Construction de base et fonctionnement d’un générateur à courant continu.

Générateur de courant continu

Un générateur de courant continu est une machine électrique qui convertit l’énergie mécanique en électricité à courant continu. Cette conversion d’énergie est basée sur le principe de production de champs électromagnétiques induits dynamiquement. Cet article décrit la construction et le fonctionnement de base d’un générateur à courant continu.

Construction d’une machine à courant continu:

Remarque:Théoriquement, un générateur à courant continu peut être utilisé comme moteur à courant continu sans aucun changement de construction et vice versa est également possible. Ainsi, un générateur à courant continu ou un moteur à courant continu peut être largement qualifié de machine à courant continu. Ces détails de construction de base sont également valables pour la construction d’un moteur à courant continu. Par conséquent, appelons ce point comme construction d’une machine à courant continu au lieu de simplement « construction d’un générateur à courant continu ».

La figure ci-dessus montre les détails de construction d’une simple machine à courant continu à 4 pôles. Une machine à courant continu se compose de deux parties de base; stator et rotor. Les pièces de construction de base d’une machine à courant continu sont décrites ci-dessous.

1. Joug: Le cadre extérieur d’une machine à courant continu est appelé joug. Il est composé de fonte ou d’acier. Il fournit non seulement une résistance mécanique à l’ensemble de l’ensemble, mais transporte également le flux magnétique produit par l’enroulement de champ.
2. Poteaux et sabots de poteaux: Les poteaux sont reliés à l’étrier à l’aide de boulons ou de soudures. Ils portent un enroulement de champ et des chaussures de poteau y sont attachées. Les chaussures de poteau servent à deux fins; (i) ils supportent des bobines de champ et (ii) répartissent uniformément le flux dans l’entrefer.
3. Enroulement champ: Ils sont généralement en cuivre. Les bobines de champ sont enroulées et placées sur chaque poteau et sont connectées en série. Ils sont enroulés de telle sorte que, lorsqu’ils sont sous tension, ils forment des pôles Nord et Sud alternés.



Noyau d’armature (rotor)

4. Noyau d’armature: Le noyau d’armature est le rotor d’une machine à courant continu. Il est de forme cylindrique avec des fentes pour transporter l’enroulement de l’armature. L’armature est constituée de disques en acier circulaires laminés minces pour réduire les pertes par courants de Foucault. Il peut être muni de conduits d’air pour le flux d’air axial à des fins de refroidissement. L’armature est fixée à l’arbre.
5. Enroulement d’armature: Il s’agit généralement d’une ancienne bobine de cuivre enroulée qui repose dans des fentes d’armature. Les conducteurs d’armature sont isolés les uns des autres et également du noyau d’armature. L’enroulement d’armature peut être enroulé par l’une des deux méthodes; enroulement par recouvrement ou enroulement par vague. Des enroulements à double couche ou à ondes sont généralement utilisés. Un enroulement à double couche signifie que chaque fente d’armature portera deux bobines différentes.
6. Collecteur et brosses: La connexion physique à l’enroulement de l’induit se fait par un agencement commutateur-brosse. La fonction d’un commutateur, dans un générateur à courant continu, est de collecter le courant généré dans les conducteurs d’induit. Alors que, dans le cas d’un moteur à courant continu, le commutateur aide à fournir du courant aux conducteurs d’induit. Un commutateur est constitué d’un ensemble de segments de cuivre isolés les uns des autres. Le nombre de segments est égal au nombre de bobines d’armature. Chaque segment est relié à une bobine d’induit et le commutateur est calé sur l’arbre. Les brosses sont généralement en carbone ou en graphite. Ils reposent sur des segments de collecteur et glissent sur les segments lorsque le collecteur tourne en gardant le contact physique pour collecter ou fournir le courant.

Commutateur

Principe de fonctionnement d’un générateur à courant continu:

Selon les lois de l’induction électromagnétique de Faraday, chaque fois qu’un conducteur est placé dans un champ magnétique variable (OU qu’un conducteur est déplacé dans un champ magnétique), une cem (force électromotrice) est induite dans le conducteur. L’amplitude de la cem induite peut être calculée à partir de l’équation de la cem du générateur de courant continu. Si le conducteur est muni d’un chemin fermé, le courant induit circulera dans le chemin. Dans un générateur à courant continu, les bobines de champ produisent un champ électromagnétique et les conducteurs d’induit sont tournés dans le champ. Ainsi, une cem induite électromagnétiquement est générée dans les conducteurs d’induit. La direction du courant induit est donnée par la règle de la main droite de Fleming.

Besoin d’un commutateur à anneau fendu:

Selon la règle de la main droite de Fleming, la direction du courant induit change chaque fois que la direction du mouvement du conducteur change. Considérons une armature tournant dans le sens des aiguilles d’une montre et un conducteur à gauche se déplace vers le haut. Lorsque l’armature termine une demi-rotation, la direction du mouvement de ce conducteur particulier sera inversée vers le bas. Par conséquent, le sens du courant dans chaque conducteur d’armature sera alternatif. Si vous regardez la figure ci-dessus, vous saurez comment la direction du courant induit est alternée dans un conducteur d’induit. Mais avec un commutateur à anneau fendu, les connexions des conducteurs d’induit sont également inversées lorsque l’inversion de courant se produit. Et par conséquent, nous obtenons un courant unidirectionnel aux bornes.

Types d’un générateur à courant continu:

Les générateurs à courant continu peuvent être classés en deux catégories principales, à savoir: (i) Excités séparément et (ii) autoexcités.
(i) Excités séparément: Dans ce type, les bobines de champ sont alimentées par une source de courant continu externe indépendante.
(ii) autoexcité: Dans ce type, les bobines de champ sont alimentées par le courant produit par le générateur lui-même. La génération initiale de CEM est due au magnétisme résiduel dans les pôles de champ. La CEM générée fait circuler une partie du courant dans les bobines de champ, renforçant ainsi le flux de champ et augmentant ainsi la génération de cem. Les générateurs CC autoexcités peuvent en outre être divisés en trois types –
(a) Enroulement de champ enroulé en série avec enroulement d’armature
(b) Enroulement de champ enroulé en shunt en parallèle avec enroulement d’armature
(c) Combinaison de bobinage composé de série et d’enroulement de shunt
Vous pouvez en savoir plus sur les types de générateur / machine à courant continu ici.