Bijzondere electrische machines.
Inleiding
Er zijn ook nog een aantal bijzondere electrische machines welke niet makkelijk in te delen zijn in de standaard catagoriën die in dit dokument gebruikt zijn.
Deze "exoten" zijn zeker de moeite waard om te bekijken en krijgen dan ook een plaats op deze pagina :
Aggregaten
Indien er twee (of meer) machines samenwerken en onderling via hun rotor-assen verbonden zijn spreken we in de sterkstroomtechniek over een Aggregaat.
Het meest tot de verbeelding spreekt hier bij natuurlijk de kleine wisselspannings benzinemotor-aggregaat die op de camping gebruikt kan worden, maar er bestaan ook andere aggregaten.
Motor-Generator aggregaten
Onder de Motor-Generator aggregaten worden een aantal Omvormers gerekend welke een bepaalde vorm van electrische energie omzetten in een andere vorm. Zij bestaan altijd uit een electrische motor welke direct met zijn rotoras verbonden is met een electrische generator.
- Van gelijkstroom naar wisselstroom
- Een gelijkstroom motor wordt gekoppeld aan een (drie-fase)wisselstroom dynamo.
De gelijkspanning wordt op de motor gezet, en de wisselspanning kan van de generator worden afgenomen.
- Van wisselstroom naar gelijkstroom
- Een (drie-fase)wisselstroommotor wordt gekoppeld aan een gelijkstroom dynamo.
De wisselspanning wordt op de motor aangesloten, en de gelijkspanning kan van de dynamo worden afgenomen.
- Van wisselstroom naar wisselstroom
- Een motor-generator aggregaat waarbij wisselstroom met een andere frequentie en/of spanning gemaakt kan worden
De Dynamotor.
De Eénanker-omvormer.
Bij de behandeling van de Motor-generator omvormers is gezien hoe wisselspanning in gelijkspanning en gelijkspanning in wisselspanning kon worden omgevormd. Hier voor zijn twee (een motor en een generator) electrische machines nodig.
Een handige oplossing om hetzelfde effect te bereiken met slechts één electrische machine is de z.g.n. éénanker-omvormer.
Een eenanker-omvormer is opgebouwd als een gelijkstroom dynamo, waar bij de bekrachtigings wikkelingen op de stator zijn aangebracht. De rotor wikkelingen zijn in drie groepen opgedeeld, en zijn aan één zijde van de rotor aangesloten op commutator lamellen. Aan de andere zijde van de rotor zijn deze zelfde ankerwikkelingen verbonden met drie afzonderlijke sleepringen.
De stator wikkelingen worden gewoon met een gelijkspanning bekrachtigd. Als men nu aan de commutatorzijde een gelijkspanning aanvoert, zal de machine als een gelijkstroom motor gaan ronddraaien.
Door dat de motor niet mechanisch belast wordt zal er geen ankerreactie ontstaan, en blijft de statorflux in lijn met de poolas-lijn. Doordat de rotor in dit magnetisch veld draait werkt het ook als wisselstroom
dynamo en kan er op de sleepringen drie-fase wisselspanning worden afgenomen.
Omgekeerd, als we een wisselspanning op de sleepringen aanvoeren gaat de rotor als een synchrone wisselstroommotor draaien, en kan aan de commutatorzijde gelijkspanning worden afgenomen.
Opmerking:
Tegenwoordig wordt wisselspanning met siliciumdyode's naar gelijkspanning gelijkgericht, en kan met electronische "chopper" schakelingen ook wisselspanning uit gelijkspanning gemaakt worden.
De Rotary-Phase-Converter. (RPC)
In het gaval dat er een drie-fase (Asynchrone) motor moet worden aangedreven, en men alleen een een-fase lichtnet aansluiting heeft kan een oplossing met een RPC gebruikt worden.
De werking is gebaseerd op het feit dat je een drie-fase motor ook kan aandrijven door maar twee v/d drie fases te gebruiken. De motor komt nu niet uit zichzelf op gang maar kan, nadat hij een zetje heeft gekregen, wel (onbelast) blijven ronddraaien. Als deze motor draait zal er ook op de niet aangesloten derde fase-aansluiting een wisselspanning opgewekt worden. Op deze manier heb je van een-fase electriciteit, drie-fase electriciteit (draaistroom) gemaakt.
Het Ward-Leonard aggregaat
Deze schakeling wordt gebruikt in situaties waarbij een gelijkstroom motor met een groot dynamisch bereik in snelheid en richting gebruikt moet kunnen worden. Denk hier bij aan een hijskraan, of een metaal wals machine.
Het Ward-Leonard aggregaat.
Een Ward-Leonard aggregaat bestaat uit vier electrische machines die allen (behalve de gelijkstroom motor) met hun rotorassen met elkaar verbonden zijn.
De machines zijn : een drie-fase inductiemotor, een kleine (compound) generator, een grote gelijkstroom generator met afzonderlijke bekrachtiging en een grote gelijkstroom motor met afzonderlijke bekrachtiging.
De inductie motor drijft de twee generatoren aan, en houdt deze op een constante snelheid draaiend.
De kleine generator wekt een constante gelijkspanning op, welke gebruikt wordt voor bekrachtiging van de veldwikkelingen van de grote generator en de grote gelijkstroom motor.
