Construcció d'un generador de corrent contínua

Definició de generador DC

Un generador DC es defineix com un dispositiu elèctric que converteix l'energia mecànica en electricitat de corrent contínua (DC). Funciona segons el principi de la inducció electromagnètica, quan un conductor passa a través d'un camp magnètic, crea una diferència de potencial al conductor, que, si està connectat a un circuit tancat, provoca que hi hagi una corrent.

Estructura del generador DC

Arbre

L'arbre sol estar fet de ferro fosc o acer fundit, depenent de la mida i pes del generador.

Ús de l'arbre

Mantenir els pols magnètics del generador en lloc i actuar com a cobertura protectora per a la màquina.

Porta el flux magnètic produït pel bobinat de camp.

Pols magnètics i bobinat de camp

Els pols magnètics i el bobinat de camp són els components estacionaris d'un generador DC que generen el camp magnètic principal a la màquina. Estan fixats a l'interior i exterior de l'arbre.

La barra vertical està feta d'acer laminat o ferro fosc o acer maciç. La laminació reduïx les pèrdues de corrents de Foucault als pols magnètics. Els pols són salients, és a dir, sobresorgeixen cap a l'interior de l'arbre.

Armadura

L'armadura es defineix com la part rotativa d'un generador DC que porta el bobinat d'armadura on s'indueix la força electromotriu pel camp magnètic. S'estableix en un eix que gira entre els pols.

El nucli de l'armadura està fet d'acer laminat amb ranures a la seva superfície externa. Aquestes ranures s'utilitzen per mantenir els conductors d'armadura aïllats entre ells i del nucli. La laminació reduïx les pèrdues de corrents de Foucault al nucli.

El bobinat d'armadura es forma connectant diverses bobines de fil de cobre aïllat o cinta en un patró específic. Hi ha dos tipus de bobinat d'armadura: bobinat de llanç i bobinat ondulat.

Bobinat de llanç: En aquest tipus de bobinat, cada extrem de la bobina es connecta a un segment de commutador adjacent i un altre extrem de bobina al mateix costat de l'armadura.

Bobinat ondulat: En aquest tipus de bobinat, cada extrem de la bobina es connecta a un segment de commutador que està a una distància de pol del segment de commutador i connectat a un altre extrem de bobina a l'altre costat de l'armadura.

Commutador

Un commutador és un dispositiu mecànic que converteix la força electromotriu alternada induïda en el bobinat d'armadura en tensió de corrent contínua (DC) als extrems del terminal de càrrega. Actua com un redressador per a la generació d'energia de corrent contínua.

El commutador consta de segments de forma de cuña de cobre forjat o laminat que estan aïllats entre ells i de l'eix mitjançant fulles de mica. Cada segment està connectat al conductor d'armadura mitjançant un elevador o connector.

Els segments del commutador estan disposats en forma cilíndrica sobre l'eix i giran amb l'eix. El nombre de segments depèn del nombre de bobines en el bobinat d'armadura.

Escovetes elèctriques

Les escovetes estan fetes de blocs de carboni o grafit que recullen la corrent del segment de commutador i la transmeten a un circuit extern. També proporcionen contacte elèctric entre les parts estacionàries i rotatives del generador.

Les escovetes estan allotjades en caixes rectangulars anomenades suports d'escovetes, que estan fixades a un arbre o suport de rodaments. El suport d'escovetes té una molla que permet que l'escoveta s'apreti contra el commutador amb la pressió adequada. L'escoveta s'ha de col·locar al commutador on la força electromotriu induïda al conductor d'armadura canvia de direcció. Aquests llocs s'anomenen zones neutres o eixos neutres geomètrics (GNA).

Rodalits

Els rodaments s'utilitzen per suportar l'eix rotatiu del generador i reduir la fricció entre l'eix i els components estacionaris. També permeten que l'eix giri suavement i uniformement.

Per a petits generadors, s'utilitzen rodaments de bales perquè tenen baixa fricció i alta eficiència. Per a grans generadors, s'utilitzen rodaments de rodalies perquè poden suportar càrregues pesades i xocs.

Els rodaments han de ser lubrificats correctament per assegurar un funcionament suau i una llarga vida útil del generador. La lubrificació es pot fer mitjançant anells d'oli, banys d'oli, caps de grasa o sistemes de lubrificació forçada.

Principi de funcionament

Quan l'armadura gira en un camp magnètic, induïx una força electromotriu al conductor segons la llei de Faraday de la inducció electromagnètica.

Tipus de generador DC

Generador DC excitat individualment: En aquest tipus, el bobinat d'excitació es veu excitat per una font de corrent contínua externa independent, com una bateria o un altre generador DC.

Generador DC autoexcitat: En aquest tipus, el bobinat d'excitació es veu excitat per la seva pròpia tensió generada després de la magnetització inicial a través de la magnetització residual. Hi ha tres subtipus: bobinat en sèrie, bobinat dividit i bobinat compost.

Generador DC de magnet permanent: En aquest tipus, no hi ha bobinat de camp magnètic, sinó un imant permanent que proporciona un flux magnètic constant.

Aplicacions

• Càrrega de bateries per cotxes, inversors i panells solars.

• Alimentació de motors de tracció per cotxes elèctrics, trens i grúes.

• Alimentació per màquines de soldadura per arc, equips d'electrorrevestiment i processos electroquímics.

• Proveïment d'energia a zones remotes on la transmissió AC no és factible o econòmica.

• Alimentació per a proves de màquines i circuits AC.

Conclusió

El generador DC és un dispositiu important per convertir l'energia mecànica en energia elèctrica mitjançant la inducció electromagnètica. Té diversos components, com ara l'arbre, els pols, el bobinat de camp, l'armadura, el commutador, les escovetes i els rodaments, que treballen junts per produir corrent contínua. Els generadors DC es poden dividir en diferents tipus segons el seu mètode d'excitació. Els generadors DC tenen una varietat d'aplicacions en diferents camps com la càrrega de bateries, la tracció, la soldadura, l'electrorrevestiment, l'electrolisi i el proveïment d'energia a zones remotes.