Elektromotor

De Elektromotor.

Door: Roel
Klas: Vmbo T/L
Onderwerp: De Elektromotor.
Examenjaar: 2007

Inleiding.

Mijn naam is Roel en ik zit op het Luzac College in Enschede. Dit is mijn sector werkstuk en het gaat over Elektromotoren. Bijvoorbeeld over hoe hij werkt en hoe hij de elektriciteit om zet in beweging, maar ik ga er zelf ook 1 persoonlijk met de hand maken. Waarom ik dit werkstuk doe is omdat ik het leuk vind om in ieder geval iets met de hand te maken en het is gewoon mooi om je eigen elektromotor te bouwen en ook erg leerzaam. Ook omdat mijn leraar me heeft aangeraden om dit werkstuk te doen. Het lijkt mijzelf ook heel interessant en wil er graag meer over weten.

Deelvraag 1: Op welke principes werkt een elektromotor.

Magnetisme.

Een groot deel van de elektromotor werkt door middel van magnetisme.
een magneet komt uit een gesteente. Als je twee magneten bij elkaar houd oefenen ze kracht op elkaar uit, ook oefent het kracht uit op ijzer, nikkel en kobalt. als een magneet uit een gesteente komt is het een natuurlijke magneet, maar tegenwoordig kun je ook zelf een magneet maken, deze kunstmatige magneten kunnen veel sterker zijn dan natuurlijke magneten. Magneten komen overal in voor: luidsprekers, dynamo’s kompassen etc. Dit zie je bijvoorbeeld ook als je een magneet bij een televisie houdt. Er komen dan allerlei vooral paarse en blauwe kleuren te voorschijn. je kunt dan ook precies het magnetische veld zien.

Al in de oudheid ontdekte ze het verschijnsel van magnetisme, het woord komt van magnesia, een gebied in het oude Griekenland.
Magneten trekken maar een bepaald aantal metalen aan. Dit zijn: ijzer, nikkel en kobalt.
Elk magneet heeft zijn magnetische veld dit kun je laten zien door ijzer vezel dicht bij de magneet te leggen.
De eenheid van een magnetisch veld word ook wel magnetische fluxdichtheid of magnetische inductie genoemd. Als je dit doet kun je zien hoe het magnetisch veld eruit ziet. zie afbeelding 1

Elke magneet bevat een noord en een zuid pool. Als je bijvoorbeeld een naald magneet pakt en deze horizontaal op een draaibaar punt legt zal deze altijd met de Noordpool ongeveer naar het noorden wijst. Dit verschijnsel komt omdat ook de aarde zich magnetisch gedraagt en magnetische veldlijnen heeft, met de Noordpool vlak bij de zuidpool en de zuidpool vlak bij de Noordpool. veel mensen proberen te beweren dat er in de aarde grote elektrische stromingen plaats vinden die dit magnetisme veroorzaken.

Als je twee Noordpolen naar elkaar toe wijst stoten ze elkaar af, dit gebeurt ook bij twee zuidpolen. als je een Noordpool en een zuidpool naar elkaar toe wijst trekken ze elkaar aan. Op deze polen is de kracht werking het sterkst.
Tot heden zijn er alleen magneten gevonden en gemaakt met een noord en een Zuidpool, maar een aantal wiskundige onderzoekers sluiten niet uit dat er zogenaamde monopolen bestaan. Dit houdt in dat een magneet alleen een Noordpool heeft of alleen een zuidpool. Helaas zijn deze nog nooit ontdekt.

Permanente magneten.
Er bestaan ook permanente magneten, Zo’n magneet verliest nooit zijn kracht en is onnatuurlijk. Een permanente magneet kan zij kracht wel verliezen onder extreme hitte, stoten of demagnetisering met andere magneten, maar onder normale omstandigheden verliest een magneet zijn kracht zo danig langzaam dat dit verwaarloost kan worden.

Een permanente magneet ontstaat als je bijvoorbeeld een stuk staal of een mogelijke legering in de kern van een spoel plaatst. De sterkte van de magneet hang af van de stroomsterkte door de spoel en het aantal windingen van een spoel.
In een Elektromotor word een permanente magneet gebruikt.

