Wat is een dynamomachine. De eerste DC-generatoren

De dynamo's in de vorige eeuw begonnen gelijkstroomgeneratoren te worden genoemd, de eerste industriële generatoren die later werden vervangen door wisselstroomgeneratoren die geschikt waren voor conversie door transformatoren en uiterst handig voor langeafstandstransmissie met weinig verlies.

Tegenwoordig betekent het woord "dynamo" in de regel kleine fietsgeneratoren (voor koplampen) of handgeneratoren (voor toeristische zaklampen). Wat industriële generatoren betreft, vandaag is dit alles wisselstroomgeneratoren. Laten we ons echter herinneren hoe de eerste dynamo's zich ontwikkelden en verbeterden.

Het eerste model van een gelijkstroomgenerator of unipolaire dynamo werd in 1832 voorgesteld door Michael Faraday, toen hij alleen het fenomeen van elektromagnetische inductie ontdekte. Het was de zogenaamde "Faraday-schijf" - de eenvoudigste DC-generator. Een hoefijzervormige magneet diende als stator erin, en een handmatig geroteerde koperen schijf diende als een rotor, waarvan de as en de rand in contact waren met de collectorborstels.

Toen de schijf werd geroteerd, in het deel van de schijf dat de magnetische flux tussen de polen van de statormagneet kruiste, werd een EMF geïnduceerd, die, als het circuit tussen de borstels tot een belasting werd kortgesloten, leidde tot het verschijnen van een radiale stroom in de schijf. Soortgelijke unipolaire generatoren worden nog steeds gebruikt waar grote directe stromen zonder rectificatie vereist zijn.

De Fransman Ippolit Pixie bouwde eerst de alternator, het gebeurde in dezelfde 1832. De stator van de dynamomachine bevatte een paar in serie geschakelde spoelen, de rotor was een hoefijzervormige permanente magneet, bovendien had het ontwerp een borstelcommutator.

De magneet draaide, kruiste de kern van de spoelen met een magnetische flux, induceerde een harmonische emf in hen. En de automatische schakelaar werd gebruikt om te corrigeren en een constante pulserende stroom in de belasting te verkrijgen.

Later, in 1842, zal Jacobi voorstellen om magneten op de stator te plaatsen en de wikkeling op de rotor, die ook door de versnellingsbak zou roteren. Dit maakt de generator compacter.

In 1856, om Frederick Holmes seriële booglampen te leveren (deze lampen werden gebruikt in schijnwerpers van de vuurtoren), stelde Frederick Holmes zelf een generatorontwerp voor vergelijkbaar met de Jacobi-generator, maar aangevuld met een Watt-centrifugaalregelaar om de lampspanning constant te houden bij verschillende belastingsstromen, wat werd bereikt door de borstels automatisch te verschuiven.

De stator bevatte 50 magneten en het ontwerp woog in het algemeen 4 ton en ontwikkelde een vermogen van iets meer dan 7 kW. Ongeveer 100 van dergelijke generatoren werden geproduceerd onder de merknaam Alliance.

Ondertussen verschilden machines met permanente magneten in één belangrijk nadeel - de magneten verloren hun magnetisatie in de loop van de tijd en verslechterden door trillingen, waardoor de spanning die door de machine werd gegenereerd met de tijd lager en lager werd. In dit geval kon de magnetisatie niet worden geregeld om de spanning te stabiliseren.

Als oplossing kwam het idee van elektromagnetische excitatie. Het idee kwam bij de Engelse uitvinder Henry Wilde, die in 1864 patent had op een generator met een permanente magneetopwekker - de excitatiemagneet werd eenvoudig op de generatoras gemonteerd.

Later zal een echte revolutie in generatoren worden gemaakt door de Duitse ingenieur Werner Siemens, die het ware dynamo-elektrische principe zal ontdekken en de productie van nieuwe DC-generatoren op gang zal brengen.

Het principe van zelfexcitatie is om de resterende magnetisatie van de rotorkern te gebruiken voor het starten van excitatie en vervolgens, wanneer de generator wordt aangeslagen, de belastingsstroom te gebruiken als de magnetiseringsstroom, of een speciale excitatiewikkeling in te schakelen die wordt gevoed door de gegenereerde stroom parallel aan de belasting. Als gevolg hiervan zal positieve feedback de magnetische flux van de excitatie die door de stroom wordt gegenereerd vergroten.

Een van de eerste, het principe van zelfexcitatie, of dynamo-elektrisch principe, noteerde de ingenieur uit Denemarken Soren Hiort. Hij zal in zijn patent uit 1854 de mogelijkheid vermelden om restmagnetisatie te gebruiken om het fenomeen van elektromagnetische inductie te implementeren om generatie te verkrijgen, maar uit angst dat de resterende magnetische flux niet voldoende zal zijn, zal Hiort voorstellen het dynamo-ontwerp aan te vullen met permanente magneten. Deze generator zal nooit worden geïmplementeerd.

Later, in 1856, zal Anies Jedlik, een lid van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, een soortgelijk idee uitdrukken, maar zal niets patenteren. Slechts 10 jaar later realiseert Samuel Varley, een student van Faraday, in de praktijk het principe van zelf opgewonden dynamo. Zijn patentaanvraag (in 1866) bevatte een beschrijving van een apparaat dat erg leek op de Jacobi-generator, alleen permanente magneten waren al vervangen door een excitatiewikkeling - excitatie-elektromagneten. Voor aanvang werden de kernen gemagnetiseerd door gelijkstroom.

Begin 1867 rapporteerde uitvinder Werner Siemens aan de Berlin Academy of Sciences. Hij presenteerde het publiek een generator vergelijkbaar met de Varley-generator, de "dynamo" genoemd. De machine werd gestart in motormodus zodat de veldwikkelingen werden gemagnetiseerd. Toen veranderde de auto in een generator.

Het was een echte revolutie in het begrip en het ontwerp van elektrische machines. In Duitsland begon de grootschalige productie van Siemens-dynamo's - zelf opgewonden DC-generatoren - de eerste industriële dynamo's.

Het ontwerp van dynamo's is in de loop van de tijd veranderd: Theophilus Gramm, in hetzelfde jaar 1867, stelde een ringanker voor, en in 1872 zou de hoofdontwerper van Siemens-Halske, Gefner Altenek, trommelwikkeling voorstellen.

DC-generatoren zullen dus hun definitieve vorm aannemen. In de 19e eeuw, met de overgang naar wisselstroom, zullen waterkrachtcentrales en thermische krachtcentrales wisselstroom gaan genereren op wisselstroomgeneratoren. Maar dit is een heel ander verhaal ...

Zie ook over dit onderwerp:

De belangrijkste soorten elektrische generatoren en hun kenmerken