Werking generator
de werking van een generator
Generator
Root server » TechTalk » Electriciteit » Generatoren » Werking alternator
Dit is de algemene informatiepagina over de werking van een alternator.
-

-

Universele generator

Monofasig of driefasig?

Vanaf een vermogen van een paar kW zal je geen monofasige generatoren meer aantreffen. Monofasige generatoren hebben een lager rendement en draaien minder soepel dan een driefasige generator. Een kenmerk van een driefasige generator is namelijk de constante vermogensafgifte: als het vermogen over een fase lager wordt, stijgt het vermogen op een andere fase (voor zover de belasting evenwichtig verdeeld is over de fasen).

Een generator van meer dan een paar kW heeft altijd drie stroomaansluitingen (iedere stroomaansluiting levert bijvoorbeeld 20A op 230V) en/of een triphasé aansluiting.

Enkelvoudige alternatoren

Bij een alternator wordt de stroom voor de gebruikers afgenomen van de vaste wikkelingen, de stroomwikkelingen op de stator. Dit heeft als voordeel dat de stroom niet overgebracht moet worden van de draaiende wikkelingen (door midel van sleepcontacten). De sleepcontacten (of koolborstels in geval van dynamo's) die een extreem hoge stroom te verwerken krijgen warmen op, verslijten en moeten regelmatig vervangen worden.

De veldwikkeling is de draaiende wikkeling (rotor). Je zal vaak de engelse benaming exciter (bekrachtiging) aantreffen. De veldwikkeling zorgt voor een draaiend magnetisch veld. De veldwikkeling heeft electriciteit nodig om een magnetisch veld op te bouwen. De nodige stroom wordt aangevoerd door twee sleepcontacten (meestal zijn dat twee kopersporen). Het geleverd vermogen is een veelvoud van het vermogen dat nodig is voor de bekrachtiging.

De alternator in een auto is een volwaardige generator. Een eigenschap is dat de wisselspanning in de alternator zelf wordt gelijkgericht door een diodebrug. Een kleine ventilator koelt de diodes en zorgt dat de alternator lang meegaat. De ingebouwde regelelectronica stelt de exciterstroom in en bepaalt zo de uitgangspanning. Zoals de meeste generatoren is dit ook een driefasige generator.

Een alternator zonder veldwikkeling is een magneto. Het magnetisch veld wordt opgewerkt door een magneet. Een magneto wordt enkel gebruikt voor lage vermogens (de fiets"dynamo" is in feite een magneto).

Enkelvoudige alternatoren worden bijna niet meer gebruikt. Vanaf een zeker vermogen worden ze vervangen door een tweetraps alternator die geen sleepringen meer nodig heeft.

Instelling van de exciterstroom

Het instellen van de exciterstroom (inleiding) wordt op deze pagina besproken, dan hebben we praktische voorbeelden.
  • De exciterstroom regelt de uitgangsspanning van de alternator bij eenvoudige installaties (eilandbedrijf).

  • Als de alternator aan het electriciteitsnet gekoppeld is, dan regelt de exciterstroom het blindvermogen van de generator (die moet minimaal zijn).

Gladde of uitspringende polen

De alternatoren die aan een snelheid van 1500 of 3000 toeren draaien hebben meestal een gladde rotor waarvan de polen niet uitsteken om de luchtwrijving te beperken. De alternatoren kunnen niet te groot worden (omtrek) vanwege de middelpuntvliegende krachten. Voor hoge vermogens kunnen de alternatoren daarom zeer lang worden. Om het inzakken van de rotor onder zijn eigen gewicht te vermijden moet de rotor regelmatig gedraaid worden (tornen).

Traagdraaiende alternatoren hebben uitspringende polen (tot meer dan 100 polenparen voor grote alternatoren die in waterkrachtcentrales gebruikt worden). De omwentelingssnelheid is omgekeerd evenredig kleiner net het aantal polen, bijvoorbeeld 60 omwentelingen/minuut voor een alternator met 50 polenparen.

Het aantal polenparen in de rotor moet overeenkomen met het aantal polenparen in de stator.

Wikkeling van de stator

Een alternator heeft verschoven statorspoelen of verdeelde wikkelingnen (enroulements répartis): een statorpool bestaat uit elementaire spoelen die in serie geschakeld zijn. De figuur toont een een plat gelegde stator, met de NZNZ-rechthoeken die de positie van de polen op de rotor aangeven. Dit wordt gedaan bij monofasige en driefasige alternatoren (figuur van een monofasige stator), maar ook bij de meeste motoren.

Het voordeel is dat de spanning een sinusvormig verloop heeft zelfs als het magnetisch veld langs de stator vervormd is.

Het magnetisch veld in de opeenvolgende spoelen bereikt niet gelijktijdig een maximum, waardoor de fase in de opeenvolgende spoelen ook verschoven is: de maximum amplitude wordt dus niet gelijktijdig bereikt. De totale emk (electro-motorische kracht) is lager dan indien alle spoelen op één pool zouden liggen, de waarde hangt af van het aantal spoelen per pool.

Ook driefasige motoren (synchroon of asynchroon) hebben verdeelde wikkelingen om een meer gelijkmatig koppel te hebben. Zie als voorbeeld de stator van een driefasige asynchrone motor. Je merkt dat er geen eenduidige pool is, maar een reeks verschoven spoelen. Het draaiveld verschuift zo soepeler van spoel naar spoel.



Alternatoren met permanente magneten leveren wisselspanning (rechts stator van een kleine alternator voor een privé windmolen), maar de spanning wordt direct gelijkgericht en naar een omvormer gestuurd. Door het gebruik in een windmolen is de spanning (en frekwentie) niet vast maar hangt af van de windkracht.

Omdat de vorm van de opgewekte spanning geen mooie sinus moet zijn gebruikt men geen verschoven statorpolen, maar één wikkeling per pool. De opgewekte spanning is daardoor wat hoger.

De stator heeft 8 polen, zodat de generator een voldoende hoge frekwentie voor de omvormer kan opwekken vanaf dat er wind is.

De opgewekte spanning is driefasig, zodat er geen koppelverschillen ontstaan (dat is één van de redenen waarom men triphasé gebruikt in grote motoren en alternatoren).

Extra links:

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

-