Generatore DC
Un generatore DC è una macchina elettrica che converte l’energia meccanica in corrente continua di energia elettrica. Questa conversione di energia si basa sul principio di produzione di emf indotta dinamicamente. Questo articolo delinea la costruzione di base e il funzionamento di un generatore DC.
Costruzione di una macchina DC:
Nota:Teoricamente, un generatore DC può essere utilizzato come motore DC senza modifiche costruttive e viceversa è anche possibile. Pertanto, un generatore CC o un motore CC possono essere ampiamente definiti come una macchina CC. Questi dettagli costruttivi di base sono validi anche per la costruzione di un motore a corrente continua. Quindi, chiamiamo questo punto come costruzione di una macchina DC invece di “costruzione di un generatore DC”.
La figura sopra mostra i dettagli costruttivi di una semplice macchina CC a 4 poli. Una macchina di CC consiste di due parti di base; statore e rotore. Le parti costruttive di base di una macchina DC sono descritte di seguito.
- Giogo: il telaio esterno di una macchina dc è chiamato giogo. È costituito da ghisa o acciaio. Non solo fornisce resistenza meccanica all’intero assemblaggio, ma trasporta anche il flusso magnetico prodotto dall’avvolgimento del campo.
- Pali e pattini: i pali vengono uniti al giogo con l’aiuto di bulloni o saldature. Portano l’avvolgimento del campo e le scarpe da palo sono fissate a loro. Le scarpe Pole servono a due scopi; (i) supportano le bobine di campo e (ii) distribuiscono uniformemente il flusso nel traferro.
- Avvolgimento di campo: di solito sono fatti di rame. Le bobine di campo sono precedentemente avvolte e posizionate su ciascun polo e sono collegate in serie. Sono avvolti in modo tale che, una volta energizzati, formano poli Nord e Sud alternativi.
- Armatura core: Armatura core è il rotore di una macchina dc. È di forma cilindrica con fessure per trasportare l’avvolgimento dell’armatura. L’armatura è costituita da sottili dischi in acciaio circolare laminato per ridurre le perdite di correnti parassite. Può essere fornito di condotti d’aria per il flusso d’aria assiale per scopi di raffreddamento. L’armatura è fissata all’albero.
- Avvolgimento dell’armatura: di solito è una bobina di rame ferita precedente che poggia nelle fessure dell’armatura. I conduttori dell’armatura sono isolati l’uno dall’altro e anche dal nucleo dell’armatura. L’avvolgimento dell’armatura può essere avvolto con uno dei due metodi; avvolgimento a giro o avvolgimento a onda. Doppio strato giro o onda avvolgimenti sono generalmente utilizzati. Un avvolgimento a doppio strato significa che ogni slot di armatura porterà due bobine diverse.
- Commutatore e spazzole: il collegamento fisico all’avvolgimento dell’armatura avviene tramite una disposizione commutatore-spazzola. La funzione di un commutatore, in un generatore dc, è quella di raccogliere la corrente generata nei conduttori di armatura. Mentre, nel caso di un motore a corrente continua, il commutatore aiuta a fornire corrente ai conduttori dell’armatura. Un commutatore è costituito da un insieme di segmenti di rame isolati l’uno dall’altro. Il numero di segmenti è uguale al numero di bobine di armatura. Ogni segmento è collegato ad una bobina dell’armatura ed il commutatore è calettato all’asse. Le spazzole sono solitamente realizzate in carbonio o grafite. Poggiano sui segmenti del commutatore e scivolano sui segmenti quando il commutatore ruota mantenendo il contatto fisico per raccogliere o fornire la corrente.
Armatura core (rotore)
Commutatore
Principio di funzionamento di un generatore DC:
Secondo le leggi di Faraday sull’induzione elettromagnetica, ogni volta che un conduttore viene posto in un campo magnetico variabile (O un conduttore viene spostato in un campo magnetico), viene indotta una forza emf (forza elettromotrice) nel conduttore. La grandezza dell’emf indotta può essere calcolata dall’equazione emf del generatore dc. Se il conduttore è dotato di un percorso chiuso, la corrente indotta circolerà all’interno del percorso. In un generatore DC, le bobine di campo producono un campo elettromagnetico e i conduttori dell’armatura vengono ruotati nel campo. Così, un emf elettromagneticamente indotto è generato nei conduttori dell’armatura. La direzione della corrente indotta è data dalla regola della mano destra di Fleming.
Necessità di un commutatore ad anello diviso:
Secondo la regola della mano destra di Fleming, la direzione della corrente indotta cambia ogni volta che cambia la direzione del movimento del conduttore. Consideriamo un’armatura che ruota in senso orario e un conduttore a sinistra si muove verso l’alto. Quando l’armatura completa una mezza rotazione, la direzione del movimento di quel particolare conduttore sarà invertita verso il basso. Quindi, la direzione della corrente in ogni conduttore di armatura sarà alternata. Se guardi la figura sopra, saprai come si alterna la direzione della corrente indotta in un conduttore di armatura. Ma con un commutatore ad anello diviso, le connessioni dei conduttori dell’armatura vengono invertite anche quando si verifica l’inversione di corrente. E quindi, otteniamo corrente unidirezionale ai terminali.
Tipi di un generatore DC:
Generatori DC possono essere classificati in due categorie principali, vale a dire; (i) Eccitato separatamente e (ii) autoeccitato.
(i) Eccitato separatamente: in questo tipo, le bobine di campo vengono eccitate da una sorgente CC esterna indipendente.
(ii) autoeccitato: in questo tipo, le bobine di campo sono eccitate dalla corrente prodotta dal generatore stesso. La generazione iniziale di emf è dovuta al magnetismo residuo nei poli di campo. L’emf generato fa sì che una parte della corrente fluisca nelle bobine di campo, rafforzando così il flusso di campo e aumentando così la generazione di emf. I generatori DC autoeccitati possono essere ulteriormente suddivisi in tre tipi:
(a) Avvolgimento a campo avvolto serie in serie con avvolgimento di armatura
(b) Avvolgimento a campo avvolto Shunt in parallelo con avvolgimento di armatura
(c) Combinazione di ferita composta di serie e avvolgimento di shunt
Puoi saperne di più sui tipi di generatore/macchina DC qui.