Stroomdraad heeft ook magnetische veld lijnen net als een magneet.

Als je in een spoel een weekijzeren kern plaatst en er stroom doorheen laat gaan krijg je een elektromagneet. Dit komt omdat de spoel dankzij de elektrische spanning elektromagnetisme opwekt.
Deze worden ook gebruikt in een relais.

De Lorentzkracht
Ook lorentzkracht is een onmisbaar deel van de elektromotor.
als je een ijzeren staafje in verbinding legt met 2 andere elektrische staafjes en in een magnetisch veld dan gaat er kracht op het staafje werken. Door de afstotende en aantrekkende krachten wordt de spoel dan in beweging gebracht. Dit gebeurt met behulp van een magnetische kracht die in de natuurkunde Lorentzkracht (Fl) wordt genoemd. Dit is uitgevonden door Hendrik Antoon Lorentz (zie afbeelding 2) . De lorentz kracht kun je ook zien als je tussen een noord en een zuidpool een spoel dwars plaatst. Als je er stroom doorheen laat gaan gaat hij draaien tot dat hij met de Noordpool naar de zuidpool is gericht omdat er spanning door het stroomdraad komt en dan magnetisme opwekt waardoor de Noordpool naar de Zuidpool draait. Dit kun je verklaren als je naar de lorentz krachten kijkt. Lorentzkracht kan grote krachten uitoefenen als de stroomsterkte maar hoog genoeg is.

De werking van een elektromotor.
De elektromotoren in huis moet je op net spanning aansluiten omdat het wisselstroom motoren zijn. Er is ook gelijkstroom en deze ga ik nader uitleggen.

In een elektromotor bevinden zich 2 polen met daarin een weekijzeren cilinder die verbonden is met een schijfje met daarin 2 collectors ( zie afbeelding 3).
Een collector zorgt ervoor dat je +en- kan verwisselen. De twee collectors zijn van elkaar gescheiden. aan de collectors zitten koolborstels die elektrische verbinding maken met de collectors.
Zodra er stroom door de weekijzeren cilinder loopt krijg je het effect van de lorentzkracht waardoor hij tussen de Noordpool en de Zuidpool gaat draaien totdat het plus punt bij de Zuidpool is. Zodra hij zover is gedraaid zou hij stoppen en in evenwicht stand staan, maar door de kracht draait hij nog heel even iets verder door en op dat moment verwisseld de collector de + en de - zodat de polen veranderen en hij weer verder door kan draaien.

Deelvraag 2: Welke elektromotoren zijn er en waar worden ze toegepast?

Er zijn 3 soorten elektromotoren: Synchroon motoren, Gelijkstroom motoren en Wisselstroom motoren. Van elk van de motoren leg ik even wat uit:

Synchroon motoren.
Synchroon motoren zijn bijna gelijk aan gewone elektromotoren maar het voordeel is dat hij erg constant loopt met het gevolg dat hij minder energie verbruikt. Ook kleine stootje in de stroomloop hebben geen effect op de constante, synchrone loop.
Synchroon motoren worden vaak toegepast in machine en apparatenbouw.

Wisselstroom motoren.
Bij een wisselstroom motor is de stator wisselend geladen. Doordat er stroom door een spoel wordt gestuurd wordt deze spoel elektrisch geladen. Door de afstotende en aantrekkende krachten wordt de spoel dan in beweging gebracht.

Gelijkstroom motoren.
Een gelijkstroom motor is wat ik in mijn werkstuk heb gebruikt.
Gelijkstroom motoren worden veel gebruikt voor de robots. De motoren hoeven weinig aangepast worden voor de robots en hebben vaak de juiste kracht, gewicht en bedieningsgemak.


Het rendement.
Elektromotoren hebben een zeer hoog rendement van 95% dat komt omdat hij erg regelmatig loopt. Dit betekent dat hij schoon werkt en geen milieu vervuilende stoffen vrijlaat.
Maar als een elektromotor gemaakt moet worden wordt dat in fabrieken gedaan die werken op aardgas en steenkool en een heel laag rendement hebben en bovendien vervuilende stoffen uitstoten.

Toepassingen.
elektromotoren worden overal toegepast van horloges tot TV’s.