In dit hoofdstuk wil ik wat uitleg geven over elektromotoren, zoals die in een houtbewerkingswerkplaats van amateurs veel voorkomen. Daarnaast geef ik enige uitleg over het gebruik van de frequentieregelaar voor de houtdraaier. In het algemeen zijn er twee soorten motoren die we tegen komen in houtbewerkingsmachines voor de amateur houtbewerker. Elk met zijn eigen sterke en zwakke punten. Het is goed om wat van die sterke en zwakke punten af te weten omdat de fabrikanten niet allemaal dezelfde soort motor in hun machines bouwen. Met name bij de wat zwaardere machines, zoals zaagtafels, schaaf- en freesmachines komen we dat fenomeen tegen. Over het algemeen worden er inductie motoren gebouwd onder stationaire machines. Deze moeten soms uren achtereen draaien. Universalemotoren komen we tegen bij de handmachines.
Inductiemotoren zijn langzame draaiers. Het zijn forse en zware motoren die zwaar werk aankunnen waarbij een lage snelheid en uithoudingsvermogen vereist zijn. Deze motoren zijn vrijwel onverslijtbaar en doen stil hun werk. Universele motoren daarentegen hebben een korter leven, ze zijn kleiner en luidruchtig. Daarnaast draaien ze met een zeer hoge snelheid en bieden veel paardenkracht per kilo motorgewicht in vergelijking met inductiemotoren. Ze zijn ook niet eenvoudig te stoppen en slaan dus niet snel af. Bij de keuze van houtbewerkingsmachines is het dus belangrijk te overwegen waarvoor en hoe we zo’n machine willen gaan gebruiken. Waarbij we er aan moeten denken dat we meer mogelijkheden gaan ontdekken als we een machine eenmaal in huis hebben. Dat betekent dus dat we de machine meer en mogelijk langer zullen gaan gebruiken dan aanvankelijk voorzien.
Bij een afkortzaag gebruiken we een groot vermogen voor slechts enkele seconden. In die korte tijd is de plank immers afgezaagd. Je hebt dus een motor met een groot koppel nodig en de zaag moet direct op snelheid zijn. Hetzelfde geldt voor een bovenfrees, haakse slijper en lamellofrees. Behalve als je onderdelen voor een honderdtal deurtjes met je bovenfrees moet maken. Gebruikelijk is immers dat dit soort machines hooguit enkele minuten draaien. Als je met zo’n machine een mooi profiel aan een paar honderd meter hout moet frezen is dat vragen om problemen.
Elk type motor heeft zo zijn eigen karweitjes waarvoor deze in het bijzonder geschikt is. Een motor wordt dan ook speciaal voor een bepaalde machine gebouwd. Het kan dus voorkomen dat een bepaalde soort machine door de ene fabrikant wordt uitgerust met een inductiemotor en door de andere fabrikant met een universele motor. Deze worden zo genoemd omdat de manier waarop deze elektriciteit verbruiken berust op het principe van inductie. Ik zal dat proberen uit te leggen.
Snelheidsregeling met een frequentieregelaar voor houtdraaibanken kan heel wat voordelen opleveren. De draaisnelheid kan zo worden aangepast dat we met de hoogst mogelijke snelheid draaien zonder hinderlijke resonantie, terwijl de piekbelading van het net aanzienlijk kleiner wordt. Een frequentieregelaar stuurt een motor aan door de frequentie en spanning te variëren; de elektronica wordt eenvoudig tussen de motor en het net aangesloten, maar vereiste wel de nodige vakkennis bij installatie.
Zodra de schakelaar wordt omgezet vloeit er spanning door de stator en deze wordt magnetisch. De stator bestaat uit een groot aantal koperen draad windingen rond de rotor die in het midden van de motor zit en ronddraait waardoor het zaagblad, freesbout of draaisel wordt aangedreven. In de stator bevinden zich twee of drie polen die magnetisch worden geladen omdat er spanning door de koperdraad vloeit. Die spanning wisselt 50 keer per seconde van richting waardoor de magnetische kracht ook 50 keer per seconde wisselt van positief naar negatief en van negatief naar positief. De inducerende polen in de rotor worden het ene moment aangetrokken en zijn het andere moment neutraal. Een condensator werkt samen met de startspoel om de motor een zetje te geven en op gang te komen.
Inductiemotoren zijn groot en zwaar omdat het inductie proces veel zware onderdelen bevat van ijzer en koper. Inductiemotoren zijn wel erg betrouwbaar omdat ze een simpele bouw hebben en ze draaien betrekkelijk langzaam, waardoor ze ook niet veel warmte produceren. Een goed gebouwde inductiemotor wordt niet warmer dan een graad of veertig boven de temperatuur in de ruimte waar hij functioneert. Inductiemotoren worden ook wel asynchroon motoren genoemd en worden ook gebouwd voor 400 volt.
