De dynamo Student booklet
De dynamo - INDEX - 2006-04-10-14:10 De dynamo In deze module wordt de dynamo behandeld. We beginnen met enkele vereenvoudigde afbeeldingen, om de stof gemakkelijker te begrijpen. Later vergelijken we deze afbeeldingen met een echte dynamo. Aan het begin van de cursus wordt uitgelegd dat een dynamo een eenvoudig apparaat is dat een magneet bij een draad beweegt om een constante stroom elektronen te creëren. Als dit effectief gebeurt, vormt de dynamo bovendien een goede elektriciteitsbron. Inhoud 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Inleiding Het principe van de dynamo Waarom hebben we een dynamo nodig? Verschillende soorten Rotor en commutator De statorwikkeling Vermogensdiodes Vermogensdiodes II De regelaar Magnetiseringsstroomkring van de dynamo Oefening: diodegelijkrichter Oefening: spanningsregelaar Oefening: aanwijzen en meten Oefening: rotormetingen Oefening: stator meten en dynamo in elkaar zetten Samenvatting Test 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 - INDEX -
De dynamo - BasElaltern01a.swf - 2006-04-10-14:08 Inleiding Elektriciteit heeft een geleider nodig om te kunnen stromen. Er moet ook iets zijn om de elektriciteit van het ene naar het andere punt te laten stromen door de geleider. Een dynamo is een voorbeeld van een apparaat dat de elektriciteit kan laten stromen. Een dynamo gebruikt een magneet om de elektronen te laten bewegen. Er is een onbetwistbare relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Als elektronen door een draad bewegen, vormen ze een magnetisch veld rondom die draad. Op dezelfde manier gaan elektronen bewegen in een draad wanneer er een magneet bij wordt bewogen. 1
De dynamo - BasElaltern01b.swf - 2006-04-10-14:08 Het principe van de dynamo Een dynamo is een eenvoudig apparaat dat een magneet bij een draad beweegt om een constante stroom elektronen te creëren. Als u één draad toevoegt, kunt u het effect verdubbelen. Het effect van de dynamo wordt nog groter wanneer u de magneet krachtiger maakt. Dit kan heel eenvoudig door de permanente magneet te vervangen door een elektromagneet. Als u de draden ten slotte om een ijzeren spoel wikkelt (statorwikkeling), heeft u een prima elektriciteitsbron. In elke wikkeling wordt een wisselspanning opgewekt (wanneer de rotor met de magnetische velden draait) en er stroomt een elektrische wisselstroom, die we fasestroom noemen. We komen hier later nog op terug als we het hebben over de verschillende onderdelen van een dynamo. 2
De dynamo - ei214.dcr - 2006-04-10-14:08 Waarom hebben we een dynamo nodig? De accu's hebben slechts een beperkte capaciteit om elektrische stroom te leveren. Bovendien raken ze leeg als ze gedurende een bepaalde tijd elektrische stroom moeten leveren. Daarom wordt een dynamo gebruikt om alle elektrische stroom te leveren voor de elektrische onderdelen, inclusief de accu's. 3
De dynamo - ei215.dcr - 2006-04-10-14:08 Verschillende soorten De dynamo wordt gewoonlijk vanuit de motor aangedreven door een riem. Er zijn twee soorten dynamo's die meestal in trucks en bussen worden gebruikt: met en zonder borstels. Bij dynamo's met borstels wordt bij een draaiende rotor door het gecreëerde magnetische veld spanning opgewekt in de statorwikkelingen via de borstels. Bij dynamo's zonder borstels wordt de magnetische wikkeling op een vaste binnenpool bevestigd die door de rotorpolen wordt geleid om spanning in de stator op