test, motorkontrol og automatisering på siden Ydelser.

/Anders Pedersen Sekanina