Electriciteit

1 De eerste industriële dynamo's zijn heel eenvoudig. De stator heeft slechts twee polen en de borstels staan op de neutrale lijn, daar waar het magnetisch veld van richting verandert en de ontwikkelde spanning het hoogst is. De stroom die geleverd kan worden is niet heel hoog, waardoor men een relatief smalle collector kan gebruiken. De veldwikkeling is een shunt (parallelschakeling). 2 Een generator met dynamo om gelijkspanning te maken vanaf wisselspanning. Er werd meer en meer overgeschakeld op wisselspanning, maar gelijkspanning werd nog vaak gebruikt om motoren aan te drijven. Ook oude wijken en de openbare verlichting werd soms nog met gelijkspanning gevoed. De spanning van 2 × 115V geeft aan dat we te maken hebben met residentiële stroomvoorziening (de trams werkten op een hogere spanning). 3 De dynamo heeft een brede collector omdat die meer dan 450A moet leveren en al de stroom door de collector en de borstels moet lopen. 4 Een detailbeeld van de dynamo met zijn brede hoofdpolen (compound gewikkeld) en zijn smalle commutatiepolen. 5 De motor-dynamo combinatie wordt vervangen door een kwikdampgelijkrichter.

De eerste generatoren zijn magnetos: een wikkeling draait in een magnetisch veld die opgewerkt wordt door een permanente magneet. Het is wisselspanning die voor de verlichting gebruikt kan worden (bepaalde lampen zoals de lampen van Jablochkoff werken enkel goed met wisselspanning). Het rendement is echter niet hoog: men kan geen sterk magnetisch veld bekomen met gewone magneten (zeker niet in die tijd). De stroom wordt afgetapt met een enkel sleepcontact.

Om een voldoende magnetisch veld te bekomen moesten de magneten van toen zeer groot zijn. Met moderne technieken kan men kleine magneten maken: de fietsdynamo is in feite een magneto, met een kleine draaiende magneet en een vaste stroomwikkeling. Er zijn geen contacten meer nodig om de stroom af te tappen: dit is een kenmerk van alle moderne alternatoren.

Wenst men een sterk magnetisch veld, dan is men verplicht een electromagneet te gebruiken. En de stroom om die te voeden zou best van de generator zelf afgetapt moeten worden. Maar om een magnetisch veld op te wekken, moet de stroom noodzakelijkerwijze gelijkspanning zijn. En zo is de dynamo ontstaan. De stroom wordt afgetapt van de lamellen van de collector dmv. koolborstels. De koolborstels worden zodanig geplaatst dat de hoogst mogelijke spanning bekomen wordt.

Zénobe Gramme heeft de dynamo niet uitgevonden, hij heeft die enkel verbeterd, zodat die gebruikt kon worden in de industrie.

Een dynamo produceert zijn eigen magnetisch veld en heeft dus geen magneten meer nodig. Om de spanning te stabiliseren (ongeacht de belasting) gebruikt men een compoundschakeling waarbij de veldwikkeling uit twee spoelen bestaat: één die gevoed wordt door een deel van de stroom van de dynamo (seriewikkeling van dikke draad), en één die gevoed wordt door de opgewekte spanning (paralelle wikkeling met dunnere draad).

In vergelijking met een alternator is een dynamo een complexe machine. De koolborstels moeten de spanning aftappen daar waar die het hoogst is, dus op de neutrale lijn waar het magnetisch veld omgepoold wordt. Deze positie kan echter verschuiven ten gevolge van belastingsveranderingen en snelheidsveranderingen. De snelheid van een dynamo wordt daarom altijd constant gehouden, maar de belasting moet gecompenseerd worden. Daarvoor gebruikt men compensatiespoelen in de hoofdpolen (bij zeer grote dynamo's) of commutatiepolen. De commutatiepolen compenseren de verschuiving van de neutralen lijn ten gevolge van belastingsveranderingen, maar zorgen er ook voor dat de spanningsverschillen tussen opeenvolgende lamellen kleiner zijn op de plaats waar de stroom afgetapt wordt. Daardoor worden de vonken nagenoeg vermeden.

De eerste industriële alternatoren zullen uitgerust worden met een kleine dynamo die op dezelfde as zit en gebruikt wordt om het magnetisch veld van de alternator op te wekken. Later zal men gelijkrichters gebruiken zodat de koolborstels kunnen vervallen. Alternatoren hebben geen compensatiespoelen nodig.

Men stapt dus meer en meer over op wisselspanning, die gemakkelijker opgewekt en vervoerd kan worden. Als men gelijkspanning nodig heeft (bijvoorbeeld voor electrodepositie of galvanoplastie) gebruikt men eerst een mechanische omzetter bestaande uit een motor en een dynamo. Later zullen kwikdampgelijkrichters gebruikt worden die een hoger rendement hebben en geen onderhoud vergen. Bepaalde treinen die met wisselspanning gevoed worden hebben een kwikdampgelijkrichter aan boord om gelijkspanning te maken voor de motoren. Andere treinen worden gewoon met gelijkspanning gevoed. Ook de belgische kusttram wordt nu nog altijd met gelijkspanning gevoed.

Fotos 2-3-4:
De oorlog der stromen wordt gedemonstreerd met een motor-omvormer: de wisselspanningsmotor is eenvoudig (en zal nog eenvoudiger worden in de volgende versies), en de dynamo is complex (en zal dat steeds blijven). Al de opgewekte stroom moet via de koolborstels lopen, die breder en breder moeten worden. Bij bepaalde toepassingen waarbij men een lage spanning en een hoge stroom nodig heeft (electrodepositie) is de collector breder dan de stroomwikkeling.

Het naamplaatje van de motor en de dynamo.

Foto 5:
De mechanische omvormer wordt vervangen door een kwikdampgelijkrichter (tussen de twee wereldoorlogen). Deze kan een hogere stroom leveren en produceert geen trillingen.

Er is weinig informatie over accus en batterijen in het museum. In een hoek van een zaal heb ik een zuil van Volta gezien en een half-opgevreten batterij. Waarom een batterij tonen als men de echte originele dynamo van Gramme kan tonen !

Hier kan je meer informatie vinden over de oorlog der stromen (gelijkspanning of wisselspanning), de dynamo, de alternator, enz.