te wekken. De belangrijkste onderdelen van een dynamo met borstels: Rotor: creëert een magnetisch veld wanneer de rotor draait. Sleepringen en borstels: leveren elektrische stroom aan de bekrachtigingswikkeling van de rotor Statorwikkeling: staat stil. Wanneer de rotor draait, wordt er spanning opgewekt in de statorwikkeling. Diodes: zetten de wisselstroom (AC) om in gelijkstroom (DC), die nodig is voor het elektrische systeem. Regelaar: voor spanningsregeling, zodat de uitgangsspanning hetzelfde blijft, ongeacht variaties in belasting en toerental. 4
De dynamo - ei216.dcr - 2006-04-10-14:08 De rotor De rotor bestaat uit twee gedeelten met getande polen, een bekrachtigingswikkeling en twee sleepringen. De bekrachtigingswikkeling is aangesloten op de twee sleepringen. Elke helft met getande polen bestaat gewoonlijk uit 6 of 7 tanden, in totaal dus 12 of 14 polen (6 of 7 noordpolen en 6 of 7 zuidpolen). Tussen de polen bestaat een magnetisch veld. De commutator De sleepringen en borstels voorzien de bekrachtigingswikkeling van de dynamo van elektrische stroom. Deze elektrische stroom versterkt de magnetische velden in de rotor en maakt het mogelijk om de opgewekte spanning in de statorwikkeling te vergroten. Nadat het voertuig heeft stilgestaan, wordt de benodigde elektrische stroom opgebouwd uit het resterende magnetisme in de getande polen, of vanuit de stroomkring van het laadstroomcontrolelampje of een overeenkomstig apparaat. Hierop komen we later in deze module nog terug. 5
De dynamo - ei217.dcr - 2006-04-10-14:08 De statorwikkeling De statorwikkeling bestaat uit drie of meer wikkelingen. In elke wikkeling wordt een wisselspanning opgewekt (wanneer de rotor met de magnetische velden draait) en stroomt er een elektrische wisselstroom, die we fasestroom noemen. De drie wikkelingen (U,Ven W) liggen 120 graden uit elkaar. Dit leidt tot een driefasewisselstroom, die de efficiëntie van de dynamo verhoogt. 6
De dynamo - ei218.dcr - 2006-04-10-14:08 Vermogensdiodes Vermogensdiodes zorgen voor het gelijkrichten van de wisselstroom (AC) in gelijkstroom (DC) die wordt geleverd aan het elektrische systeem, inclusief de accu's. Na de diodes worden de negatieve halve cyclussen positief. 7
De dynamo - ei219.dcr - 2006-04-10-14:08 Vermogensdiodes II Elk van de drie statorwikkelingen heeft twee vermogensdiodes: een negatieve en een positieve diode. Omdat de driefasedynamo overlappende fases heeft, heeft de resulterende gelijkstroom na de gelijkrichting een zeer lage pulsatie en meestal een hoog niveau. De diodes zorgen er ook voor dat de elektrische stroom niet vanuit de accu's terugstroomt naar de dynamo wanneer de motor niet draait. 8
De dynamo - ei220.dcr - 2006-04-10-14:09 De regelaar De regelaar houdt de juiste systeemspanning vast, ongeacht de variaties in elektrische belasting en snelheid van de dynamo. De regelaar wordt meestal ingebouwd in de dynamo. De spanning wordt elektronisch geregeld. De basisrelatie tussen de bekrachtigingsstroom en de uitgaande spanning van de dynamo is de sleutel van de spanningsregeling. De regelaar regelt de spanning door de stroomkring voor de rotorwikkeling in en uit te schakelen. Wanneer de stroomkring is ingeschakeld, passeert de elektrische stroom de rotorwikkeling en laat de dynamo zo veel mogelijk uitgaande spanning produceren voor de dynamosnelheid. Wanneer de stroom wordt uitgezet, stort het magnetische veld in de rotor in, en begint de uitgaande spanning van de dynamo af te nemen. Dit voortdurend schakelen door de regelaar gebeurt snel, waardoor de systeemspanning zeer dicht bij de ingestelde spanning blijft. 9
