Een wervelstroom dynamometer is een speciaal apparaat met minder verliezen, hoge efficiëntie en veelzijdiger in vergelijking met de conventionele mechanische rollenbank. Bij de wervelstroomdynamometer zijn de verliezen minder door het ontbreken van enig fysiek contact tussen wikkelingen en excitatie. Vanwege zijn kleine formaat en doorkambaarheid heeft hij talloze toepassingen, en zelfs in sommige gevallen, zoals het testen van de prestaties van een verbrandingsmotor, wordt hij als last gebruikt. Dit artikel bespreekt een overzicht van een wervelstroomdynamometer.

Wat is de Eddy Current Dynamometer?

Een wervelstroomdynamometer is een elektromechanisch energieomzettingsapparaat dat mechanische energie omzet in elektrische energie. Het maakt fundamenteel gebruik van de wet van Faraday elektromagnetische inductie als werkingsprincipe. Een schema van de rollenbank wordt hieronder getoond.

Bouw

De constructieve aspecten van de wervelstroomdynamometer zijn weergegeven in de bovenstaande figuur. Het bestaat uit het buitenframe als stator, ook wel een stationair onderdeel van de machine genoemd. De stator bestaat uit wikkelingen, die in statorsleuven zijn geplaatst. Wanneer de statorwikkelingen worden bekrachtigd, wordt een statormagnetisch veld geproduceerd in de statorspoelen. In het geval van machines met een hoge nominale waarde worden 3-fase-wikkelingen in de statorsleuven geplaatst.

De statorwikkelingen zijn gemaakt van koper. Het buitenframe, d.w.z. de stator, is gemaakt van een magnetisch materiaal zoals gietijzer of siliciumstaal in het geval van delicate toepassingen. Het roterende element wordt een rotor genoemd, die onder de statorspoelen wordt gehouden. De rotor is op een as geplaatst zodat deze kan draaien. Rotorwikkelingen worden op de rotorsleuven geplaatst. In het geval van zware machines worden driefasige rotorwikkelingen gebruikt om op rotorsleuven te worden gehouden.

De rotor moet zijn verbonden met het aandrijfmechanisme, zodat wanneer het aandrijfmechanisme draait, deze de mechanische invoer naar het apparaat levert. Een DC-voeding wordt gebruikt om de statorwikkelingen te bekrachtigen. In het geval van grote machines, gelijkrichter units worden gebruikt om deze DC-voeding te realiseren. Bij grote machines wordt olie gebruikt voor koeling en isolatie van de statorwikkelingen. Dit is belangrijk om de gegenereerde warmte af te voeren.

Eenmaal stroommeter zoals weergegeven in het diagram wordt gebruikt om de geproduceerde stroom en het geïnduceerde koppel te meten. Een wijzer is door een arm verbonden met de stator, die het in de rotor gegenereerde koppel kan meten. En met kennis van snelheid kunnen we met behulp van deze koppelwaarde het vermogen berekenen dat in de machine wordt gegenereerd.

Dynamometer werkt

Een wervelstroomdynamometer werkt volgens het principe van de wet van Faradays van elektromagnetische inductie. Volgens de wet wordt, wanneer er een relatieve verplaatsing is tussen een set geleiders en een magnetisch veld, een emf geïnduceerd op de set van de geleider. Deze emf heet dynamisch geïnduceerde emf. In het geval van de dynamometer, wanneer de statorpolen worden bekrachtigd met een gelijkstroomvoeding die is aangesloten op de stator.

Werken

Wanneer de DC-voeding is aangesloten, worden de statorspoelen geëxciteerd en wordt een magnetisch veld geproduceerd in de statorspoelen. In het geval van een driefasige machine verkrijgen we een driefasig roterend magnetisch veld, in de statorspoelen wanneer de spoelen worden aangeslagen met de driefasige voeding. Wanneer de krachtbron roteert, roteren de rotor, de rotorspoelen en werken ze samen met het magnetische veld van de stator.

Opgemerkt moet worden dat hierbij het magnetische veld van de stator statisch van aard is. Omdat de excitatie gelijkstroom is, krijgen we een statisch magnetisch veld. Wanneer de rotorspoelen het magnetische veld van de stator afsnijden, wordt een emf geïnduceerd omdat in dit geval het magnetische veld statisch is en de geleiders roteren. Er is dus een relatieve verplaatsing tussen het magnetische veld en de geleiders.

Kenmerken van Eddy Current Dynamometer

Opgemerkt moet worden dat de wervelstroomdynamometer anders is dan conventioneel mechanische rollenbank. In dit geval, wanneer de rotor van de dynamometer het magnetische veld van de stator snijdt, wordt een emf geïnduceerd op de rotorgeleiders. Het veroorzaakt wervelstromen in de rotorgeleiders. De richting van de wervelstromen is tegengesteld aan de verandering in de magnetische flux en wordt opgewekt in de rotor.

De rotor verzet zich tegen de kracht die wordt uitgeoefend door de magnetische flux, maar door de input van de krachtbron blijft hij draaien. En aangezien er geen fysiek contact is tussen het magnetische veld en de geleiders, zijn de geproduceerde verliezen veel minder dan bij een conventionele generator.

Anders dan bij een conventionele mechanische dynamometer, is bij een wervelstroomdynamometer een arm verbonden met het lichaam van de stator. Aan het uiteinde van de arm is een wijzer bevestigd die het koppel kan meten dat wordt geproduceerd in de rotorwikkeling. Door de snelheid van de rotor te kennen, kan de hoeveelheid vermogen worden gekend, aangezien het vermogen gelijk is aan het product van koppel en snelheid.

Dynamometer voordelen

De voordelen van wervelstroomdynamometer zijn

“bcd naar 7-segments display ”

Het is efficiënter in vergelijking met conventionele mechanische rollenbanken vanwege lage wrijvingsverliezen.
De structuur is eenvoudig
Het kan gemakkelijker worden bediend in vergelijking met conventionele dynamometers
Het heeft een snelle dynamische respons vanwege de lage rotatietraagheid.
Door het ontbreken van enorme wikkelingen is het aantal koperverliezen kleiner.
Het kan eenvoudig worden aangesloten op een externe besturingseenheid om de stroming te bewaken en zelfs te regelen.
Het remkoppel is erg hoog
Het is zeer nauwkeurig en stabiel

Toepassingen

De belangrijkste toepassingen zijn

Prestatietests van de interne verbrandingsmotor
Gebruikt in kleine vermogensmotor
Automobiele transmissiedelen
Gasturbines
Waterturbines

Daarom hebben we de werkingsprincipes gezien van dynamometers die compact en veelzijdig van aard zijn. Er moet worden nagedacht, hoe men de werkingskenmerken van een wervelstroom kan brengen dynamometer tot het niveau van conventionele mechanische dynamometers?