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. Het artikel is niet bedoeld voor de
elektriciens onder ons maar voor de andere houtbewerkers die slechts af en
toe iets lezen en horen over ampérage, watt, voltage en pk’s. Mijn
bedoeling is dit verhaal zo simpel mogelijk te houden maar ook dan ontkom je
er niet aan af en toe wat vaktermen te gebruiken.
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. Het kan daarom belangrijk zijn de verschillen goed te kennen zodat
bij de aanschaf de juiste keus kan worden gemaakt.
Over het algemeen worden er inductie
motoren gebouwd onder stationaire machines. Deze moeten soms uren achtereen
draaien. (zaagtafels, schaaf- en freesmachines, lintzagen.
De inducerende polen in de rotor worden
het ene moment aangetrokken en zijn het andere moment neutraal. Er is dus
een steeds wisselend effect van de elektromagnetische werking rond om de
stator. De motor draait nog niet maar de rotor raakt er wel duidelijk
opgewonden van. Deze bonk koper en ijzer heeft nu een zetje nodig van een
ander spoel van koperdraad, dat we de startspoel noemen, die feitelijk los
staat van de het hoofdspoel en zijn eigen spanning verzorging heeft.
Daarvoor zorgt een condensator. In de meeste moderne machines zien we een
condensator, in serie geschakeld met de startspoel, die zorgt voor een
soort duwtje waardoor de motor gaat draaien. Zodra de motor ongeveer 85% van
zijn capaciteit heeft bereikt vallen de condensator en de startspoel uit en
draait de motor alleen verder op zijn hoofdspoel.
Het was een lang verhaal om uit te
leggen hoe een inductie motor aan zijn naam is gekomen.
Inductie motoren worden ook wel
asynchroon motoren genoemd en worden ook gebouwd voor 400 volt. De startspoel en de condensator ontbreken dan.
UNIVERSELE MOTOREN
De werking van een universele motor is
wat moeilijker te verklaren. De naam universele motor is gekozen wegens het
gegeven dat deze motoren gebruik kunnen maken van zowel wisselstroom als
gelijkstroom. Hoewel de werking sterk verschillend is ten opzichte van de
inductie motor en de bouw duidelijk gecompliceerder is, zijn er toch ook wel
overeenkomsten. 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. Op de
as van het anker zien we ook nog de collector, een verzameling smalle
strookjes koper, die de spanning verzorgen naar de diverse windingen waaruit
het anker is opgebouwd. De collector is meestal kleiner in doorsnede dan de
rest van het anker. Elk strookje koper van de collector voorziet een winding
van spanning. Hoe meer er van die koperen strookjes in de collector zitten
hoe meer windingen het anker heeft en hoe rustiger en gelijkmatiger de motor
loopt. In feite kunnen we daar ook al de kwaliteit van de motor aan af
lezen. Een betrouwbare fabrikant zal ankers maken met een groot aantal
wikkelingen. Via koolborstels wordt de spanning overgebracht op de
collector. De koolborstels zitten meestal in een messing houdertje en worden
door kleine veertjes op de collector gedrukt.
De motor werkt als volgt: De plusleiding
uit het net is verbonden met het veld via het veld is er een verbinding met
de koolborstel die de stroom weer via een strookje koper in de collector aan
een wikkeling verder leidt en zo ook weer terug naar de nul leiding. Elk van
de koperen strookjes in de collector zorgt er voor dat de polariteit wisselt
en daardoor wisselt ook de polariteit van het magnetisme in het anker. De
magnetische krachten in het anker reageren met de magnetische krachten in
het veld en daardoor ontstaat er rotatie en draait de motor.
We leggen een machine pas weg als de
motor volledig stilstaat. Doen we dat niet dan wordt b.v zand en gruis door
de ventilator het motorhuis ingetrokken met alle kwalijke gevolgen van dien!
Slijtage die door verkeerd gebruik wordt veroorzaakt levert problemen op bij
een garantieclaim.
Bij universele motoren kan, met een
vermogensdimmer, de snelheid eenvoudig geregeld worden. Dat gaat meestal wel
ten koste van het koppel.
Het voorgaande kan ons helpen bij de
keuze van een nieuwe machine. We moeten dus als eerste overwegen wat we van
onze nieuwe machine verwachten. Daarbij moeten we er rekening mee houden dat
het bezit van een machine meer inzicht gaat geven in de mogelijkheden en we
een machine dus, over het algemeen, meer gaan gebruiken dan we aanvankelijk
gedacht hadden. Als dat betekent dat we b.v. een zaagmachine veel en
langdurig willen gebruiken, moeten we kiezen voor een machine met een
inductiemotor.
