De juiste motor voor uw OEM pompinstallatie kiezen

door Brad Blum en John Batts

Masterflex, onderdeel van Avantor, staat bekend om de uitstekende kwaliteit van zijn Masterflex^® en Ismatec^® pomptechnologieën. Veel OEMs nemen contact op met het OEM-team van Masterflex als ze een op maat gemaakte pomp willen voor de installatie die ze aan het bouwen zijn. Bij het kiezen van een pompsysteem moet niet alleen op de constructie van de pomp worden gelet, maar ook op het type motor. Wanneer u een beslissing moet nemen over een motor voor uw OEM pompinstallatie, moet u met een groot aantal factoren rekening houden.

Typen motor

Bij de vele verschillende motortypen die vandaag de dag in bedrijf zijn, zijn er vier met een technologie die ze geschikt maakt voor de meeste toepassingen, elk met zijn eigen voor- en nadelen – die allemaal in de afweging moeten worden meegenomen.

Geborstelde gelijkstroommotoren /gelijkstroommotoren met een permanente magneet (PMDC)

Geborstelde gelijkstroommotoren en PMDC-motoren zijn om meerdere redenen dikwijls een favoriete keus bij toepassingen met een scherpe kostencalculatie. De kosten bij eerste aanschaf liggen over het algemeen laag. Veelzijdige eigenschappen maken een motor goed bruikbaar voor alle mogelijke toepassingen. Deze motoren hebben interne borstels die de elektrische stroom omzetten in omwentelingen van de motor. Veel motoren zitten technologisch zo in elkaar dat er altijd iemand bij nodig is om de werking van de motor aan te sturen. Bij geborstelde gelijkstroommotoren is dat niet per se nodig, zeker bij toepassingen waarvoor de motor altijd met een vaste snelheid moet draaien. Bij toepassingen die voor een meer uitgebreide bediening de aanwezigheid van een bestuurder vereisen, is de controller voor een geborstelde gelijkstroommotor over het algemeen minder kostbaar dan vergelijkbare controllers voor motoren met een andere technologie.

Vanwege de constructie wordt bij geborstelde gelijkstroom de slijtage aan de interne borstels veroorzaakt door twee belangrijke factoren: het toerental van de motor en de belasting van de motor. Al naargelang het type geborstelde gelijkstroommotor kan dat twee verschillende gevolgen hebben.

• Bij motoren met borstels die niet vervangbaar zijn, zal de levensduur van de borstel gemiddeld liggen tussen de 500 en 4000 bedrijfsuren, waarna de hele motor moet worden vervangen. De werkelijke levensduur wordt uiteindelijk bepaald door groot aantal factoren.
• Bij motoren met borstels die wel vervangbaar zijn, is de levensduur over het algemeen langer. Bij deze motoren kunnen de borstels worden vervangen, waardoor de eerste kosten van onderhoud lager uitvallen. Vanwege slijtage aan de collectorstroken (waar de borstels in het binnenste van de motor tegenaan wrijven om elektrische stroom om te zetten in motorvermogen) is er een grens aan het aantal keren dat u de borstels kunt vervangen voordat de motor in zijn geheel vervangen worden.

Naast de slijtage aan de borstels, moet bij een geborstelde gelijkstroommotor ook gebruik worden gemaakt van een decoder als het toerental strikt moet worden aangehouden. De eerste kosten van aanschaf en het compenseren daarvan vormen bij deze motortechnologie een van de als eerste in het oog springende punten.

Ongeacht het type geborstelde gelijkstroommotor dat u kiest liggen vanwege het extra onderhoud dat deze motoren vergen de eerste kosten van eigendom hier hoger. De voordelen van geborstelde gelijkstroommotoren zullen daarom het meest tot hun recht komen als ze worden ingebouwd in installaties waarvan slechts zelden gebruik wordt gemaakt, bijv. doseerapparaten.

Borstelloze DC-/ BLDC motoren

Borstelloze gelijkstroommotoren hebben in tegenstelling tot de geborstelde varianten in hun binnenwerk geen borstels die de stroom die deze apparaten aandrijft overdragen. Borstelloze gelijkstroommotoren vertonen altijd zeer weinig slijtage en behoeven tot het moment dat ze uit bedrijf worden genomen vrijwel geen onderhoud. Dit is dan ook verreweg het grootste voordeel van dit type motor. Daar komt nog het voordeel bij dat er nauwelijks kleine deeltjes ontstaan terwijl deze motoren draaien, precies omdat daar geen borstels in zitten. Borstelloze gelijkstroommotoren zijn om die reden een goede optie voor medische apparatuur en vergelijkbare toepassingen die gevoelig zijn voor stof- en vuildeeltjes.

Als er een dan defect optreedt, is dat meestal in de tandwielkast aan de voorzijde van de motor. De tandwielkast verlaagt het toerental van de motor en vergroot het koppel dat naar de pomp gaat. De tandwielen zullen na verloop van tijd slijten.

Omdat borstelloze gelijkstroommotoren geen borstels of collectorstroken hebben, is er een besturingspaneel nodig om de vereiste elektronische transformatie goed te laten verlopen. Het vervelende hiervan is nu dat de besturingspanelen voor borstelloze gelijkstroommotoren meestal duurder zijn dan die voor de geborstelde varianten. Dat moet als men deze motoren wil gebruiken dus worden opgeteld bij de eerste kosten. Daar komt nog bij dat er een decoder nodig is als het toerental strikt moet worden aangehouden, wat de eerste kosten verder verhoogt.

