Het belastingsprofiel (S1–S10 volgens IEC 60034-1) legt vast hoe een motor thermisch wordt belast en bepaalt daarmee direct het vereiste motorvermogen en de bouwgrootte. Een ondergedimensioneerde motor leidt tot overbelasting en uitval; een te grote motor verspilt energie en verhoogt de aanschafkosten. Dit artikel laat u in de praktijk zien hoe u een motor correct selecteert op basis van het belastingsprofiel.
Belangrijkste conclusie:
Het belastingsprofiel (S1–S10) bepaalt het vereiste motorvermogen en de bouwgrootte. Een thermische analyse met bedrijfsfactor, omgevingstemperatuur en inschakelduur (DC%) is essentieel. Gebruik de Affiniteitswet (P ~ n³) voor pompen en ventilatoren om energiebesparingen te kwantificeren.
Belastingsprofielen begrijpen: S1–S10 volgens IEC 60034-1
IEC 60034-1 definieert tien bedrijfstypes (S1–S10) die verschillende belastingsscenario's beschrijven. Deze hebben een directe invloed op het vereiste motorvermogen en de vereiste motorafmetingen:
| S-nr. | Bedrijfstype | Beschrijving |
|---|---|---|
| S1 | Continu bedrijf | Motor draait continu onder constante belasting. Typische toepassingen: pompen, ventilatoren in stadsverwarmingssystemen. |
| S2 | Kortdurend bedrijf | De motor draait gedurende een vaste bedrijfstijd (seconden tot minuten) en koelt dan af tot omgevingstemperatuur. De vaste duur definieert dit bedrijfstype. |
| S3 | Intermitterend bedrijf | Herhaald kort bedrijf met pauzes (koelt niet af tot omgevingstemperatuur). DC% 15-60%. Bijv. takels, kraansystemen. |
| S4 | Intermitterend bedrijf met aanloopperiode | Zoals S3, maar de opstarttijd is aanzienlijk. Typisch voor persen en luchtcompressoren. |
| S5 | Intermitterend bedrijf met elektr. remmen | Zoals S3, maar met elektromagnetisch remmen en veelvuldig starten. Hoge thermische belasting. |
| S6 | Continu bedrijf met periodieke belasting | De motor draait continu, maar de belasting varieert periodiek. Bijv. transportband met variabele belasting. |
| S7 | Continu bedrijf met elektr. remmen | Zoals S1, maar met veelvuldig remmen en starten. Hoge thermische belasting door remenergie. |
| S8 | Periodiek bedrijf met richtingswisseling | Motor keert periodiek van richting om (vooruit/achteruit). Hoge belasting van aandrijving en remmen. |
| S9 | Bedrijf met niet-periodieke belastings- en toerentalvariaties | Onregelmatige belasting en snelheid (bijv. walserij, windturbine). Zeer hoge thermische eisen. |
| S10 | Periodiek bedrijf met remmen | Complexe belastingsprofielen met meerdere fasen: versnelling, belasting, remmen, pauze. Kraansystemen, rijaandrijvingen. |
Belangrijk: Hoe hoger het bedrijfstype (S3 vs. S1), hoe groter de motor kan worden gedimensioneerd. Een S3-motor met DC=40% kan 50-100% meer vermogen hebben dan een S1-motor met dezelfde bouwgrootte, omdat deze koelpauzes heeft.
Belastingsoorten: constant, lineair, kwadratisch
De manier waarop de belasting verandert met de snelheid is een doorslaggevende factor bij het bepalen van het vereiste motorvermogen:
Constante belasting (M = const.)
Het koppel blijft constant, ongeacht de snelheid. Vermogen verandert lineair: P = M × n.
Voorbeelden: Transportband (wrijving), spoelenwikkelaars, roltrappen. Implicatie: Bij snelheidsreductie (met een VFD) daalt het vermogen lineair. Een motor van 30 kW bij 1500 rpm heeft slechts 15 kW nodig bij 750 rpm. De motor moet echter worden gedimensioneerd voor het hoogst vereiste koppel.
Lineaire belasting (M ~ n)
Het koppel groeit lineair met de snelheid. Vermogen groeit kwadratisch: P ~ n².
Voorbeelden: Viskeuze wrijving (zeer viskeuze vloeistoffen), lagers met demping. Implicatie: Zelden in de praktijk. De energiebesparing door snelheidsvermindering is bescheiden.
Kwadratische belasting (M ~ n²)
Het koppel groeit met het kwadraat van de snelheid. Vermogen groeit met de derde macht: P ~ n³. Dit is de Affiniteitswet.
