Electriciteit
De eerste electriciteitscentrales
Dynamo en stoommachine
Root server » TechTalk » Electriciteit » Gelijk- of wisselstroom? » De eerste electriciteitscentrales
De eerste electriciteitscentrales produceerden gelijkstroom. De aandrijving van de dynamo gebeurde met een stoommachine.

“Stoom en Stroom” museum Izegem

-

-

Gelijkstroom


Een stoommachine van Izegem, met op het voorplan de twee stoomcylinders en achteraan het vliegwiel waarop de alternator gemonteerd staat.


De alternator zit rond het vliegwiel. Een kleine generator levert de bekrachtingingsstroom via de as.


Een stoomturbine van een turbo-generator (Duisburg)
Hoe hoger de druk, hoe meer trappen men kan plaatsen.

Stoommachine + dynamo

Eind 19e eeuw begint de stroomproduktie. Men gebruikt daarvoor een stoommachine die een paar jaren ervoor uitgevonden werd. De stoommachine drijft een dynamo aan. Electriciteit wordt toen voornamelijk gebruikt voor de straatverlichting. In 1901 laat Izegem een electriciteitscentrale bouwen (toen al om de grenscriminaliteit tegen te gaan?). De centrale is gelegen tussen het kanaal en de spoorwegen, wat ideaal is voor de aanvoer van kolen. Andere electriciteitscentrales zoals die van Zwevegem waren eveneens nabij een kanaal gebouwd. Zwevegem zal snel overgaan op turbo-generatoren in plaats van stoommachines.

De electriciteitscentrale van Izegem bestond oorspronkelijk uit twee stoommachines en twee dynamo's die 40kW konden leveren. Men voegde er loodbatterijen bij (455Ah) om de energie op te slaan als de generatoren niet werkten. Het werken met gelijkstroom leek toen vanzelfsprekend: men kon er direct batterijen mee laden, de motoren draaiden beter op gelijkstroom, en voor de verlichting maakte het niet uit. De eerste gelijkrichters zouden pas 30 jaar later ontstaan en die waren toen te zwak om batterijen op te laden. De omwentelingssnelheid van de machines kon binnen bepaalde grenzen variŽren, want gelijkstroom heeft geen frekwentie. De dynamo leverde 180A, wat relatief dikke wikkelingen vraagt.

Meer informatie over dynamo's.

Stoommachine + alternator

Alle generatoren produceren wisselspanning (zowel dynamo's als alternatoren). Het is het wisselen van het magnetisch veld dat stroom produceert. Een dynamo heeft borstels die als schakelaars werken en de stroom van de rotor aftappen op het juiste ogenblik. Men bekomt dus pulserende gelijkspanning. De dynamo werkt trouwens als motor als men een spanning aanlegt.

Bij een dynamo wordt de stroom opgewekt door een draaiende rotor in een vast magnetisch veld. De volledige stroom wordt afgetapt van de rotor door middel van borstels. Bij een alternator wordt de stroom opgewekt in de stator door een draaiend magnetisch veld. Er moet dus minder stroom naar het anker lopen, en daarbij kan de commutator vervallen (men gebruikt sleepringen die minder verslijten).

In het interbellum is men langzamerhand overgeschakeld op wisselspanning, maar de Izegemse dynamo bleef in gebruik om stroom te leveren aan de stadskern. De dynamo levert ook de bekrachtigingsstroom voor de alternator.

Het nadeel van gelijkstroom is dat men de spanning niet kan transformeren. Meer vermogen betekent noodzakelijkerwijze dikkere wikkelingen, zwaardere koolborstels om de stroom van de rotor af te nemen en meer verliezen in de leidingen. De buitenwijken van de stand worden daarom met wisselspanning gevoed.

De alternator levert 600kVA bij een spanning van 10kV. Deze spanning van 10kV zal een de-facto standaard worden voor alternatoren. Voor electriciteitstransport naar andere steden zal men de spanning echter nog verhogen door middel van een transfo.

Een stoommachine draait relatief traag (ongeveer 100 omwentelingen/minuut). De alternator moet daarom talrijke wikkelingen hebben om aan de benodigde frekwentie te komen (30 poolparen bij een netfrekwentie van 50Hz en een 100 toeren per minuut). De wikkelingen die voor het magnetisch veld zorgen zijn op het vliegwiel gemonteerd en de stator is rond het vliegwiel gebouwd. Het wisselend magnetisch veld produceert een spanning in de stator. Toen al werd er een driefasige schakeling in de stator gebruikt (levert een beter rendement).

Turbine + alternator
(turbo-generator)

Later is men overgestapt van de stoommachine (met een lage omwentelingssnelheid) naar turbines. Turbines hebben een hoger rendement als ze op een welbepaalde rotatiesnelheid draaien, en alternatoren moeten noodgedwongen op een vast toerental draaien. Turbines zijn gemakkelijker aan te passen aan de hogere stoomdruk door meer trappen te gebruiken, waardoor het rendement stijgt. De alternatoren die tot nu toe kort en hoog waren (met een gemiddelde omtrek van 10 meter) worden nu langer en minder dik.

De bekrachtiging met externe generator (op dezelfde as gemonteerd) wordt gemeengoed. De alternator kan bekrachtigd worden zonder borstels en collector zodat er minder storingen kunnen ontstaan. De generator voor de bekrachtiging is omgekeerd gebouwd, met de stator als veldwikkeling en de rotor die stroom levert aan de hoofdalternator. Aangezien de bekrachtiging met gelijkspanning moet gebeuren is er een diodebrug gemonteerd op de as tussen de generator en de alternator.

Lenoir motor

Bepaalde electriciteitscentrales hebben een Lenoir-motor gebruikt in plaats van een stoommachine. De Lenoir-motor draait op stadsgas (gas afkomstig van cokesfabrieken, hoogovens en andere industrieele processen). Het rendement van een dergelijke motor ligt merkbaar hoger dan die van een stoommachine, maar toch ging men later over op de klassieke systemen (stoomketel en turbine) die meer betrouwbaar waren. Bij een storing of bij lekken (en die waren vrij frekwent) komt er giftige koolstofmonoxyde vrij. Lenoir-motoren werden vaak gebruikt op plaatsen met een overschot aan brandbaar gas zoals hoogovens en cokesfabrieken. Meer informatie over electriciteitscentrales gekoppeld aan hoogovens.

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