Vanwege hun constructie zijn borstelloze gelijkstroommotoren ideaal voor toepassingen waarbij een lange levensduur een vereiste is of waar de motor zich op een gevaarlijke of moeilijk te bereiken plek bevindt. Bij deze toepassingen is de totale cost of ownership over de gehele levensduur van de motor bekeken het laagst en daarmee de beste optie, ondanks dat de eerste kosten van aanschaf hierbij hoger liggen.

Stappenmotoren

Stappenmotoren zijn borstelloze gelijkstroommotoren waarbij het toerental van de motor op een andere manier wordt geregeld. Bij een stappenmotor wordt wat normaal een volledige omwenteling van de motor is verdeeld in een even aantal stappen. De motor kan, door pulsen die aangestuurd naar de ingebouwde elektromagneten gaan, naar een specifiek punt in de omwenteling draaien en daar stil blijven staan. Een decoder of een vergelijkbaar mechanisme om feedback te geven is daarbij niet nodig. Stappenmotoren kennen nog meer voordelen, zoals een lange levensduur, geen noemenswaardige slijtage, weinig onderhoud en veel koppel direct bij het opstarten. De uiteindelijke kosten liggen tussen die van gelijkstroommotoren met en zonder borstel in.

Niettemin moet er als men in een bepaalde installatie een stappenmotor wil inbouwen rekening worden gehouden met enkele serieuze beperkingen. Een van die beperkingen is de verandering van het koppel dat de motor kan leveren als het toerental wisselt. Hoewel het aanvankelijke koppel hoog is, ligt dat bij hogere toerentallen stukken lager, hetgeen kan leiden tot schommelingen in de omwenteling die zelfs tot stilstand kunnen leiden.

Daarnaast zijn er enkele belangrijke direct voelbare effecten die ook een limiet kunnen stellen aan het gebruik van stappenmotoren, zoals het lawaai dat deze voortbrengen (ze kunnen bij hoge toerentallen een gierend geluid maken), de warmte die ze opwekken omdat het rendement laag is (waardoor het nodig kan zijn ventilatie of andere koelinstallaties aan te brengen) en de mechanische trillingen.

Stappenmotoren zijn daarom weliswaar niet de favoriete keus voor toepassingen die volcontinu moeten draaien, maar wel weer een uitstekende keus voor toepassingen die heel frequent en snel moeten doseren. Ze zijn bedoeld voor intensief gebruik zonder regelmatig onderhoud en kunnen strak de inherente positie en snelheid aanhouden.

Wisselstroommotoren met spleetpool

Wisselstroommotoren met spleetpool zijn een en ander veelgekozen motortype voor een kleine doelgroep van klanten en toepassingen. In de voeding- en drankensector, waar pompen volcontinu draaien en zowel de eerste kosten van aanschaf als de uiteindelijke kosten zwaarwegende factoren zijn, kunnen wisselstroommotoren met spleetpool belangrijke voordelen hebben.

• Lage eerste kosten
• Een lage cost of ownership doordat ze nauwelijks onderhoud behoeven
• Een lange levensduur (doorgaans uitsluitend beperkt door toestand van de tandwielen, zoals bij borstelloze gelijkstroommotoren)
• Ze draaien op wisselstroom
• Geluidsarme werking
• Geen elektromagnetische interferentie (EMI)

Aan wisselstroommotoren met spleetpool zitten ook beperkingen die eveneens in ogenschouw moeten worden genomen. De grootste beperking is dat deze motoren werken met een vaste snelheid. Wisselstroommotoren met spleetpool zijn gemaakt om te werken met een enkele snelheid, bepaald door de overbrengingsverhoudingen in hun constructie. Decoders en andere mechanismen voor de feedback zijn met deze motoren niet te gebruiken, waardoor het gewenste toerental niet kan worden afgedwongen; dit kan leiden tot onnauwkeurigheden in de flow en schommelingen tijdens het bedrijf.

Verder hebben deze motoren de neiging om een aanzienlijke warmte op te wekken, een neveneffect dat zich vanwege het continubedrijf des te sterker doet gevoelen. Gebruikelijk is daarom dat er een ventilator in de constructie wordt opgenomen, om de motor voortdurend te koelen. Verder zijn deze motoren niet zo krachtig als de andere typen.

De voor- en nadelen van deze motoren tegen elkaar afwegend, kan worden geadviseerd om wisselstroommotoren met spleetpool met name in te zetten voor toepassingen die volcontinue draaien en minder gevoelig zijn voor lichte schommelingen in de flowsnelheid. Voor andere toepassingen, vooral als daar veel gedoseerd moet worden, kan de keus beter vallen op een van de andere motortypen.

Samenvatting

Voor een helder overzicht van de voor- en nadelen van de verschillende motortypen kunt u de volgende tabel raadplegen:

Uitstekend-------------------------> Matig

Elk van de vier motortypes die in dit artikel zijn besproken kent zo zijn voor- en nadelen. Als u moet beslissen wat de beste motor voor uw toepassing zal zijn, moet u daarom elk type kritisch bekijken.