Dynamo

De werking

De dynamo is in staat om mechanische energie om te zetten in elektrische energie, wisselspanning om te zetten in gelijk spanning en de hoeveelheid af te stemmen op de vraag.

Dit verhaal begint bij de rotor.

De rotor

De rotor is het draaiende gedeelte van een dynamo en deze bestaat uit een metalen kern waar een spoel omheen is gewikkeld. De stroom die door deze spoel loopt (de veldstroom) veroorzaakt een magnetisch veld rondom de rotor. Dit magnetisch veld kan in sterkte variлren door de veldspanning en daarmee de veldstroom aan te passen.

De veldspanning is een gelijkspanning (DC) die er voor zorgt dat de rotor een noord- en een zuidpool krijgt. Deze veldspanning bereikt de rotor door middel van de koolborstels en sleepringen.

De rotor is direct aan de aandrijfpulley bevestigd waardoor deze een roterende beweging gaat maken, vandaar de naam rotor.

De stator

De rotor wordt omringd door een aantal spoelen die bevestigt zijn aan het huis van de dynamo. Deze spoelen worden de stator genoemd.

Als de bekrachtigde rotor ronddraait in de stator zal het magnetisch veld van de rotor, door de spoelen van de stator bewegen. Hierdoor zal er in de stator een wisselspanning (AC) opgewekt worden.

Afhankelijk van de stand van de rotor ten opzichte van de stator zal het magnetisch veld door de statorspoel niet constant zijn. Hierdoor zal op het moment dat de noord- of zuidpool zo dicht mogelijk bij een statorspoel staat, het magnetisch veld door de statorspoel maximaal zijn en daarmee zal ook de opgewekte spanning maximaal zijn. Als de rotor verder draait dan zal het magnetisch veld door de statorspoel afzwakken. Dit afzwakken zal duren totdat de rotor negentig graden is verdraaid. Op dat moment zal er geen wisselend magnetisch veld door de statorspoel zijn en zal er geen spanning worden opgewekt. Als de rotor nu doordraait dan zal de andere pool van de rotor de statorspoel naderen, waardoor er weer een spanning opgewekt wordt maar ditmaal in tegengestelde richting. Zie figuur 2.

In de meeste gevallen is de stator opgebouwd uit drie spoelen die ten opzichte van elkaar 120 graden naijlen (360 graden/3). Zie figuur 3.

Figuur 2

Figuur 3 signaal met 3 spoelen

De gelijkrichter

De spanning die een dynamo opwekt is een wisselspanning en het grootste gedeelte van een auto werkt met gelijkspanning. Om dit probleem op te lossen moet de wisselspanning omgezet worden in een gelijkspanning met gelijkrichtdioden. De gelijkrichtdiode zorgt ervoor dat de negatieve halve periode wordt onderdrukt terwijl de positieve helft wel gewoon wordt doorgelaten. Op deze manier ontstaat er een pulserende gelijkspanning. Het rendement van de dynamo moet zo hoog mogelijk zijn en om dit voor elkaar te krijgen zal de negatieve helft ook gebruikt moeten worden. Hiervoor wordt er per fase een tweede diode gebruikt die tegengesteld naar de min geschakeld wordt. De totale gelijkrichtschakeling bestaat dus uit zes dioden die samen een draaistroom brugschakeling vormen. De +dioden laten de positieve halve perioden door terwijl de -dioden de negatieve halve perioden doorlaten.

De diodebrug in samenwerking met de drie spoelen levert een redelijk vlakke gelijkspanning op, die nog verder wordt afgevlakt door de accu en condensators in het elektrische systeem van de auto. Om het rendement van de dynamo verder te verhogen worden er sterpuntdioden gebruikt. Zie figuur 4.

Figuur 4

Spanningsafvlakkende werking van de accu

Het theoretisch uitgangssignaal van de dynamo ziet er uit als in figuur 5. Maar als er gemeten wordt aan een dynamo die aangesloten is aan een accu, dan zal er geen mooie sinus te meten zijn maar een afgevlakt signaal zoals in figuur 6.

Figuur5

Opgewekte spanning

Signaalverloop drie fases zonder accu

Figuur 6

Opgewekte spanning

Signaalverloop enkele fase met accu

De top van de sinus wordt afgevlakt omdat de dynamospanning op dat punt hoger wordt dan de accuspanning. De weerstand in de stroomkring is op dat moment zeer laag zodat de dynamospanning inzakt tot net iets boven de accu spanning.

Rekenvoorbeeld:

Uria= Udynamo - Uaccu = 14 Volt - 12 Volt = 2 Volt

I= Uria / Ria = 2 Volt / 0.02 Ohm = 100 ampиre

Urid = I x Rid = 100 Ampиre x 0.2 Ohm = 20 Volt

Utot = Udynamo + Uria + Urid = 12 volt + 2 Volt + 20 Volt = 34 Volt

Hier uit blijkt dat er om een laadspanning te creлren van 2 Volt hoger dan de accuspanning, een dynamospanning nodig is van 34Volt. Dit komt omdat de stroom (door de lage inwendige weerstand van de accu) hoog op zal lopen zodra er een spanningsverschil is tussen de dynamo en de accu. Deze hoge stroom zorgt er samen met de inwendige weerstand van de dynamo voor dat er een hoog spanningsverlies ontstaat in de dynamo waardoor de top van de sinus wordt afgevlakt.

De spanningsregelaar

Aangezien de belasting van de dynamo afhankelijk is van het motortoerental en het aantal ingeschakelde gebruikers is het nodig om een spanningsregelaar toe te passen. De spanningsregelaar regelt de stroom door de rotor en daarmee de kracht van het magnetisch veld. Hierdoor wordt de spanning tussen B+ en B- onafhankelijk van de te leveren stroom constant gehouden. Bij een 12Volt installatie zal dit rond de 14Volt zijn, en bij een 24Volt installatie rond de 28Volt. Zolang de geleverde spanning onder deze waardes blijft zal de spanningsregelaar niets doen. Als de spanning te hoog oploopt dan regelt de spanningsregelaar afhankelijk van de belasting de rotorstroom. Hierdoor