De dynamo
levert gelijkspanning
Electriciteit

Dynamos die een hoog vermogen moeten leveren worden uitgerust met compensatiewikkelingen, terwijl dynamo's van gemiddeld vermogen uitgerust worden met commutatiepolen.
-

-

Compensatiespoelen en commutatiepolen


1: de shunt veldwikkeling bestaat uit fijn draad die door de totale spanning doorlopen wordt.

2: de serie veldwikkeling bestaat uit dikke draad die door de totale stroom doorlopen wordt. De shunt- en seriewikkeling vormen ÚÚn pool.

3: de commutatiepolen corrigeren de faseverschuiving van het magnetisme in de rotor naargelang de belasting en zorgen dat het spanningsverschil tussen twee opeenvolgende lamellen minimaal is op de plaats van de stroomafname. Ze worden doorlopen door de stroom die de dynamo levert.

4: de rotor bestaat uit zeer dikke wikkelingen. Iedere lus loopt naar de collector.

Foto's dynamo: Museum "Stoom en Stroom" in Izegem.


Vermindering van de ankerreaktie


Vermindering van het heffekt van de ankerreaktie (verschuiving van de neutrale lijn) door het magnetisch veld aan de zijkanten van de poolschoenen te verminderen

Verminderen door sleuven te maken in de poolschoenen. Deze sleuven verminderen het storend magnetisch veld (ankerreaktie) zonder het hoofdveld te onderdrukken. Hier werkt men dus niet op het effekt (het verschuiven van de neutrale lijn), maar gaat men de ankerreaktie in de stator zelf reduceren.


De ankerstroom produceert een magnetisch veld dat het hoofdveld stoort en de neutrale lijn verschuift.


In het blauw de compensatiewikkeling



Commutatiepolen


Ook een motor heeft commutatiepolen nodig

De uitleg over de dynamo staat hier. Op deze pagina zal je ook de eerste afbeeldingen aantreffen.

De rotor produceert een sinusvormige wisselspanning. Deze spanning wordt ge´nduceerd door de stator. Omdat de stator vaststaat, is ook de positie van de ge´nduceerde spanning vast. De koolborstels pikken deze spanning op als die het hoogst is.


De koolborstels tappen de spanning af aan het topje van de sinus: daar is de spanning het hoogst, maar er is een bijkomend voordeel: er is een relatief laag spanningsverschil tussen twee lamellen van de collector (rood: spanningsverloop over de koolborstel). De koolborstel (zwart getekend) maakt altijd contact met meerdere lamellen (meestal drie bij dynamos die een lage spanning opwekken)..


De neutrale lijn is de positie waar het magnetisch veld omkeert. De commutatie moet op de plaats gebeuren, waar de spanning omkeert, want op dit ogenblik zijn er twee opeenvolgende wikkelingen in kortsluiting via de koolborstels.

Als de positie van de koolborstels ten opzichte van de neutrale lijn niet correct is, dan is de afgenomen spanning niet maximaal, maar loopt er ook stroom tussen de onderlinge lamellen via de koolborstel.

Maar het magnetisch veld in de rotor volgt niet de positie van de polen van de stator. De fasefout hangt af van de snelheid van de dynamo en van de belasting.

De stroom door het anker produceert een eigen magnetisch veld, en die werkt in op het veld van de stator. Daardoor verschuift het magnetisch veld, afhankelijk van de belasting.

De eerste industriŰle dynamo's die gebruikt werden voor de straatverlichting en galvanoplastie (constante belasting) hadden geen compensatie nodig. De borstels werden manueel ingesteld bij de nominale belasting. Als de belasting wegviel, dan produceerden deze dynamo's zoveel vonken dat de borstels snel vernietigd werden.

Beperking (invloed) veldreaktie

Er zijn verschillende methoden om de veldreaktie te beperken, of als die optreedt het effekt ervan te verminderen. Het effekt van de veldreaktie is het verschuiven van de neutrale lijn.

Een eerste mogelijkheid is de luchtspleet te vergroten aan de zijkant van de polen. Men kan hetzelfde effekt bekomen door een stuk van de lamellen van de poolschoen af te snijden en de poolschoenen alternerend te monteren. Het resultaat is een grotere relectantie aan de zijkanten van de poolschoenen (vermindering van het magnetisch veld). Een verschuiving van de neutrale lijn heeft nu minder effekt (minder vonkvorming).

Deze systemen veroorzaken slechts een vermindering van de ankerreakties en bij grote dynamo's is het effekt onvoldoende. Men moet dan meer drastische maatregelen nemen.