M ~ n² ⟹ P ~ n³
Bij 80% snelheid: P = 0,8³ = 0,512 = 51% van nominaal vermogen
Voorbeelden: Centrifugaalpompen (zonder smoorklep), ventilatoren, blowers. Implicatie: Met een frequentieregelaar zijn enorme energiebesparingen (40–60%) haalbaar — wanneer een frequentieregelaar rendabel is. Dit is de basis voor energie-efficiëntiemaatregelen in pomp- en ventilatorsystemen.
Praktische tip: Controleer altijd het belastingsprofiel in de machinetekening of bij de machinefabrikant. Verkeerde aannames over het belastingstype leiden tot kostbare fouten bij de motorselectie. Voor dynamische belastingsprofielen (S3–S10) met frequente versnelling en remming is de verhouding van last- tot motortraagheid (Jlast/Jmotor) minstens zo belangrijk — een waarde boven 10:1 vereist meestal een hogere overbrengingsverhouding of een motor met grotere rotortraagheid.
Rekenvoorbeeld: Kettingtransporteur
Taak: Een horizontale kettingtransporteur transporteert dozen met een snelheid van 2 m/s. De totale massa is 500 kg (dozen + ketting). De wrijvingscoëfficiënt is 0,05. Welke motor is nodig?
Stap 1: Bereken de weerstandskracht
F = m × g × f = 500 kg × 9,81 m/s² × 0,05 = 245 N
Stap 2: Snelheid en trommelradius bepalen
Aanname: trommeldiameter 200 mm (r = 0,1 m). De omtreksnelheid is 2 m/s. Snelheid n = v / (2πr) = 2 / (2π × 0,1) = 3,18 toeren per seconde = 191 rpm. Met versnellingsbak (verhouding 1:7,9): n_motor = 191 × 7,9 = 1509 rpm ≈ 1500 rpm.
Stap 3: Koppel berekenen
M_trommel = F × r = 245 N × 0,1 m = 24,5 N·m
Met versnellingsbak en verliezen: M_motor = M_trommel / verhouding / η_versnellingsbak ≈ 24,5 / 7,9 / 0,90 ≈ 3,4 N·m
Stap 4: Bereken het motorvermogen
P = M × ω = 3,4 N·m × 2π × 1500 / 60 = 3,4 × 157,08 = 534 W ≈ 0,75 kW
Stap 5: Veiligheidsfactor toevoegen
Met veiligheidsfactor 1,15: P_vereist = 0,75 × 1,15 = 0,86 kW. Motorselectie: 1,1 kW draaistroommotor, 1500 rpm, IE3-klasse, 4-polig.
Het versnelde massatraagheidsmoment van de last bepaalt grotendeels de aanloopduur — met de online traagheidsmoment-calculator kunt u deze waarde direct bepalen voor roterende en translerende lasten.
Dit is een typisch scenario voor continubedrijf (S1) met constante belasting. De motor levert 100% nominaal vermogen in bedrijfsmodus S1.
Thermisch ontwerp: bedrijfsfactor & omgevingstemperatuur
Elke motor heeft een maximaal toelaatbare temperatuur (bijv. 130 °C voor klasse B volgens IEC 60034-1). Deze temperatuur wordt bereikt als de motor op zijn nominale vermogen draait bij een omgevingstemperatuur van 40 °C. Met afwijkingen moet rekening worden gehouden:
Bedrijfsfactor voor intermitterende werking
Een motor in intermitterend bedrijf (S3 met DC=40%) kan bij hogere belastingen worden ingezet omdat hij koelpauzes heeft. De bedrijfsfactor houdt hier rekening mee:
| Inschakelduur (DC%) | 15% | 25% | 40% | 60% |
|---|---|---|---|---|
| Bedrijfsfactor (typisch) | 1,50–1,60 | 1,25–1,35 | 1,15–1,30 | 1,05–1,15 |
Betekenis: Voor een toepassing met DC=40% en een vereist koppel van 10 N·m kunt u een motor kiezen met een nominaal koppel 10 / 1,2 ≈ 8,3 N·m (circa 17% kleiner nominaal koppel). Let op: de door de fabrikant opgegeven bedrijfsfactoren kunnen per motortype verschillen.
Normverwijzing
De bedrijfsfactoren zijn richtwaarden. Fysisch benadert de toelaatbare factor bij intermitterend bedrijf de relatie 1/√ED (thermisch equivalent) en ligt in de praktijk daaronder. Bindend zijn de factoren van het desbetreffende bedrijfssoort (S1–S10 volgens IEC 60034-1) uit het fabrikantendatablad.
Omgevingstemperatuurcorrectie
Motoren zijn gewoonlijk ontworpen voor een omgevingstemperatuur van 40 °C. Afwijkingen vereisen vermogensaanpassingen:
- Bij 50 °C: Verminder het motorvermogen met ~10% (of kies een grotere motor)
- Bij 60 °C: Verminder het motorvermogen met ~20%
- Bij 20 °C: Verhogen van het motorvermogen met ~10% is mogelijk (betere koeling)
Vuistregel: Voor elke 10 °C afwijking van de omgevingstemperatuur van 40 °C verandert het toegestane motorvermogen met ongeveer 10%. Dit is een ruwe benadering; de precieze waarden zijn te vinden in het gegevensblad van de motor.