De dynamo - BasElaltern03.swf - 1(2) - 2006-04-10-14:09 Magnetiseringsstroomkring van de dynamo Het laadstroomcontrolelampje moet controleren of de stroomvoorziening van het voertuig werkt. Het laadstroomcontrolelampje is aangesloten tussen de dynamoaansluiting B+, via de contactslotschakelaar en de dynamoaansluiting D+ (die ook wel +/61 wordt genoemd). De dynamo heeft hulp nodig wanneer deze met opladen begint. Het resterende magnetisme in de dynamo is namelijk niet voldoende om elektrische stroom door de diodes te laten stromen. De gemakkelijkste manier om de dynamo te helpen is om elektrische stroom te lenen van de accu. Hiertoe wordt elektrische stroom van de accu via het contactslot en het laadstroomcontrolelampje naar aansluiting D+ (D+/61) op de dynamo geleid. Vervolgens gaat de elektrische stroom verder naar de bekrachtigingswikkeling, die weer is aangesloten op de massa (zie afbeelding). Doordat de contactslotschakelaar sluit, gaat het laadstroomcontrolelampje branden op hetzelfde moment dat de magnetisering van de dynamo plaatsvindt. Wanneer de dynamo laadspanning begint af te geven, gaat het laadstroomcontrolelampje knipperen en deze zal uitgaan op het moment dat het potentiaalverschil vrijwel nul V is. Omdat de dynamo in het begin wordt bekrachtigd via het laadstroomcontrolelampje, is er een kans dat de dynamo niet zal opladen als het lampje defect is. Daarom moet u altijd het laadstroomcontrolelampje vervangen als u heeft ontdekt dat deze defect is. 1. Dynamo 2. Spanningsregelaar 3. Contactslotschakelaar 10
De dynamo - BasElaltern03.swf - 2(2) - 2006-04-10-14:09 4. Laadstroomcontrolelampje 11
De dynamo - BasElalternexer09.swf - 2006-04-10-14:09 Oefening: elektrische stroom door een diodegelijkrichter 1. Sluit de onderdelen aan zoals in de afbeelding. 2. Er wordt wisselstroom in de twee draden gecreëerd op het moment dat u deze voor het eerst aansluit op de plus en de min en vervolgens de connectors inschakelt. 3. Noteer de uitslag van de voltmeter. De polariteit in de voltmeter blijft gelijk, ongeacht de aansluiting van de draden. 12
De dynamo - BasElalternexer10.swf - 2006-04-10-14:09 Oefening: spanningsregelaar 1. Sluit een voeding voor variabele spanningen aan en stel de spanningsregelaar in op nul. 2. Sluit de testkabels van de voeding aan op de spanningsregelaar. 3. Sluit een testlamp van 24 V/2 W aan tussen de borstels. 4. Schakel de voeding in verhoog langzaam de spanning. De testlamp gaat feller branden naarmate de spanning hoger wordt. Als de regelaar goed werkt, gaat de lamp uit tussen 27,6 en 28,4 V. 5. Schakel de voeding uit. Ontkoppel de kabels van de spanningsregelaar. 13
De dynamo - BasElalternexer11.swf - 2006-04-10-14:09 Oefening: aanwijzen en meten - Haal de dynamo uit elkaar. - Wijs de onderdelen aan. - Meet de dioderimpel (gelijkrichter) met multimeter 9812519 in de volgende stappen (sluit de multimeter aan zoals in de afbeeldingen): 1) Positieve diodemeting 1 (zie afbeelding) 2) Positieve diodemeting 2 (zie afbeelding) 3) Negatieve diodemeting 1 (zie afbeelding) 4) Negatieve diodemeting 2 (zie afbeelding) In één geval moet de multimeter 400-1200 mv aangeven (geleidende richting) en in het andere geval moet de multimeter OL aangeven. De diodes worden geblokkeerd. 14
