SynRM vs PMSM: synchroonreluctantie en permanentmagneet motoren uitgelegd

Vrijwel alle winst in motorrendement boven IE4 komt van twee technologieën: de synchroonreluctantiemotor (SynRM) en de permanentmagneet-synchroonmotor (PMSM). Beide laten de klassieke asynchrone kooiankermotor achter zich, beide halen IE5 en in sommige gevallen IE6, en beide hebben één ding gemeen dat vaak over het hoofd wordt gezien: ze werken niet op het net, maar alleen met een frequentieregelaar. Dit artikel legt uit hoe ze verschillen, waarom dat verschil ertoe doet, en wanneer u welke technologie kiest.

Asynchroon vs synchroon: de basis

Een klassieke asynchrone motor (kooiankermotor) draait altijd iets langzamer dan het draaiveld van de stator: dat verschil, de slip, is nodig om in de rotor een stroom te induceren die het koppel opwekt. Die geïnduceerde rotorstroom veroorzaakt verliezen, en juist die verliezen vormen de bovengrens van wat een asynchrone motor aan rendement kan halen. In de praktijk is IE4 daarvoor ongeveer het plafond.

Een synchrone motor draait exact synchroon met het draaiveld, zonder slip. In de rotor wordt geen stroom geïnduceerd, dus vervallen de bijbehorende verliezen. Dat is precies waarom zowel SynRM als PMSM, allebei synchrone principes, boven IE4 kunnen presteren. Het verschil tussen beide zit in hóe de rotor synchroon wordt meegetrokken.

Wat is een SynRM (synchroonreluctantie)?

Een synchroonreluctantiemotor heeft een rotor zonder wikkelingen en zonder magneten: alleen een slim gevormd pakket staalplaten met uitsparingen (flux-barriers). De rotor volgt het draaiveld omdat magnetische flux altijd de weg van de laagste weerstand (reluctantie) zoekt. Het draaiveld sleept de rotor als het ware mee langs de as van laagste reluctantie.

Het grote voordeel: geen magneten en geen rotorstroom betekent een koele, robuuste rotor en geen afhankelijkheid van zeldzame aardmetalen. De rotor kan bovendien in dezelfde behuizing als een standaard asynchrone motor, wat like-for-like vervanging vereenvoudigt. ABB brengt deze technologie op de markt onder de naam SynRM, gecombineerd met een bijpassende drive.

Het nadeel: een SynRM heeft een iets lagere arbeidsfactor en vermogensdichtheid dan een PMSM, en levert het beste rendement pas in combinatie met een goed afgestelde regelaar. Voor de meeste pomp-, ventilator- en compressortoepassingen is dat ruimschoots voldoende.

Wat is een PMSM (permanentmagneet)?

Een permanentmagneet-synchroonmotor heeft magneten in of op de rotor (meestal neodymium-ijzer-boor). Die magneten leveren een constant rotorveld dat synchroon met het statordraaiveld meeloopt. Omdat het rotorveld door de magneten wordt geleverd en niet geïnduceerd hoeft te worden, is de PMSM zeer efficiënt, compact en koppelsterk.

PMSM-motoren halen doorgaans de hoogste vermogensdichtheid en de beste arbeidsfactor van alle motortypes, en zijn daarmee de eerste keuze waar ruimte of gewicht kritisch is, of waar zeer hoog deellastrendement telt. Ze zijn ook gangbaar in servotoepassingen en tractie.

De nadelen: de magneten maken de motor gevoeliger voor hoge temperaturen (demagnetisatie-risico) en afhankelijk van de prijs en beschikbaarheid van zeldzame aardmetalen. Bij netuitval kan een draaiende PMSM bovendien spanning terug leveren, wat aandacht vraagt bij het ontwerp.

SynRM vs PMSM: de vergelijking

Kort samengevat: kies SynRM voor robuustheid, koele rotor, geen magneetafhankelijkheid en eenvoudige like-for-like vervanging in industriële pomp- en ventilatortoepassingen. Kies PMSM waar maximale vermogensdichtheid, het hoogste rendement of het kleinste bouwvolume doorslaggevend zijn, en waar de temperatuur beheersbaar is.

