Wat zijn de belangrijkste verschillen tussen AC- en DC-generatoren?
Belangrijkste verschillen tussen AC- en DC-generatoren
Een elektrisch apparaat is een toestel dat mechanische energie omzet in elektrische energie en vice versa. Een generator is een type dergelijk apparaat dat mechanische energie omzet in elektrische energie. De gegenereerde elektrische energie kan echter in de vorm van wisselstroom (AC) of gelijkstroom (DC) zijn. Het primaire verschil tussen AC- en DC-generatoren is dus dat ze respectievelijk wisselstroom en gelijkstroom genereren. Hoewel er enkele overeenkomsten tussen de twee bestaan, zijn er ook een aantal verschillen.
Voordat we de lijst met verschillen bespreken, gaan we eerst uitleggen hoe de generator elektriciteit genereert & hoe AC & DC wordt gegenereerd.
Elektriciteitsproductie
Elektriciteit wordt geproduceerd op basis van Faradays Wet van Elektromagnetische Inductie, die stelt dat er een elektrische stroom of elektromotieve kracht (EMK) in een geleider wordt geïnduceerd wanneer deze in een veranderend magnetisch veld wordt geplaatst. Zowel AC- als DC-generatoren werken op ditzelfde principe om elektrische stroom te genereren.
Er zijn twee methoden om het magnetisch veld dat op de geleiders werkt te variëren: ofwel het magnetisch veld rond een stationaire geleider laten roteren, of de geleider binnen een stationair magnetisch veld laten draaien. In beide scenario's veranderen de magnetische veldlijnen die interactie hebben met de geleider, waardoor er een elektrische stroom in de geleider wordt geïnduceerd.
Een alternaator maakt gebruik van het concept van een roterend magnetisch veld rond een stationaire geleider, hoewel dit in dit artikel niet zal worden besproken.
AC-generator: Slipringen en Alternaatoren
Aangezien slipringen continue geleidende ringen zijn, zenden ze de in de armatuur gegenereerde wisselstroom onveranderd door. Aangezien de borstels continu over deze ringen glijden, is er weinig risico op kortsluiting of vonken tussen de componenten. Dit resulteert in een langere levensduur voor de borstels in AC-generatoren vergeleken met DC-generatoren.
Een alternaator is een ander type generator die alleen wisselstroom produceert, met een stationaire armatuur en een roterend magnetisch veld. Omdat de elektrische stroom in het stationaire deel wordt gegenereerd, is het eenvoudiger en directer om deze naar het externe stationaire circuit te transporteren. In dergelijke ontwerpen ervaren de borstels minimale slijtage, wat de duurzaamheid verder verhoogt.
DC-generator
Een DC-generator is een toestel dat mechanische energie omzet in gelijkstroom (DC) elektrische energie, ook wel bekend als een dynamo. Het produceert pulserende gelijkstroom, waarbij de stroomsterkte kan variëren, maar de richting constant blijft.
De in de roterende armatuur geleiders geïnduceerde stroom is inherent wisselstroom. Om deze om te zetten in gelijkstroom wordt een gespleten ringcommutator gebruikt. De commutator zorgt niet alleen voor het overbrengen van de stroom van de roterende armatuur naar het stationaire circuit, maar zorgt er ook voor dat de richting van de geleverde stroom consistent blijft.
Gespleten ringcommutator in DC-generatoren
De gespleten ringcommutator bestaat uit een enkele ringvormige geleider die in twee helften is verdeeld, met een isolerende kloof ertussen. Elke helft van de gespleten ring is verbonden met een aparte terminal van de armatuurwinding, terwijl twee stationaire koolborstels glijdend contact maken met de roterende commutator om stroom aan het externe circuit te leveren.
Terwijl de armatuur roteert en de geïnduceerde wisselstroom elke halve cyclus van richting verandert, zorgt de gespleten ringcommutator ervoor dat de stroom die aan het circuit wordt geleverd, een constante richting behoudt:
De kloof tussen de commutatorsegmenten brengt echter twee belangrijke uitdagingen met zich mee:
Deze factoren maken regelmatige onderhoudsbeurten en vervanging van borstels in DC-generatoren nodig, in vergelijking met AC-generatoren met slipringen.