Als we de keus hebben doen we er goed
aan dus een motor te kiezen met een zo groot mogelijke efficiëntie.
Ook bij machines voor de veeleisende
amateur zien we steeds meer dat deze soms al zijn uitgerust met een
krachtstroom motor. Een motor die dus 400 volt gebruikt. Vanwege hun
eenvoudige bouw worden hier zogenaamde asynchroon motoren het meest
gebruikt. Deze motoren zijn uitermate geschikt voor houtbewerkingsmachines en ook op onze houtdraaibanken zien we ze steeds meer gemonteerd. De sterke,
bijna onderhoudsvrije motoren hebben wel een hoge aanloopstroom nodig bij
het inschakelen. Dat kan soms problemen opleveren voor het net in een
woning. Daarom worden deze motoren vaak in twee trappen ingeschakeld door
middel van een zogenaamde ster-driehoekschakeling. Hiermee wordt de aanloop
van de motor verzorgt door 230 volt op elke wikkeling, (dat is ongeveer 1/3
van volle prestatie) zodra de motor dan op toeren is, wordt er
doorgeschakeld naar driehoek schakeling. Op dat moment krijgt elke wikkeling
400 volt en draait de motor op volvermogen.
Als we in onze woning dergelijke zware
krachtstroommotoren laten draaien is het veelal zinvol in onze zekeringkast
zogenaamde trage zekeringen te schroeven. Deze kunnen een korte
piekbelasting van het net beter opvangen en zullen niet zo snel ‘er uit
vliegen’
Hierboven gaf ik aan dat deze motoren
vrijwel onderhoudsvrij zijn. Dat is ook zo, maar we dienen motoren altijd
vrij te houden van houtkrullen en stof, dus regelmatig afstoffen of beter
nog met perslucht schoonblazen, moet een vanzelfsprekende gewoonte zijn. Als
we dat niet doen kan de motor zijn warmte niet kwijt en dat levert
onherroepelijk problemen op.
FREQUENTIEREGELING VOOR DE
HOUTDRAAIBANK
Houtdraaibanken zijn meestal uitgerust met
een toerenregeling die door middel van het verstellen van de riemschijf tot
stand komt. Drie tot zes poelietrappen op motor en draaias zijn gebruikelijk
en soms zien we een soort variomatic, zoals het pientere pookje van Daf.
Veel houtdraaiers zullen met een aantal
poelies of een variomatic dik tevreden zijn. Naar mate men meer ervaring
krijgt met het houtdraaien, zal echter vaak blijken dat een meer geavanceerd
systeem van snelheidsregeling, wel heel erg prettig zou zijn.
Als we grote zware onregelmatig gevormde
stukken opspannen om te draaien, hebben we vaak een heel laag toerental
nodig, dat met de poelies en de variomatic niet bereikt kan worden. Als we
zo’n stuk met een te hoge snelheid gaan draaien staat de hele draaibank te
dansen of trilt het werkstuk dusdanig dat we het niet behoorlijk kunnen
afdraaien.
Een groot werkstuk kan zichzelf
losrukken van zijn bevestiging, doordat de motor met een schok vrij hard gaat
draaien. Ook voor b.v. het draadsnijden met
strelers hebben we zeer lage snelheden nodig, die vaak niet voorhanden zijn.
De piekbelasing voor het net wordt
aanmerkelijk kleiner. We kunnen met zeer lage snelheid draaien en we zijn in
staat de draaisnelheid zo aan te passen dat we met de hoogst mogelijke
snelheid draaien zonder dat er een hinderlijke resonantie optreedt.
Op zich is het plaatsen van een
frequentieregelaar niet bepaald moeilijk. De elektronica wordt eenvoudig
tussen de motor en het net aangesloten. Toch is er in de praktijk een
redelijke kennis van zaken nodig, omdat er ook veel fouten gemaakt kunnen
worden bij de installatie. Daarom wil ik een globale uitleg geven over de
keuze en het gebruik van een frequentieregelaar. Ik beoog daarbij niet 100%
volledig te zijn en wil er nadrukkelijk op wijzen dat het installeren en
inregelen van een frequentieregeling een degelijke kennis van zaken vereist
en dus aan een vakman overgelaten moet worden. In het apparaat worden zeer
hoge spanningen gegenereerd die bij aanraking dodelijk kunnen zijn en zelfs
nog gevaar kunnen opleveren nadat de netspanning al van het systeem werd
gehaald!