De werking van een universele motor is wat moeilijker te verklaren. De naam universle motor is gekozen wegens het gegeven dat deze motoren gebruik kunnen maken van zowel wisselstroom als gelijkstroom. Bij een universele motor spreken we niet van een rotor maar over een anker, terwijl we het vaste gedeelte een veld noemen. Het veld bestaat meestal uit een tweetal wikkelingen die het anker omsluiten. Een collector op de as verzorgt de spanning naar de windingen. De koolborstels zorgen voor de overdracht van spanning. Een universele motor draait met een zeer grote snelheid, tot wel tien keer de snelheid van een inductiemotor, wat veel herrie oplevert en extra slijtage veroorzaakt.
Bij universele motoren kan, met een vermogensdimmer, de snelheid eenvoudig geregeld worden. Het onderhoud blijft cruciaal: motorhuis vrijhouden van houtkrullen en stof, regelmatig afstoffen of met perslucht schoonblazen. Voor zware krachtstroommotoren kan een ster-driehoekschakeling worden toegepast om de aanloop gecontroleerd te regelen. Een frequentieregelaar is vaak de meest comfortabele oplossing voor elektronisch toeren, waardoor de draaisnelheid traploos kan worden aangepast en de netbelasting beter beheersbaar blijft.
In de praktijk zien we dat houtdraaibanken vaak zijn uitgerust met een toerenregeling die door het verstellen van de riemschijf tot stand komt. Drie tot zes poelietrappen op motor en draaias zijn gebruikelijk en soms zien we een variomatic waarmee poliedoorsneden bijna traploos groter en kleiner gemaakt kunnen worden. Een goed maar enigszins kwetsbaar systeem dat met beleid gehanteerd moet worden.
Wanneer grotere stukken worden gedraaid, kan een grotere variabele snelheid via elektronische toerenregeling veel voordelen bieden: langzaam op gang komen, gecontroleerd afremmen, kleinere piekbelasting op het net en minder resonanties. Voor beginners die verschillende werkstukken willen draaien, biedt een frequentieregelaar een stabiel en beheersbaar proces.
Uit de praktijk blijkt dat de keuze tussen inductiemotor en universele motor bepalend is voor het geluid, gewicht, en het rendement van de machine. Als je langdurig wilt draaien, is een inductiemotor vaak de betere keuze; voor compacte bouw en hoog koppel-per-gewicht kan een universele motor aantrekkelijker zijn, maar vraagt wel meer onderhoud en trotseert meer slijtage.
Toepassing van de frequentieregelaar bij een 750 watt schuurmachine
Een toerenteregler op een elektromotor zorgt dat de motor ook efficiënt werkt in deellast. Een frequentieregelaar past de geleverde AC-spanning aan en slaat de resulterende DC-spanning op in zijn condensatorbank. De DC-spanning wordt vervolgens omgezet naar de juiste spanning en frequentie om de motor op een gewenste snelheid te laten draaien. De energiebesparing ontstaat doordat de motor niet onnodig hard draait bij lichte belasting.
Belangrijk is dat de installatie en afstelling van een frequentieregelaar vakkennis vereisen. Draaibank en schakelkast dienen adequaat geaard te zijn en kabels en aarding correct zijn aangesloten. In 230 volt systemen wordt vaak gebruik gemaakt van asynchroon motoren met frequentieregelaar, terwijl bij krachtstroom motoren 400 volt systemen mogelijk de voorkeur hebben. Een goede afstemming van motor en frequentieregelaar vermindert trillingen en stroompieken en verhoogt de efficiëntie.
Bij houtbewerking is het vaak wenselijk om de toerentalregeling toe te passen op zaagmachines, schuurmachines en draaischijven waar debet aan de gewenste snelheid, koppel en stabiliteit. Een frequentieregelaar kan in veel gevallen de levensduur van de motor verlengen door een zachtere start en minder warmteontwikkeling.
Installatie-overwegingen en onderhoud
- Laat installatie en inregelen van een frequentieregelaar door een vakman doen.
- Zorg voor een goede aarding van motor, schakelkast en metalen delen.
- Vermijd ophopingen van houtstof en stof in het motorhuis; regelmatige reiniging verlaagt slijtage.
- Overweeg een ster-driehoekstart bij zware krachtstroommotoren om de aanloopstroom te beperken.
- Een toerenregelaar kan tientallen procenten besparen op het verbruik van een elektromotor door deceleratie en deellast te optimaliseren.
Tot slot: de keuze voor een frequentieregelaar hangt af van het soort machine, de gewenste snelheid, het verkeer van belasting en de beschikbare netspanning. IE3-motoren in combinatie met frequentieregelaars leveren vaak een aanzienlijke kostenbesparing op bij industriële toepassingen en zijn steeds vaker toepasbaar in huishoudelijke en amateur-werkplaatsen.
Wil je een frequentieregelaar aansturen met een PLC? De PLC kan analoge signalen of veldbussystemen zoals Modbus, Profibus of Profinet gebruiken om het toerental te regelen, sneller aan te laten lopen of automatisch te laten stoppen bij een storing. Door de communicatie goed af te stemmen, draait het systeem stiller, reageert het sneller op temperatuurwisselingen en verbruikt het minder energie.
Three Different Ways to Measure Pulse Width Modulation (PWM).
In de praktijk kan de combinatie van motor, frequentieregelaar en PLC de efficiëntie, betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid van een houtbewerkingswerkplaats aanzienlijk verhogen.
tags: #toerental #regelaar #schuurmachine #750 #watt