Hoofstuk 4 – G.s. generators

1. Hoofstuk 4 – G.s. generators • Die beginsel van werking van G.s. generators • G.s. vs. w.s. masjiene • Interne struktuur en kommutasie • Windings, spoele en wikkelings • Geïnduseerde spanning • Generator onder las: Die energieomsettingsproses • Ankerreaksie en kommutasiepole • Generatortopologieë en hul werkverrigting • Afsonderlik-gemagnetiseerde generator • Newesluitingsgenerator • Dubbelsluitingsgenerator • Konstruksie van g.s. generators • Praktiese aspekte van generator konstruksie Addisionele bronne: • Sen: Principles of Electric Machines and Power Electronics, Tweede uitgawe, 1996.

2. G.s. en w.s. Masjiene (4.1 – 4.3) • Daar is in beginsel nie ’n verskil tussen g.s. en w.s. masjiene nie. Beide funksioneer deur die teenwoordigheid van spoele in ’n magneetveld: • Spanning word opgewek in die geval van generatorwerking deur Faraday of Lorentz se wet deurdat die spoele dan meganies aangedryf word. • In die geval van motorwerking ontstaan ’n wringkrag deur Lorentz se wet a.g.v. strome wat in die spoele vloei omdat ’n spanning op die terminale aangelê word. • Die verskil tussen g.s. en w.s. masjiene lê in die wyse hoe die spoele na buite beskikbaar gemaak word.

3. G.s. en w.s. Masjiene (4.1 – 4.3) • Neem die volgende twee gevalle as voorbeeld:

4. G.s. generator konstruksie en werking (4.4) • Werklike g.s. generators lewer egter g.s. spannings met ’n klein riffel tot w.g.k. verhouding (wat ook impliseer dat die spanning nie daal na nul nie.) • Dit word verkry deur die konstruksie as volg uit te brei deur nog spoele by te voeg (in hierdie geval 4 spoele):

5. G.s. generator konstruksie en werking (4.4) • Verdere uitbreiding lewer selfs kleiner spanningsriffel. Hieronder word ’n konstruksie getoon met 12 spoele vir ’n twee pool masjien:

7. Windings, spoele en wikkelings (Sen: 4.2.3) • Die onderstaande figuur verduidelik die verskil tussen windings, spoele en wikkelings: • ’n Spoel bestaan uit verskeie windings in serie geskakel • ’n Wikkeling bestaan uit verskeie spoele in serie geskakel • In g.s. masjiene kom daar hoofsaaklik twee maniere voor hoe wikkelings gekonstrueer word • Luswikkeling • Golfwikkeling

8. Luswikkelings (Sen: 4.2.3) • Luswikkeling • Die naam kom daarvan dat die spoele byna ’n lus maak, daarom sal die een kant van ’n spoel byv. by kommutatorstuk 2 begin en by kommutatorstuk 3 eindig, met die volgende spoel tussen 3 en 4, ens. • Parallelle paaie ontstaan daarom tussen die borsels. Die hoeveelheid parallelle paaie is dan ook gelyk aan die hoeveelheid pole van die masjien en ook die hoeveelheid borsels.

9. Golfwikkelings (Sen: 4.2.3) • Golfwikkeling • Die naam kom daarvan dat die verbinding van die spoele ’n golf maak. Die een kant van die spoel begin dan ook by die een negatiewe potensiaal borsel en eindig by die ander negatiewe potensiaal borsel. • In die geval van die golfwikkeling is daar altyd 2 parallelle paaie

10. Geïnduseerde spanning (4.5 – 4.7) • Vanaf die vergelyking vir die e.m.k. wat in hoofstuk 2 afgelei is kan ons die volgende vergelyking aflei vir die spanning wat tussen die terminale van ’n winding geïnduseer word: • Vanaf hierdie vergelyking kan die volgende vergelyking vir die geïnduseerde spanning afgelei word: • Hierdie vergelyking verskil van die vergelyking in Wildi deurdag voorsiening gemaak word vir die aantal pole (p) en die aantal parallelle bane (a)

11. Generator onder las (4.8) • Wanneer ’n las verbind word aan ’n g.s. generator gaan daar stroom deur die geleiers vloei wat ’n wringkrag veroorsaak wat die wringkrag van die meganiese aandrywing teenwerk.

