ELEKTRISCHE AANDRIJFTECHNIEK
THEORIE
2022 – 2023
,
,GELIJKSTROOMMACHINES
Spanning en kracht bij een bewegende geleider: enkel begrip Emk + formule kennen
• Bouw en werkingsprincipe: volledig, ook commutatie kunnen uitleggen
• Hoofdpoolflux
• Spanningsopwekking en koppelvorming: wiskundig afleiden E a en wiskundig afleiden Tem
• Klemspanning, askoppel, Energie-omzetting: vergelijkingen met juiste teken, Sankey diagrams
• Ankerreactie, compensatiewikkeling: belangrijk, ook verloop van mmk’s langs omtrek kunnen tekenen
• Commutatie - hulppoolwikkeling
• Soorten bekrachtiging en klembenaming: kennen, maar compoundbekrachtiging niet te kennen
• Generatorkarakteristieken: algemene werkwijze kunnen uitleggen, alle karakteristieken kunnen
afleiden/tekenen
• Motorkarakteristieken: formule kunnen afleiden, alle karakteristieken kunnen tekenen
• Stabiliteit: definitie kennen
Gelijkstroommachines Elektromotorische kracht Emk [V] 3
,ELEKTROMOTORISCHE KRACHT EMK [V]
Ten gevolge van een bewegende staaf in een magnetisch veld zal er een elektromotorische kracht ontstaan die gericht
is volgens de rechterhandregel:
̅̅̅ ̅)𝑙̅𝑔
Eb = (v̅ × B
In een gesloten kring zal Eb een stroom I veroorzaken. Deze stroom zal door de staaf vloeien, waardoor deze per
definitie een stroomvoerende geleider wordt die onderhevig is aan een magnetisch veld. Hierdoor zal een
lorentzkracht ontstaan die gericht kan worden via:
𝐹̅ = 𝐼. 𝑙̅𝑔 × B
̅
BOUW
De stator is het geheel van alle statische onderdelen, waarbij de polen ingepakt zijn met wikkelingen. Deze zorgt
voor het bekrachtigingsveld in de machine op wijze van een elektromagneet die zich onder stroom gedraagt als een
magneet.
➢ Juk: sluitweg van de flux
➢ Bekrachtigingswikkeling: aanmaken van een magnetisch veld, waarin de stroomvoerende geleider zich
zal bevinden
Gelijkstroommachines Elektromotorische kracht Emk [V] 4
,OPBOUW ROTOR
De rotor is gelamelleerd en voorzien van gleuven waarin ankergeleiders gelegd kunnen worden, deze zijn onderling
verbonden aan een collector of commutator. Deze collector bevindt zich op de as van het anker en bestaat uit
lamellen die geïsoleerd zijn t.o.v. elkander. Over de collector glijden stilstaande koolstofborstels die verbonden zijn
met het net of een verbruiker, afhankelijk van het werkingsprincipe.
WERKINGSPRINCIPE
Constant magnetisch veld → stroom in ankergeleiders → krachtwerking
Afhankelijk van het type DC-motor zullen permanente- of elektromagneten een magnetisch veld veroorzaken in de
luchtspleet tussen de polen en het anker. Dit magnetisch veld, die bovendien constant is in de tijd, zal samen met de
ankerstroom zorgen voor krachtwerking. Indien we veronderstellen dat de veldlijnen de luchtspleet loodrecht
oversteken, dan is het verloop van de inductie langs de omtrek voorgesteld in de linkse figuur, en de Emk in functie
van de tijd op de rechtse figuur (voor 2 lamellen!):
Indien het anker ronddraait, wordt in de geleider die zich aan het oppervlak van dit anker bevindt een Emk
(elektromotorische kracht in [V]) opgewekt. Met de omtreksnelheid v en de ankerlengte la.
𝑒 = 𝑣. 𝐵. 𝑙𝑎
De omtreksnelheid v is hierbij gelijk aan:
𝑣 = 𝛺𝑎 . 𝑟𝑎
Ωa vertegenwoordigd hier de mechanische hoeksnelheid en ra de straal van het anker. Het verloop van de spanning in
een geleider in functie van de tijd is bij een constante hoeksnelheid gelijkvormig aan het verloop van de inductie over
de omtrek van het anker.
De commutator zal werken als een gelijkrichter die de spanning gelijk gepolariseerd behoud, hoe meer geleiders
verdeeld worden over het ankeroppervlak, hoe gladder de koppelvorming zal zijn. Een waarnemer die vast op één van
de ankergeleiders zit zal waarnemen dat de stroom in de ankergeleider telkens omkeert van polariteit als deze een
borstel passeert, in de ankerwikkeling zal dus als het ware een wisselstroom vloeien.
Gelijkstroommachines Werkingsprincipe 5
, Een stilstaande waarnemer zal dan weer een vast stroombeeld zien voor de geleiders die zich onder de noordpool
bevinden en omgekeerd.
Het werkingsprincipe kan vervolgens eenvoudig samengevat worden per situatie:
GENERATORWERKING: UA<EMK
Bij rotatie van het anker zal in een ankergeleider, die zich onder de hoofdpolen bevindt, een Emk worden opgewekt.
Door commutator zal aan de borstels een samenstelling van spanningen worden bekomen van de verschillende
ankergeleiders. Indien deze aan een belastingsweerstand worden aangesloten, dan zal er een ankerstroom beginnen
vloeien. Deze stroom zal aanleiding tot een koppel ten gevolge van de Lorentzkracht. Om de rotatie van het anker in
stand te houden moet een uitwendig aandrijvend koppel worden voorzien.
MOTORWERKING: UA>EMK
Indien de spanning aan de aangesloten spanningsbron echter hoger is dan de opgewekt Emk van de
gelijkstroommachine, dan keert de stroomzin om. Het door de gelijkstroommachine ontwikkelde koppel keert dan om
van teken en wordt een aandrijvend koppel.
Indien er geen uitwendig remmend koppel aanwezig is, dan zal de rotatiesnelheid toenemen en dus ook de opgewekte
Emk in de ankergeleiders. Dit fenomeen zal pas stabiliseren op het punt dat de opgewekte Emk evenwicht maakt met
de aangelegde spanning UA.
Indien er wel een uitwendig remmend koppel van doen is zal de machinesnelheid naar een zodanige regimewaarde
streven dat de stroom, t.g.v. het spanningsverschil, aanleiding geeft tot ene koppel zodat er evenwicht is met het
uitwendig remmend koppel.
COMMUTATIE
HOOFDPOOLFLUX
Het statorgedeelte van een DC-machine bezit een even aantal hoofdpolen (2p). Deze polen zijn met onderlinge gelijke
afstand, de zogenaamde poolsteek τp, over de omtrek van het anker verdeeld. Meestal bestaan deze hoofdpolen
fysisch uit gelijkstroomgevoede poolschoenen, waarin een magnetiseringstroom Im vloeit. Wanneer er geen nood is
aan wijziging van de sterkte of richting van het veld kunnen ook permanente magneten gebruikt worden.
Gelijkstroommachines Hoofdpoolflux 6
