Bouw van een gelijkstroomgenerator

Definitie van DC-generator

Een DC-generator wordt gedefinieerd als een elektrisch apparaat dat mechanische energie omzet in gelijkstroom (DC) elektriciteit. Het werkt volgens het principe van elektromagnetische inductie, wanneer een geleider door een magnetisch veld beweegt, creëert dit een potentiaalverschil in de geleider, die, indien verbonden met een gesloten circuit, een stroom veroorzaakt.

Opbouw van DC-generator

Yoke

Het yoke is meestal gemaakt van gegoten ijzer of gegoten staal, afhankelijk van de grootte en het gewicht van de generator.

Gebruik van yoke

Het houdt de magnetische polen van de generator op hun plaats en dient als een beschermende afdekking voor de machine.

Het draagt het magnetische flux dat wordt geproduceerd door het veldspoel.

Magnetische polen en veldspoelen

De magnetische polen en veldspoelen zijn de statische componenten van een DC-generator die het hoofdmagnetisch veld in de machine genereren. Ze worden bevestigd aan de binnen- en buitenkant van het yoke.

De verticale staaf is gemaakt van gelamineerd staal of massief gegoten ijzer of staal. Laminatie vermindert slingerstroomverliezen in de magnetische polen. De polen zijn uitstekend, wat betekent dat ze naar binnen uitsteken vanuit het yoke.

Armature

De armature wordt gedefinieerd als het roterende deel van een DC-generator dat de armatuurwinding draagt, waarin de elektromotorische kracht wordt geïnduceerd door het magnetisch veld. Het is gemonteerd op een as die tussen de polen roteert.

Het armature-kern is gemaakt van gelamineerd staal met groeven op de buitenkant. Deze groeven worden gebruikt om de armatuurgeleiders te isoleren van elkaar en van de kern. Laminatie vermindert slingerstroomverliezen in de kern.

De armatuurwinding wordt gevormd door verschillende koperdraad- of bandspoelen in een specifiek patroon met elkaar te verbinden. Er zijn twee soorten armatuurwinding: lapwinding en golfvormige winding.

Lapwinding: Bij deze soort winding wordt elk spoeleinde verbonden met een aangrenzend commutatorsegment en een ander spoeleinde aan dezelfde kant van de armature.

Golfvormige winding: Bij deze soort winding wordt elk spoeleinde verbonden met een commutatorsegment dat één poolafstand verwijderd is van het commutatorsegment en verbonden met een ander spoeleinde aan de andere kant van de armature.

Commutator

Een commutator is een mechanisch apparaat dat de geïnduceerde AC-elektromotorische kracht in de armatuurwinding omzet in de gelijkspanning aan beide einden van de belastingsterminal. Het fungeert als een rectifier voor gelijkstroomopwekking.

De commutator bestaat uit wigvormige segmenten van hardgetrokken of valgesmeed koper die geïsoleerd zijn van elkaar en van de as door mica platen. Elk segment is verbonden met de armatuurgeleider via een riser of connector.

De commutatorsegmenten zijn in cilindrische vorm gerangschikt op de as en roteren met de as. Het aantal segmenten hangt af van het aantal spoelen in de armatuurwinding.

Elektrische borstel

Borstels zijn gemaakt van kool- of grafietblokken die stroom verzamelen van het commutatorsegment en deze overbrengen naar een extern circuit. Ze zorgen ook voor elektrisch contact tussen de statische en roterende delen van de generator.

Borstels zijn gehuisvest in rechthoekige dozen, bekend als borstelhouders, die aan een yoke of lagerbeugel zijn bevestigd. De borstelhouder heeft een veer die ervoor zorgt dat de borstel met de juiste druk tegen de commutator wordt gedrukt. De borstel moet worden geplaatst op de commutator waar de geïnduceerde elektromotorische kracht in de armatuurgeleider haar richting verandert. Deze locaties worden neutrale zones of geometrische neutrale assen (GNA) genoemd.

Lager

Lagers worden gebruikt om de roterende as van de generator te ondersteunen en de wrijving tussen de as en de statische componenten te verminderen. Ze laten de as ook soepel en gelijkmatig roteren.

Voor kleine generatoren worden kogellagers gebruikt omdat ze weinig wrijving hebben en efficiënt zijn. Voor grote generatoren worden rollagers gebruikt omdat ze zware belastingen en schokken kunnen weerstaan.

Lagers moeten goed gesmeerd worden om een soepele werking en een lange levensduur van de generator te garanderen. Smering kan plaatsvinden via olie ringen, oliebaden, vetbekers of geforceerde smeringsystemen.

Werkprincipe

Wanneer de armature in een magnetisch veld roteert, induceert het een elektromotorische kracht in de geleider volgens Faradays wet van elektromagnetische inductie.

Type DC-generator

Individueel opgewekte DC-generator: Bij dit type wordt de opwekkingsbobijn opgewekt door een onafhankelijke externe gelijkstroombron, zoals een accu of andere DC-generator.

Zelf-opgewekte DC-generator: Bij dit type wordt de opwekkingsbobijn opgewekt door zijn eigen gegenereerde spanning na initiële magnetisatie door restmagnetisme. Er zijn drie subtypes: serie-winding, splitswinding en samengestelde winding.

Permanent magneet DC-generator: Bij dit type is er geen magnetisch veldspiraal, maar een permanent magneet die een constante magnetische flux biedt.

Toepassingen

• Opladen van accu's voor auto's, omvormers en zonnepanelen.

• Voeding van tractiemotoren voor elektrische auto's, treinen en kraanwagens.

• Voeding voor booglasapparaten, elektrolyse-apparatuur en elektrolyseprocessen.

• Verstrekken van stroom aan afgelegen gebieden waar wisselstroomoverdracht niet haalbaar of economisch is.

• Voeding van AC-machines en -circuits voor testdoeleinden.

Conclusie

Een DC-generator is een belangrijk apparaat voor het omzetten van mechanische energie in elektrische energie door middel van elektromagnetische inductie. Het heeft verschillende componenten, zoals een yoke, polen, veldspoelen, armature, commutator, borstel en lager, die samenwerken om gelijkstroom te produceren. DC-generators kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van hun opwekkingmethode. DC-generators hebben een verscheidenheid aan toepassingen in verschillende sectoren, zoals accu-opladen, tractie, lassen, elektrolyse en afgelegen stroomvoorziening.