12. Ankerreaksie (4.9) • Die oomblik wanneer daar stroom begin vloei in die geleiers word daar ook vloed opgewek deur die ankergeleiers. Hierdie vloed vervorm die oorspronklike vloed en staan bekend as ankerreaksie. • Die ankerreaksie is afhanklik van die stroom wat gedra word deur die geleiers. • Een van die effekte is dat die borsels nie meer geplaas is in die neutrale sone nie en daarom vind vonking plaas gedurende kommutasie. • Vloedkonsentrasie in sekere dele veroorsaak versadiging wat ’n vermindering van die totale vloed teweegbring. Dit het weer ’n verlaging van die geïnduseerde spanning tot gevolg.

13. Posisionele verandering van die borsels en kommutasiepole (4.10 – 4.11) • Daar is twee maniere om die nadele van ankerreaksie te oorkom: • Die posisie van die borsels kan verander word, sodat die kommutasie weer plaasvind in die neutrale sone. Die neutrale sone verander egter saam met die stroom in die ankergeleiers. • Kommutasiepole: Hierdie pole dien om die ankerreaksie te kanselleer sodat die neutrale sones herstel kan word na die posisie voordat stroom begin vloei het. Dit kanselleer egter nie die effek in die omgewing van die pole nie.

14. Ekwivalente baan van g.s. generators (4.16) • Die g.s. generator kan deur die volgende stroombaan gemodelleer word: • E0 is die spanning wat onder nullas geïnduseer word en staan bekend as die ankerspanning • Dit word ook voorgestel deur Ea • R0 is die weerstand van die serie windings/spoele wat in parallel verbind is tussen die borsels en staan bekend as die ankerweerstand • Dit word ook voorgestel as Ra • Die veld wikkeling tussen F1 en F2 het ook weerstand Rf, al word dit nie aangetoon nie

15. Generator verbindings (4.12 – 4.22) • In g.s. generators word die vloed verskaf deur elektromagnete en permanente magnete. • Permanente magneet generators het die voordeel dat daar nie voorsiening gemaak hoef te word vir ’n veldwikkeling en ’n gepaardgaande bron nie. • Elektromagneet generators het die voordeel dat die vloed gevarieer kan word. • Alle permanente magneet generators is voorbeelde van afsonderlik-gemagnetiseerde generators • Elektromagneet generators kan verbind word as • Afsonderlik-gemagnetiseerde generators • Newesluitgenerators • Dubbelsluitingsgenerators

16. Afsonderlik-gemagnetiseerde generators (4.12 – 4.13) • Wanneer die veldstroom vir die generator verskaf word deur ’n onafhanklike bron word gesê dat die generator afsonderlik-gemagnetiseer is. • Twee belangrike kenkrommes bestaan vir die tipe generator • Veldvloed vs. magnetiseerstroom kenkromme • Die geïnduseerde spanning vs. magnetiseerstroom teen ’n konstante spoed kan hiervan afgelei word. • Geïnduseerde spanning vs. spoed kenkromme

17. Afsonderlik-gemagnetiseerde generators onder las (4.17) • Wanneer die tipe generator belas word neem die terminaalspanning geleidelik af met ’n toename in lasstroom • Twee redes kan hiervoor gevind word: • Spanningsval oor die ankerweerstand R0. • ’n Afname in die geïnduseerde spanning E0 as gevolg van vloedkonsentrasie wat weer veroorsaak word deur ankerreaksie.

18. Newesluitgenerator (4.14 – 4.15, 4.18) • ’n Newesluitgenerator is self-magnetiserend • Die spanning van ’n newesluitgenerator kan beheer word deur eksterne veldweerstand by te voeg • Die nullasspanning waar die generator gaan stabiliseer kan bepaal word as die geïnduseerde spanning v.s. magnetiseerstroom kenkromme bekend is.

19. Dubbelsluitgenerators (4.19 – 4.21) • Dubbelsluitgenerators bestaan uit twee veldwikkelinge, naamlik ’n newe- en ’n seriewikkeling. • Die byvoeging van die seriewikkeling is om die terminaalspanning vs. lasstroom te manipuleer vir verbeterde spanningsregulasie, ensomeer.