Two-speed motoren worden als technologie vaak over het hoofd wordt gezien, terwijl ze een ideale krachtbron kunnen zijn als robuustheid, eenvoud, lage kosten en een flexibele inzetbaarheid worden gevraagd. Jerry Hodek van Rotor UK legt uit waar deze motoren in het spectrum van aandrijfoplossingen passen.
Inverterbesturingen met een variabel toerental hebben het machinedesign sterk verbeterd sinds ze ongeveer 30 jaar geleden gemeengoed werden. Hun toerenregeling en betere beheersbaarheid maakten een functionele optimalisatie mogelijk en ze hebben sterk bijgedragen aan de energiebesparing.
Maar ze hebben deels ook veroorzaakt dat technici de voordelen van two-speed motoren vergeten zijn. Op het eerste gezicht lijkt een oneindig variabele combinatie van motor met besturing beter dan een motor met maar twee snelheden. Maar in bepaalde gevallen blijft een two-speed motor de beste keuze en zal hij dat waarschijnlijk nog heel lang blijven. Uit de verkoopcijfers van de hele industrie blijkt inderdaad dat ze beter verkocht worden dan industriemotoren in het algemeen, waaruit we kunnen afleiden dat technici hun voordelen nu al beginnen te zien.
Ze worden waarschijnlijk graag gebruikt om ventilatoren en pompen een hoog en laag debiet te laten leveren. Maar er zijn nog meer gevallen met voorspelbare pieken en dalen, zoals een personenlift met een normale snelheid en een snelheid voor spitsuren; een transportband met twee snelheden om het aanvoervolume naar de installatie te compenseren; waterleidingen en riolen hebben vaste pieken op bepaalde uren; kranen en lieren werken beter met een hoge en lage snelheid, wat ook geldt voor ventilatoren.
Twee types two-speed motoren
Er zijn in principe twee types two-speed motoren: motoren met dubbele wikkeling en poolomschakelbare motoren, plus een derde ‘hybride’ type. Een dubbelgewikkelde rotor lijkt in eerste instantie op de rotor van een conventionele motor, die u herkent aan de enkele wikkeling. Maar als u beter kijkt, ziet u twee wikkelingen, die elk afzonderlijk aan de voeding zijn gekoppeld. Een poolomschakelbare motor lijkt zelfs nog meer op zijn single-speed neefje, maar heeft tweemaal zoveel magnetische polen. De motor is zo bedraad dat tegengestelde magneten als twee aparte sets zijn opgesteld, waardoor steeds de helft of alle polen tegelijk kunnen worden bekrachtigd.
Een hybride motor combineert de dubbele poolsets met een dubbele wikkeling, waardoor een configuratie ontstaat die vier vaste toerentallen mogelijk maakt. Maar dit motortype is zeldzaam, want een standaard inverterbestuurde motor is goedkoper in aanschaf en onderhoud en heeft bovendien het voordeel van een elektronisch geregelde besturing.
Laten we daarom de constructie van de motor met dubbele wikkeling en de poolomschakelbare motor eens beter bekijken.
Dubbelgewikkelde rotor
De motor met dubbele wikkeling is eenvoudiger te begrijpen, maar ook simpeler en dus goedkoper te maken. De motor heeft twee aparte wikkelingen met een tegengestelde polariteit binnen in een enkel lamellenpakket. Bedenk dat de wikkelingen niet even dik hoeven zijn en zelfs heel verschillende amperages kunnen hebben. De twee snelheden worden verkregen door een schakelaar die één of beide wikkelingen bekrachtigt.
Poolomschakeling
Net als zoveel ongebruikelijke onderdelen, heeft ook de poolomschakelbare motor meerdere namen, waaronder Dahlander-motor, maar in wezen gaat het steeds om hetzelfde. Een poolomschakelbare motor bestaat uit een enkele wikkeling met twee stators (poolparen). Het ene poolpaar hangt permanent aan de voeding, terwijl het andere geschroefde draden heeft, waardoor de verbinding met de voeding gemaakt en verbroken kan worden. In de praktijk is het hoge toerental tweemaal zo hoog als het lage toerental.
Keuze
Bij het kiezen van een two-speed motor kan een misverstand ontstaan, dat al heel wat goede techneuten op het verkeerde been heeft gezet. Dit komt simpelweg doordat de output op drie manieren wordt aangegeven: constant koppel, variabel koppel of constant vermogen. Gebruikers moeten het type motorbelasting vaststellen en daarna de juiste motor kiezen.
Bij een belasting met constant koppel kan het toerental verschillen, maar is de koppelvraag altijd gelijk. Het meest voorkomende constante koppel zien we wellicht bij een transportband, waarvan de snelheid flink kan verschillen, maar het koppel (vrijwel) even hoog blijft. Het komt ook voor bij extruders, verdringingspompen in gesloten hydraulische circuits en bepaalde speciale machines.
Een variabel koppel zien we bij ventilatoren en centrifugaalpompen, waarbij het koppel laag is bij lage toeren en hoog bij hoge toeren. Het koppel loopt zelfs veel sneller op dan het toerental, waardoor bijvoorbeeld bij een ventilator een tweemaal hoger toerental viermaal meer koppel geeft (waardoor het vermogen achtmaal zo hoog wordt: 2 x 2 x 2 = 8).
Het derde type belasting, dat met een constant vermogen, wordt door velen als het meeste logische beschouwd. Als het toerental verdubbelt, halveert het koppel, waardoor het vermogen constant blijft. Dit is vreemd genoeg vrij lastig te realiseren met een two-speed motor en meestal zal de toepassing met een inverter veel beter werken.
We mogen dus concluderen dat er veel niches zijn waarvoor een two-speed motor de juiste keuze is. Veel technici weten dit al, maar anderen mogen niet klakkeloos aannemen dat een inverter zaligmakend is. Er zijn daarentegen ook gevallen waarin u geen two-speed motoren moet overwegen.