Praktische tip van TEA:
In ons advies zien we de bedrijfsfactor vaak verkeerd om toegepast: hij rechtvaardigt een kleinere motor alleen wanneer de spelduur werkelijk kort is. IEC 60034-1 hanteert voor S3 een referentiespel van tien minuten — bij langere cycli (bijvoorbeeld vijf minuten belasting, vijf minuten pauze) warmt de wikkeling ondanks DC=50% bijna tot de continuwaarde op, en gelden de tabelfactoren niet meer. Geef daarom bij uw aanvraag naast de DC % altijd de concrete cyclustijd en het belastingsspel op; bij hoogtes boven 1000 m komt daar nog een derating door de dunnere koellucht bij, die vaak wordt vergeten.
Combinatie van motor en tandwielkast: Ontwerp & Warmteverliezen
Wanneer motor en tandwielkast worden gecombineerd, moet er rekening worden gehouden met de warmteverliezen van de tandwielkast:
Rendement van typische versnellingsbakken:
- Cilindertandwielreductor: 96–98% per trap
- Wormreductor: 50–90% (afhankelijk van overbrengingsverhouding)
- Planetaire overbrenging: 94–97% per trap
- Kegelwielreductor: 95–97% per trap
De verliezen leiden tot warmteontwikkeling. Een slecht afgestemde motor en een te kleine tandwielkast kunnen leiden tot oververhitting en storingen.
Voorbeeld: Een motor van 10 kW drijft aan via een tandwieloverbrenging met een rendement van 98%. De verliezen zijn 10 kW × (1 - 0,98) = 0,2 kW = 200 W. Dit moet worden gecompenseerd door koeling van de tandwielkast (ventilatie, warmteafvoer). Als de tandwielkast te klein is of onvoldoende wordt gekoeld, overschrijdt de temperatuur snel het toegestane bereik (meestal <80 °C olietemperatuur). Uitgebreid: tandwielkastrendement berekenen.
Checklist motorselectie per belastingsprofiel
- Belastingsprofiel bepalen: S1–S10? Vraag de machinefabrikant of raadpleeg de bedieningshandleiding.
- Type belasting analyseren: Constant, lineair of kwadratisch? Dit bepaalt het vermogen bij variabele snelheden.
- Bereken koppel en toerental: M [N·m] = F [N] × r [m], dan P [W] = M × 2πn / 60.
- Veiligheidsfactor toevoegen: Vermenigvuldig met 1,1-1,25 afhankelijk van de veiligheidseisen voor de toepassing.
- Controleer de bedrijfsfactor: Houd bij intermitterend bedrijf (S3–S5) rekening met de bedrijfsfactor.
- Evalueer de omgevingstemperatuur: Bij >40 °C omgevingstemperatuur, verminder het motorvermogen of kies een grotere motor.
- Energie-efficiëntie: Kies minimaal IE3, bij voorkeur IE4.
- Definieer bouwvorm en beschermingsgraad: B3, B5, B14? IP54, IP55, IP65?
- Warmteverliezen van de motorreductor: Controleer of gecombineerde warmteverliezen worden geabsorbeerd door koeling.
- Neem contact op met de fabrikant: Raadpleeg voor onzekerheden of complexe vereisten een Application Engineer.
TEA-aanbeveling: Checklist voor motorselectie op basis van belastingsprofiel
Gebruik deze gestructureerde beslissingsgids:
Vereist voor elke motorselectie:
- Bedrijfstype (S1–S10), inschakelduur (DC%)
- Type belasting (constant, lineair, kwadratisch)
- Koppel [N·m], toerental [rpm], vermogen [W]
- Omgevingstemperatuur, veiligheidsfactor
- Bouwvorm, beschermingsgraad, energie-efficiëntieklasse
- Rendement versnellingsbak, warmtebalans totale systeem
Optioneel voor optimalisatie:
- Toerentalregeling (frequentieregelaar) voor energiebesparing?
- Servomotor voor hoge precisie of dynamische prestaties?
- Geluidsvereisten, EMC-vereisten?
Onze toepassingstechnici helpen u graag met het volledige systeemontwerp. Stuur ons een aanvraag met de bedrijfsparameters — wij berekenen de optimale motorselectie met een kosten-batenanalyse. Het volledige motorenprogramma van servo- en stappenmotoren tot asynchrone motoren vindt u in de categorie Motoren.
Twijfelt u over motorselectie op basis van belastingsprofiel?
Onze experts voeren een volledige thermische en mechanische analyse uit en adviseren de optimale motor met kostenberekening.
Neem contact op met onze experts →