Beide technologieën halen IE5. PMSM kan met een geoptimaliseerd ontwerp doorgroeien naar IE6. SynRM biedt in de praktijk de laagste total cost of ownership bij standaard-industriële toepassingen, terwijl PMSM excelleert in compacte, hoogdynamische of gewichtskritische toepassingen.

Hoe ze IE5 en IE6 halen

De rendementsklassen IE1 tot en met IE6 zijn gedefinieerd in IEC 60034-30-1 (IE1 tot IE4) en de latere IEC TS 60034-30-2 (IE5 en hoger). Elke klasse-stap staat voor ongeveer 20% minder verliezen dan de vorige. Waar een goede asynchrone motor bij IE4 blijft steken, halen SynRM en PMSM IE5, en met PMSM is IE6 in specifieke uitvoeringen haalbaar.

Voor de vertaling van rendement naar euro's: elke klasse-stap scheelt bij continubedrijf al snel honderden euro's per jaar per motor. Reken uw eigen situatie door met onze energiebesparingscalculator, die het verschil tussen IE-klassen omzet in kWh, euro's en terugverdientijd.

Waarom een frequentieregelaar verplicht is

Dit is het punt dat in de praktijk het vaakst voor verrassingen zorgt: noch een SynRM, noch een PMSM kan rechtstreeks op het net starten. Een asynchrone motor start zichzelf dankzij de slip; een synchrone motor niet, want de rotor kan het plots op vol toerental draaiende statorveld niet uit stilstand bijbenen. Beide typen hebben dus altijd een frequentieregelaar nodig die de frequentie vanaf nul geleidelijk opbouwt.

Dat is geen nadeel maar vaak juist een voordeel: de regelaar levert traploze toerentalregeling, soft-start en, bij pomp- en ventilatortoepassingen met variabele last, extra energiebesparing bovenop de winst van de motor zelf. Wel betekent het dat u motor en regelaar als één systeem moet specificeren. Meer over de keuze en EMC-aspecten leest u in ons artikel over frequentieregelaars.

Wanneer kies je wat?

Voor een standaard pomp, ventilator of compressor in continubedrijf, waar u wilt besparen op energie en toch dicht bij een like-for-like vervanging wilt blijven: SynRM. Robuust, koel, geen magneten, en bij ABB in vertrouwde behuizingen leverbaar.

Voor compacte toepassingen, hoge dynamiek, servo, tractie of waar elk procent deellastrendement telt: PMSM. Waar u nu nog een IE3-motor draait en de installatie al een frequentieregelaar heeft of krijgt, is de overstap naar een IE5 SynRM of PMSM vrijwel altijd de moeite waard om door te rekenen.

Twijfelt u tussen behoud van uw huidige asynchrone motor of een overstap? Onze kennisbank behandelt die afweging apart in reviseren of vervangen en in IE-rendementsklassen.

Praktische aanbevelingen

Specificeer motor en frequentieregelaar altijd samen als systeem, niet los. Vraag bij een IE5/IE6-aanvraag het rendement bij uw werkelijke bedrijfspunt op, niet alleen bij vollast; juist bij deellast lopen de technologieën uiteen. Houd bij PMSM rekening met de maximale wikkeltemperatuur en met terugvoedingsgedrag bij netuitval. En laat, voordat u vervangt, de terugverdientijd doorrekenen op basis van uw draaiuren en stroomprijs.

Van Bodegraven levert zowel ABB SynRM- als PMSM-oplossingen, met bijpassende ABB-drives, en adviseert over de juiste keuze voor uw toepassing. Wij leveren uit ABB EU-voorraad met korte levertijden.

Aan de in dit artikel genoemde gegevens kunnen geen rechten worden ontleend. Neem contact met ons op voor een concrete offerte en actuele leverstatus.