De door de grote dynamo opgewekte gelijkspanning wordt direct als voedingsspanning aan de grote gelijkstroom motor aangevoerd.
Door het regelen van de bekrachtiginsstroom van de grote generator kan nu de richting en snelheid van de motor in een groot bereik bestuurd worden.
Bijzondere generatoren.
De Amplidyne
De Amplidyne is een soort bijzondere gelijksspannings generator, en had dus eigenlijk ook wel onder
die catagorie ondergebracht kunnen worden.
Ik heb er voor gekozen dit hier te doen.
De Aplidyne wordt gebruikt in situaties waarbij grote gelijkstroom vermogens snel geregeld moeten kunnen worden.
Een Amplidyne is een gelijkstroom electrische machine waarbij de onafhankelijke veldwikkelingen
op de Stator aangebracht zijn. De Rotor is uitgerust met een twee-polig anker die met commutator lamellen zijn verbonden.
Op de commutator zijn twee paren koolborstels aangebracht die 90 graden ten opzichte van elkaar zijn opgesteld. Er is één paar koolborstels, A en B die het (grote) gelijkstroomvermogen afleveren, en een ander paar koolborstels, a' en b' die extern met elkaar kortgesloten zijn.
De Amplidyne wordt op een constant toerental aangedreven door een afzonderlijke electrische motor.
Verder kan de Amplidyne ook op dezelfde as gemonteerd zijn als van de electriche machine wiens bekrachtiging we met de Amplidyne willen regelen.
Werking Amplidyne
Als we op de onafhankelijke bekrachtigings wikkeling (= stuurwikkeling) een kleine spanning zetten zal dit in de Amplidyne een kleine magnetische flux veroorzaken. Deze flux zal op de uitgaande aansluiting geen spanning induceren, omdat de koolborstels A en B precies loodrecht op de neutrale lijn ten opzichte van deze flux staan opgesteld.
Tussen de andere twee koolborstels, a' en b' wordt er juist wel een spanning opgewekt, doordat deze koolborstels juist op de neutrale lijn van de stuurflux opgesteld staan.
Doordat het koolborstelpaar a' en b' zijn kortgesloten zal de spanning een grote (kortsluit) stroom door het anker laten lopen. Deze stroom induceerd een grote magnetische ankerdwarsflux loodrecht op de stuurflux.
Op de borstels A en B die juist voor de richting van de dwarsflux goed zijn opgesteld zal nu een (veel grotere dan de stuurspanning) spanning worden opgewekt.
De Amplidyne is dus eigenlijk een soort versterker die de (=stuur) stroom door de onafhankelijke bekrachtigings wikkeling vele malen versterkt aan de uitgangspolen A en B doorgeeft.
Er kunnen ook meerdere onafhankelijke stuurwikkelingen gebruikt worden waardoor de Amplidyne op meerdere externe voorwaarde kan regelen.
De versterking (= de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het stuurvermogen) is bij een Amplidyne tussen de 500 tot wel 10.000 maal. De omschakelsnelheid is klein tot 0,05 seconde.
Een voorbeeld van de toepassing van een Amplidyne zie je bij de
spanningsregeling van een grote turbo-generator in een electriciteitscentrale.
De Krämer generator
Bijzondere drie-fase motoren
Driefase-inductie-motor in Steinmetz-schakeling.
Het is mogelijk om een drie-fase draaistroom motor te laten werken op een één-fase voedingsspanning. Dit kan handig zijn in (thuis) situaties waarbij drie-fase draaistroom niet beschikbaar is.
Bij de behandeling van de
één-fase inductie motoren hebben we gezien dat deze een hulppool nodig hebben om op gang te kunnen komen.
Als we van een drie-fase motor nu één (of twee (in driehoek schakeling)) van de drie gescheiden statorwikkelingen voeden met een spanning die in fase voor, of achter loopt op de voedingsspanning werkt deze als een soort gesimuleerde hulppool en kan de motor op snelheid komen.
In de Steinmetz schakeling wordt deze faseverschuiving door toepassing van een condensator gerealiseerd.
Als de motor eenmaal op snelheid is kan de hulppool (het circuit met de condensator) eventueel afgeschakeld worden.
Draaistroom-Commutatormotoren
Schrage-Richter motor
De Gesynchroniseerde asynchrone motor
Bijzondere één-fase motoren
De één-fase seriemotor.
De één-fase serie motor is een motor die op enkelfase wisselspanning kan lopen. Hier door wordt hij veel in huishoud situaties gebruikt. o.a. Mixer, Boormachine, Grasmaaier.
De constructie van de motor is helemaal gelijk als die van een
gelijkstroom-serie-motor, dus een rotor met commutator lamellen en koolborstels.
Dat deze motor op wisselspanning kan draaien komt door dat bij wisselen van de spanning, tegelijk ook de polariteit van de bekrachtigings wikkeling omdraait.
Daarom kan de veldbekrachtiging hier niet met permanente magneten uitgevoerd worden.
Opmerking:
De verassing en verwarring die mij overviel toen ik tijdens een reparatie ontdekte dat een motor die helemaal als gelijkstroom motor is gebouwd voor wisselspanning bedoeld was, was voor mij de aanleiding om nog eens in de theorie van de electriche machines te duiken, en deze webpagina's te maken.
De Repulsiemotor