De eerste alternatoren
Een prachtig voorbeeld in Izegem
Electriciteit

De constructie van een alternator is eenvoudiger dan die van een dynamo, toch heeft men eerst dynamo's gebouwd omdat men gelijkspanning verkoos. Pas later heeft men de voordelen van wisselspanning ingezien en is men massaal op alternatoren overgestapt.
-

-

Electriciteit dmv. een alternator

Dit artikel is een vervolg op de pagina over dynamo's.
De fotos zijn van het museum “Stoom & Stroom” in Izegem.

Alle alternatoren hebben verschoven statorspoelen zodat de opgewekte spanning sinusvormig is, zelfs al is het wisselend magnetisch veld vervormd (blokvormig). Deze verschoven statorspoelen zijn goed te zien op de eerste foto. Een alternator heeft dus geen duidelijk afgetekende statorpolen, maar statorpolen die verschillende spoelen min of meer omvatten.

In Izegem is de evolutie van gelijkspanning naar wisselspanning geleidelijk gebeurd. De gemeente Izegem had zeer vroeg zijn eigen electriciteitscentrale. Deze werd vooral in de winter gebruikt (straat- en atelierverlichting) en werd overdag zelfs uitgeschakeld. Pas achteraf is men ook motoren gaan aansluiten (de ateliers hadden bijna allemaal hun eigen stoommachine voor de aandrijving van de machines).

Maar de stad breidde uit, en het transport van de electriciteit naar de nieuwe wijken bracht grote verliezen met zich mee. Men besloot de nieuwe wijken te voeden met wisselspanning. Om de eerste gebruikers te blijven voorzien in gelijkstroom kocht men een generator aan die zowel gelijkspanning als wisselspanning kon leveren. Dit was een zeer unieke machine, die in 1936 geleverd werd. Een klein gedeelte van de gelijkstroom die door de dynamo geleverd werd, werd gebruikt om het magnetisch veld van de alternator op te bouwen.

Het dynamo gedeelte wordt hier besproken.

Men gebruikte een stoommachine omdat die relatief traag draaide (wat noodzakelijk was voor dynamo's om te vermijden dat de koolborstels vroegtijdig sneuvelden). Het betreft een compound-machine, dat wil zeggen een stoommachine met twee zuigers (hoge druk en lage druk), waardoor de stoomdruk beter benut kan worden.

Om electriciteit te kunnen produceren heeft men een wisselend magnetisch veld nodig. Bij een alternator wordt er een draaiend veld geproduceerd door de rotor. Bij een dynamo is het magnetisch veld vast en ontstaat er een wisselend veld in de rotor.

De eerste foto is een detailfoto van het alternator-gedeelte van de generator van de electriciteitscentrale van Izegem. In vergelijking met het dynamo-gedeelte is het alternator-gedeelte poepsimpel.

De wikkelingen onderaan zijn de draaiende veldwikkelingen die op het vliegwiel van de stoommachine gemonteerd zijn. Het betreft een zogenaamde vliegwielalternator, dat wil zeggen een alternator waarbij de veldwikkelingen op het vliegwiel van een stoommachine geplaatst worden. De stator levert een wisselspanning waarvan de frekwentie afhangt van de rotatiesnelheid van de rotor en van het aantal polen. Omdat er ook een dynamo aangedreven wordt is de rotatiesnelheid laag (107 toeren/minuut) en moeten er veel polen zijn om tot de correcte frekwentie te komen.

De tweede foto toont ons de sleepcontacten die de gelijkspanning (afkomstig van de dynamo) naar de rotor (veldwikkeling) van de alternator voert. Er moet slecht een relatief kleine stroom (65A) door de contacten lopen en deze moeten dus niet zo zwaar uitgevoerd worden als de koolborstels van de dynamo (die het volledig vermogen moeten overbrengen =2500A). De twee volledig effen ringen doen de koolborstels ook minder snel verslijten dan de lamellen van de collector van de dynamo.

Foto 3: de stroom wordt door middel van deze twee kabeltjes naar de rotor gestuurd. Men gebruikt eigenlijk het vliegwiel van de stoommachine als rotor met de veldwikkelingen. Rond de rotor staan de vaste stroomwikkelingen opgesteld.

In die tijd produceerde men reeds triphasé, hoewel de meeste gebruikers slechts monophasé nodig hadden. Triphasé werd enkel gebruikt in de werkplaatsen om motoren aan te drijven (“draaistroom”). Tot nu toe waren de motoren gelijkstroommotoren geweest en men schakelde niet graag over op een ander systeem. Met gelijkstroom kon men motoren maken waarbij de snelheid en het koppel regelbaar was, terwijl een wisselstroommotor een relatief vaste snelheid had.

Na de tweede wereldoorlog schakelde men algemeen over op turbines in plaats van stoommachines (deze hadden een hoger rendement). De traagdraaiende stoommachines waren beter geschikt om dynamo's aan te drijven, terwijl de sneldraaiende turbines beter geschikt waren om alternatoren aan te drijven. De electriciteitscentrale van Izegem met zijn stoommachine werd slechts kortstondig gebruikt om pieken in de vraag op te vangen.

De electriciteitscentrale van Zwevegem die landelijk gelegen was leverde wisselspanning. Transfo Zwevegem (de site van de gerestaureerde electriciteitscentrale) bevat enkel alternatoren.

Maar toen men overschakelde van gelijkspanning op wisselspanning was men niet verlost van de dynamo: de alternator moest namelijk een gelijkspanning krijgen (veldwikkeling), en enkel een dynamo kon toen gelijkspanning leveren, zie opwekkingsdynamo's.

De overeenkomst tussen een alternator en een motor is goed te zien (hier een capstanmotor uit een videorecorder). De alternator heeft een draaiende veldwikkeling en de stroom wordt driefasig afgetapt van de stator. De capstanmotor heeft vast opgestelde spoelen en een multipolig magneet. Door een driefasige spanning op de spoelen te zetten gaat de motor draaien.

Als men de motor met de hand doet draaien, dan ontstaat er een driefasige wisselspanning in de statorwikkelingen. Omdat het magnetisch veld niet geregeld kan worden, is de spanning eveneens niet regelbaar (hangt af van de rotatiesnelheid en de belasting). Kleine particuliere windmolens zijn op dit systeem gebaseerd: een draaiende magneet en vast opgestelde spoelen. De opgewekte wisselspanning wordt gelijkgericht en door middel van een omvormer op het electriciteitsnet gezet (zoals bij zonnepanelen).

Het naamplaatje van het alternator-gedeelte:

ACEC
Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi

Alternateur
3 phases, 50Hz, 600kVA
Stator: 10kVA, 34.6A, couplage étoile
Rotor: 220V, 65A, 107 tours/minute

En neen, er is geen rekenfout gemaakt: 34.6A per fase onder 10kV is wel degelijk 600kVA omdat de generator driefasig is. Dit is één van de voordelen van triphasé: men kan meer vermogen leveren met een lagere stroom, en dus dunnere geleiders gebruiken.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's