Compensatiewikkelingen

Het is niet mogelijk de mechanische positie van de borstels te laten varieren met de belasting. Men gebruikt iedentieke spoelen in het poolstuk (tegenover de ankerspoelen geplaatst). Deze compensatiewikkelingen worden doorlopen door dezelfde stroom als de ankerwikkelingen en verschuiven dus het veld in tegenovergestelde richting. Zo bekomt men een veld dat verschuift naargalang de belasting, om zo de verschuiving van het veld in het anker tegen te werken.

De compensatiespoelen worden gevoed in serie met de belasting en zitten gemonteerd op de hoofdpolen zelf. Omdat dit een complexe constructie is worden compensatiewikkelingen enkel bij zeer grote dynamo's gebruikt.

Commutatiepolen

De commutatiehulppolen zorgen ervoor dat de stroomafname zo efficient mogelijk gebeurt door het spanningsverschil tussen twee opeenvolgende lamellen te verminderen op de plaats waar de stroom afgetapt wordt. De sinus (zie afbeelding hierboven) is als het ware afgeplat.

De commutatiehulppolen zitten tussen de hoofdpolen en zijn zeer dun (ongeveer even dik als de koolborstels). De wikkeling bestaat uit een paar serie-wikkelingen, want deze polen worden eveneens gebruikt om de verschuiving van de neutrale lijn ten gevolge van belastingsveranderingen tegen te werken (middelgrote installaties).

Indien de dynamo compensatiewikkelingen heeft, dan worden de commutatiehulppolenpolen enkel gebruikt om de commutatie te verbeteren en worden ze gevoed met een vaste spanning.

In electrische schemas van installaties die dynamos en gelijkstroommotoren gebruiken zal men vaak de compensatiewikkelingen en -polen niet aangeven om het schema niet te verzwaren. Deze wikkelingen worden bij de fabricage berekend en maken inherent deel uit van de dynamo. De compensatie wordt niet bijgesteld want die hangt af van de dynamo zelf.

Ook de snelheidsvariaties van de dynamo veroorzaken een verschuiving van het magnetisch veld. Daarom zal men altijd een dynamo aan een vaste snelheid laten draaien. In dit geval is de dynamo gekoppeld aan een alternator die noodgedwongen aan een vaste snelheid moet draaien.

Is er een verschil tussen compensatiewikkelingen en commutatiepolen?
Beide zijn zeer nauw verwant aan elkaar: ze worden beide gevoed met de stroom door het anker en werken de ankerreaktie tegen.

  • De compensatiewikkelingen dienen enkel om de ankerreaktie te onderdrukken en worden op de grote dynamo's gebruikt vanwege de hoge meerkost. DE compensatie van de ankerreaktie is optimaal.

  • De commutatiepolen verbeteren het schakelen aan de polen (minder vonkvorming) door de spanningsvorm aan de collector te verbeteren met een vlakkere plateau daar waar de stroom afgenomen wordt (als de commutatiepolen met een constante spanning gevoed worden).

  • De cummutatiepolen kunnen ook de ankerreaktie tegenwerken als die met het ankerstroom gevoed worden (beide funkties worden samengevoegd in kleine en middelgrote machines).

Een dynamo kan ook als versterker gebruikt worden: men stuurt een laag vermogen door de veldwikkeling en men bekomt een veel sterkere stroom door het anker. Bepaalde dynam's zijn speciaal gebouwd als versterker: dat zijn de amplidynes en metadynes.

Gelijkstroommotoren

Naast dynamos hebben ook gelijkstroommotoren commutatiepolen nodig (dit hangt af van het vermogen). De commutatiepolen worden gevoed in serie met de rotorwikkeling (anker) en compenseren zo de ankerreaktie. De ankerreaktie hangt immers af van de stroom door de rotor.

Men ziet achtereenvolgens een motor met twee polen, een motor met vier polen en een motor met polen en commutatiepolen. De noodzaak van commutatiepolen wordt groter met het aantal polen en met het vermogen dat geleverd moet worden. Om het geleverd vermogen te verhogen is men geneigd meer polen te gebruiken, want ieder paar polen gedraagt zich als een zelfstandige motor.

Bij motoren die een constante belasting hebben heeft men geen compensatiepolen nodig, maar kan men de positie van de koolborstels manueel aanpassen. De positie is juist als de vonken minimaal zijn. Valt de belasting weg, dan produceren deze motoren enorm veel vonken.

Een gelijkstroommotor gebruikt meestal een shuntwikkeling, waardoor de motor aan een redelijke constante snelheid draait, ongeacht de belasting. Het koppel (dat van de veldwikkeling afhangt) is redelijk constant ongeacht de motorsnelheid.

Een seriemotor kan een hoger koppel leveren, maar de snelheid hangt sterk af van de belasting. Tractiemotoren waren vroeger altijd seriemotoren vanwege het hoge koppel bij stilstand.

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