Construcción básica y funcionamiento de un generador de corriente continua.

Generador de CC

Un generador de CC es una máquina eléctrica que convierte la energía mecánica en electricidad de corriente continua. Esta conversión de energía se basa en el principio de producción de campos electromagnéticos inducidos dinámicamente. Este artículo describe la construcción y el funcionamiento básicos de un generador de CC.

Construcción de una máquina de corriente continua:

Nota:Teóricamente, un generador de CC se puede utilizar como motor de CC sin ningún cambio de construcción y viceversa también es posible. Por lo tanto, un generador de CC o un motor de CC se puede denominar ampliamente como una máquina de CC. Estos detalles básicos de construcción también son válidos para la construcción de un motor de CC. Por lo tanto, llamemos a este punto como construcción de una máquina de CC en lugar de simplemente «construcción de un generador de CC».

La figura anterior muestra los detalles de construcción de una simple máquina de CC de 4 polos. Una máquina de CC consta de dos partes básicas; estator y rotor. Las partes básicas de construcción de una máquina de CC se describen a continuación.

1. Yugo: El marco exterior de una máquina de CC se llama yugo. Se compone de hierro fundido o acero. No solo proporciona resistencia mecánica a todo el conjunto, sino que también transporta el flujo magnético producido por el bobinado de campo.
2. Postes y zapatas para postes: Los postes se unen al yugo con la ayuda de pernos o soldadura. Llevan enrolladores de campo y zapatos de poste se sujetan a ellos. Los zapatos de caña sirven para dos propósitos; (i) soportan bobinas de campo y (ii) extienden el flujo en el espacio de aire de manera uniforme.
3. Bobinado de campo: Generalmente están hechos de cobre. Las bobinas de campo se enrollan previamente y se colocan en cada polo y se conectan en serie. Están enrollados de tal manera que, cuando están energizados, forman polos Norte y Sur alternos.



Núcleo de armadura (rotor)

4. Núcleo de armadura: El núcleo de armadura es el rotor de una máquina de CC. Es de forma cilíndrica con ranuras para llevar el bobinado de la armadura. La armadura está construida con discos de acero circulares laminados delgados para reducir las pérdidas por corrientes de foucault. Podrá estar provisto de conductos de aire para el flujo de aire axial con fines de refrigeración. La armadura está clavada en el eje.
5. Bobinado de armadura: Generalmente es una bobina de cobre enrollada que descansa en ranuras de armadura. Los conductores de la armadura están aislados entre sí y también del núcleo de la armadura. El bobinado de armadura se puede enrollar mediante uno de los dos métodos; bobinado de regazo o bobinado de onda. Generalmente se utilizan bobinados de doble capa o ondulados. Un devanado de doble capa significa que cada ranura de armadura llevará dos bobinas diferentes.
6. Conmutador y cepillos: La conexión física al devanado de la armadura se realiza a través de una disposición conmutador-cepillo. La función de un conmutador, en un generador de CC, es recoger la corriente generada en los conductores de inducido. Mientras que, en el caso de un motor de CC, el conmutador ayuda a proporcionar corriente a los conductores de la armadura. Un conmutador consiste en un conjunto de segmentos de cobre que están aislados entre sí. El número de segmentos es igual al número de bobinas de armadura. Cada segmento está conectado a una bobina de armadura y el conmutador está conectado al eje. Los cepillos generalmente están hechos de carbono o grafito. Se apoyan en los segmentos del conmutador y se deslizan sobre los segmentos cuando el conmutador gira manteniendo el contacto físico para recoger o suministrar la corriente.

Conmutador

Principio de funcionamiento de un generador de CC:

De acuerdo con las leyes de Faraday de inducción electromagnética, cada vez que un conductor se coloca en un campo magnético variable (O un conductor se mueve en un campo magnético), se induce un emf (fuerza electromotriz) en el conductor. La magnitud de los campos electromagnéticos inducidos se puede calcular a partir de la ecuación de campos electromagnéticos del generador de corriente continua. Si el conductor está provisto de un camino cerrado, la corriente inducida circulará dentro del camino. En un generador de CC, las bobinas de campo producen un campo electromagnético y los conductores de la armadura giran hacia el campo. Por lo tanto, se genera un campo electromagnético electromagnético en los conductores de la armadura. La dirección de la corriente inducida viene dada por la regla de la mano derecha de Fleming.

Necesidad de un conmutador de anillo dividido:

De acuerdo con la regla de la mano derecha de Fleming, la dirección de la corriente inducida cambia cada vez que cambia la dirección del movimiento del conductor. Consideremos una armadura que gira en el sentido de las agujas del reloj y un conductor a la izquierda se mueve hacia arriba. Cuando la armadura completa una media rotación, la dirección de movimiento de ese conductor en particular se invertirá hacia abajo. Por lo tanto, la dirección de la corriente en cada conductor de armadura se alternará. Si observa la figura anterior, sabrá cómo se alterna la dirección de la corriente inducida en un conductor de armadura. Pero con un conmutador de anillo dividido, las conexiones de los conductores de inducido también se invierten cuando se produce la inversión de corriente. Y por lo tanto, obtenemos corriente unidireccional en los terminales.

Tipos de generadores de corriente continua:

Los generadores de CC se pueden clasificar en dos categorías principales, a saber: (i) Excitados por separado y (ii) autoexcitados.
(i) Excitado por separado: En este tipo, las bobinas de campo se energizan desde una fuente de CC externa independiente.
(ii) autoexcitado: En este tipo, las bobinas de campo se energizan a partir de la corriente producida por el propio generador. La generación inicial de campos electromagnéticos se debe al magnetismo residual en los polos de campo. El campo electromagnético generado hace que una parte de la corriente fluya en las bobinas de campo, lo que fortalece el flujo de campo y, por lo tanto, aumenta la generación de campos electromagnéticos. Los generadores de CC autoexcitados se pueden dividir en tres tipos:
(a) Bobinado de campo de herida de serie en serie con bobinado de armadura
(b) Bobinado de campo de herida de derivación en paralelo con bobinado de armadura
(c) Combinación de bobinado de serie y bobinado de derivación
Puede obtener más información sobre los tipos de generador/máquina de CC aquí.