/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Ontdek het Belle Époque
Home » Uitvindingen » Aandrijving » Elektromotor

De uitvinding van de Elektromotor

De inductiemotor: een zeer krachtige lichtgewicht

De elektromotor was een uitermate handige uitvinding die heel wat apparaten zou gaan aandrijven. Het is relatief gezien namelijk een lichtgewicht motor, die toch veel kracht kan opwekken. Feitelijk werd het principe achter de elektromotor al rond 1820 ontdekt. Daarmee kwam er echter nog geen algemeen toepasbare motor ter beschikking. De echte doorbraak kwam pas met de zogeheten 'inductiemotor', die in 1888 door Nikola Tesla werd ontworpen. Dat werd het meest gebruikte type elektromotor. De wereld zou er drastisch door veranderen: (liften in) wolkenkrabbers, trams en tal van huishoudelijke apparaten werden onder meer mogelijk door deze motor.


 

etramparis1881b.large.jpg

Eerste elektrische tram in Parijs in 1888  

 

Wat is een elektromotor?

Een elektromotor is eigenlijk ieder apparaat dat elektrische energie omzet in mechanische beweging. Daarbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat elektriciteit magnetisme kan opwekken. Een elektromotor beschikt dan ook over een magneet, welke in beweging wordt gebracht door elektriciteit.

 

Pioniers: 1820-1823

Het idee dat een elektrische stroom magnetische velden opwekt, werd in 1820 ontdekt door de Deen Christiaan Ørsted en de Fransman André-Marie Ampère. Zij merkten dat als stroom werd overgedragen op een recht stuk draad, dit werd omhuld door een magneetveld. Het bleef echter bij een constatering.

In 1821 was het vervolgens de beroemde natuurkundige Michael Faraday die probeerde om ook beweging in de draad te krijgen. Dat lukte door de elektrische kring rondom de magneet af te sluiten met geleidende vloeistof. De loshangende, magnetisch geladen draad gaat dan rond de magneet cirkelen. Op deze beweging werd het principe van de elektromotor gebaseerd.

Dat gebeurde al meteen een jaar later, in 1822, toen de Brit Peter Barlow de draad verving door een stervormig wiel. Daarmee kon de motor een mechanische aandrijving tot stand brengen. Het potentieel werd nu ook duidelijk voor niet-natuurkundigen, waardoor de belangstelling  drastisch toenam.

In 1823 bouwde de Brit William Sturgeon aldus de eerste elektromagneet. Dat werd een lang stuk koperdraad gewikkeld rond een hoefijzervormig stuk ijzer. Zodra er een stroom door de spoel werd gestuurd magnetiseerde het ijzer. Daardoor werd het een buitengewoon krachtige magneet die met behulp van slechts één batterij al een groot gewicht kon optillen. Door de stroom in- en uit te schakelen kon men bovendien het magnetische gehalte sturen.

 

jospehhenry.large.jpg

Henry Ulke - 'Portret van Joseph Henry', 1879.

 

Op weg naar een echte motor

In 1829 was het de gerenommeerde Amerikaanse professor en expert in elektromagnetisme Jospeh Henry, die als eerste een echte elektromotor bouwde. Daarvoor gebruikte hij een sterke, zelfgemaakte magneet. Dit noemt men ook wel een 'lineaire elektromotor'. Henry baseerde zich hierbij met name op de vindingen van Faraday.

In 1834 werd een volgende stap gezet door de Amerikaanse smid Thomas Davenport, die het concept van met name Peter Barlow verbeterde. Hij bevestigde wel vier magneten op de motor in plaats van één; twee vaste en twee roterende. Dat gaf zoveel meer kracht dat Davenport er werkbanken en boren in zijn werkplaats op kon laten draaien. Dit tot grote verwondering van zijn bezoekers.

Ondanks alle verbeteringen was commercieel gebruik van elektromotoren nog niet mogelijk. Elektriciteit was in die jaren nog niet beschikbaar via een leidingnet en de batterijen die nodig waren om een motor voor langere tijd te laten draaien waren te duur om het lonend te maken.

 

Gelijkstroommotor

Alle motoren van voor 1888 waren overigens gelijkstroommotoren. Daarbij bevindt zich een roterende arm in de magneet. Via borstels en een collector (dit is een stroomwisselaar) wordt er gelijkstroom door een spoel geleid. Elke halve slag van de arm keert de collector de richting van de spoel om, zodat de stroomtoevoer gelijk blijft.  

 

blueportraitofnikolatesla.large.jpg

Vilma Lwoff-Parlaghy - ' Blauw portret van Nikola Tesla', 1916.

 

Tesla's inductiemotor

Na de verbeteringen van Davenport viel ook de elektromotor ten prooi aan de ontwikkelingsstilstand gedurende het midden van de 19de eeuw. Lange tijd werd er niets meer aan gedaan.

Dat wilde echter niet zeggen dat het idee ook ontsnapte aan de aandacht van Nikola Tesla, een man die vaker succesvolle reanimaties verrichtte op afgeschreven of weggezonken projecten. In de jaren 1887,1888 pakte hij de draad van de elektromotor op en kwam met de inductiemotor.

Voor deze motor gebruikte hij de door hem geliefde wisselstroom in plaats van de tot dan toe gangbare gelijkstroom. Het verschil is dat de stroom niet meer via borstels in een collector omgedraaid hoeft te worden. De enige bewegende onderdelen aan deze motor zijn de rotor en de lagers waarop deze draait.

 

Inductiemotoren

Feitelijk zijn er twee soorten inductiemotoren: 

  • De éénfase motor. Dat is een extra eenvoudige uitvoering waarbij het magnetisch veld wordt opgewekt in een enkele draaifase van de rotor.
  • De driefasen motor. Hierbij wordt het magnetisch veld in drie draaifasen opgewekt. Daardoor wordt er ook wel gesproken van een asynchrone driefasen motor of een draaistroommotor.
enkelfase.large.jpg

Eénfase motor, uit: Terell Croft - 'Electrical machinery', 1917.

 

Het resultaat was een bijzonder efficiënte, maar tegelijkertijd ook eenvoudige motor die gemakkelijk en goedkoop kon worden gebouwd en toch duurzaam was. Er zitten namelijk maar weinig onderdelen aan die kapot kunnen. Voorts kon deze motor ook nog eens hogere voltages aan en meer vermogen opbrengen dan de verbrandingsmotor. Daarmee is hij in zijn meest simpele uitvoering te gebruiken voor kleine apparaatjes, maar kan hij in een grote uitvoering worden gebruikt voor zware machines, en de aandrijving van voertuigen als de tram, metro en elektrische trein.

Vandaar dat vandaag de dag nog steeds de meeste elektromotoren inductiemotoren zijn. 

 

 

Bronnen

  • Hart-Davis A. (red.) - 'Wetenschap, de grote ontdekkingen. Deel 3:  De industriële revolutie I, 1700-1890'. 2010
  • Hart-Davis A. (red.) - 'Wetenschap, de grote ontdekkingen. Deel 4:  De industriële revolutie II, 1700-1890'. 2010 
  • Bodanis D. - 'Het elektrisch universum: een geschiedenis van de elektriciteit.' Amsterdam 2005
  • nl.wikipedia.org - 'Elektromotor'/'Nikola Tesla'/'Michael Faraday'