Nadrukkelijk wil ik er ook op wijzen dat
draaibank, schakelkast en alle andere metalen delen zeer zorgvuldig geaard
moeten worden omdat we bij b.v. het draaien van nat hout een erg vochtige
omgeving creëren.
In het begin heb ik enige uitleg gegeven
over inductiemotoren voor 230 volt en verderop over die voor 400 volt. Deze
asynchroon motoren zijn bijna altijd geschikt voor de samenwerking met een
frequentieregelaar. Vaak moet er worden gekozen voor een motor die 230 volt vraagt
omdat er geen krachtstroom in de woning voorhanden is. Dat is op zich jammer
want een motor op 400 volt loopt prettiger en is krachtiger. Als we voor een
frequentieregeling kiezen doet het probleem van het gemis aan krachtstroom
zich niet meer voor. We kunnen een krachtstroommotor met behulp van een
frequentieregelaar uitstekend op 230 volt laten functioneren. Veelal is het
mogelijk dat we de ingangsspanning en de uitgaande spanning bij de
frequentieregelaar kunnen instellen.
Ruwweg functioneert de
frequentieregelaar als volgt:
Daarnaast zorgt de regelaar er voor dat
het koppel en de snelheid ongeveer gelijk blijft en laat deze de motor mooi
langzaam aanlopen en wordt er gecontroleerd afgeremd.
Er zijn ruwweg drie soorten van
regelaars te noemen.
1e de regelaar waar één fase
in gaat en één fase uit komt. Deze regelaar komen we niet veel tegen. En is
daardoor ook duur.
2e de regelaar waar één fase
in gaat drie fasen uit komen. Deze regelaar wordt zeer veel gebruikt en is
uitermate geschikt voor onze draaibank. Een dergelijke regelaar is ook het
gunstigst qua prijs.
3e de regelaar waar drie
fasen in gaan en ook weer drie fasen uitkomen. Deze regelaar is gemaakt voor
het zwaardere werk en over het algemeen aanzienlijk duurder dan de 2e.
De onder 2 genoemde regelaar heeft als
bijkomend voordeel dat we geen 400 volt nodig hebben in onze werkplaats voor
de houtdraaibank, terwijl we toch met een sterke drie fasen motor kunnen werken.
Als we dus regelmatig zeer grote
werkstukken op onze draaibank bewerken, kan deze grote massa nog voor veel
opgewekte spanning zorgen. De regelaar kan die spanning niet meer kwijt en
gaat het loodje leggen. Door nu zogenaamde remweerstanden te instaleren
wordt die spanning omgezet in warmte en beschermen we onze dure apparatuur.
Een moderne frequentieregelaar is veelal voorzien van een beveiliging die
het apparaat uitschakelt als deze teveel spanning terug ontvangt. We zullen
dan op het display een foutmelding te zien krijgen. Als dat gebeurt weten we
dat we alsnog een remweerstand moeten laten instaleren.
Het kan voorkomen dat
frequentieregelaars allerlei storingen veroorzaken op het net. Vooral de
grotere exemplaren kunnen dan behoorlijk overlast veroorzaken aan b.v.
computers en audioapparatuur. We kunnen dat voorkomen door een zogenaamd
netfilter te laten instaleren. Het is zelfs verplicht, maar slechts weinig
particulieren doen dat, tenzij men zelf met de problemen te maken krijgt.
Daarnaast kan het soms voorkomen dat de aardlekschakelaar bij het gebruik
van de frequentieregelaar er regelmatig uitvliegt. Een zwaardere
aardlekschakelaar is dan de oplossing. De schakelwaarde verhogen van 30MA
naar 200MA is dan de noodzakelijk. Overigens is in
moderne regelaars vaak al een netfilter ingebouwd.
De meeste motoren zijn gebouwd om te
draaien met een bepaalde snelheid. De koelvin die veelal op de as is gebouwd
zorgt er voor dat de bedrijfswarmte van de motor binnen bepaalde grenzen
blijft. Bij de constructie van die motor werd er geen rekening
meegehouden dat wij onze motor met de frequentieregelaar ook aanzienlijk
langzamer kunnen laten draaien. Daardoor draait ook de ventilator veel
langzamer dan voorzien en kan het dus voorkomen dat de motor te warm wordt.
Er zijn motoren die een elektrisch werkende ventilator hebben, die dus
onafhankelijk van het toerental functioneert. Als we die niet op onze
draaibank hebben moeten we bij lage toerentallen regelmatig controleren of
de motor niet te heet wordt. Veertig graden boven de omgevingstemperatuur is
ongeveer normaal.