De dynamo - BasElalternexer11b.swf - 2006-04-10-14:09 Oefening: rotormetingen Voer metingen uit met multimeter 9812519 bij de rotor zoals in de afbeeldingen. 1) Meet de rotorweerstand door de testsondes aan te sluiten op de sleepringen volgens de specificaties. NB. Een weerstand onder de specificaties wijst op kortsluiting in de rotor en een weerstand boven de specificaties wijst op een breuk in een van de rotorkabels. 2) Controleer de rotorisolatie door een van de testsondes van de multimeter op een sleepring en de andere op de rotoras aan de andere kant van de sleepring aan te sluiten. NB. De weerstand mag nooit lager dan 10 Mohm zijn. Als de weerstand lager is dan de opgegeven waarde, is er kortsluiting in de rotor. Als de multimeter een open weerstand aangeeft, is de weerstand boven de 40 Mohm, en dus in goede conditie. 15
De dynamo - BasElalternexer11c.swf - 2006-04-10-14:09 Oefening: stator meten en dynamo in elkaar zetten Voer bij de stator metingen uit met multimeter 9812519 zoals in de afbeeldingen. 1) Meet de statorweerstand door de testsondes aan te sluiten tussen de fasekabels van de stator. De weerstand moet in de drie metingen hetzelfde zijn NB. Een lage weerstand wijst op kortsluiting en een hoge weerstand op een slecht contact of een breuk in een van de statorkabels of wikkeling. 2) Controleer de isolatie van de stator door de testsondes van de multimeter aan te sluiten tussen het statorhuis en elke fasekabel. De weerstand mag nooit lager zijn dan de opgegeven waarde. Als de multimeter een open weerstand aangeeft, betekent dit dat de weerstand erg hoog is en dat de isolatie van de stator dus in goede conditie is. 3) Zet de dynamo weer in elkaar. 16
De dynamo - BasElalternsumup13.swf - 2006-04-10-14:10 Samenvatting Een eenvoudige manier om de werking van een dynamo te beschrijven, is de vergelijking met een pomp die water omhoog pompt. Een dynamo pompt echter geen water omhoog, maar gebruikt een magneet om elektronen voort te stuwen. Dit is misschien iets te eenvoudig voorgesteld, maar het is wel een zeer bruikbare analogie. Er zijn twee dingen die een waterpomp met water kan doen: 1. Een waterpomp beweegt een bepaald aantal watermoleculen. 2. Een waterpomp oefent een bepaalde druk uit op de watermoleculen. Op dezelfde manier kan de magneet in een dynamo het volgende doen: 1. Een aantal elektronen voorstuwen 2. Een bepaalde 'druk' uitoefenen op de elektronen In een elektrische stroomkring wordt het aantal bewegende elektronen stroomsterkte of elektrische stroom genoemd. Dit wordt gemeten in ampère. De 'druk' die de elektronen voorstuwt wordt spanning genoemd en wordt gemeten in volt. Het is dan ook mogelijk dat u iemand het volgende hoort zeggen: "Als je deze dynamo met 1000 toeren ronddraait, kan deze 1 ampère produceren bij 6 volt." Eén ampère staat voor het aantal bewegende elektronen (1 ampère betekent dat in werkelijkheid 6,24 x 1018 elektronen per seconde door een draad bewegen). De spanning is de hoeveelheid druk achter die elektronen. 17
De dynamo - BasElalternassess14.swf - 2006-04-10-14:10 Test 1) Wat gebeurt er wanneer u een magneet bij een draad beweegt? 2) Welke hoofdonderdelen bevat een dynamo? 3) Wat gebeurt er wanneer u elektronen door een draad laat bewegen? 4) Waarom hebben we een dynamo nodig? 5) Hoe werkt een spanningsregelaar? 6) Wat zijn de belangrijkste taken van de vermogensdiodes? 18
Copyright 2005 Volvo Truck Corporation