Construcción de un generador de corriente continua

Definición de generador DC

Un generador DC se define como un dispositivo eléctrico que convierte la energía mecánica en electricidad de corriente directa (DC). Funciona según el principio de la inducción electromagnética, cuando un conductor pasa a través de un campo magnético, crea una diferencia de potencial en el conductor, lo que, si está conectado a un circuito cerrado, provoca que fluya una corriente.

Estructura del generador DC

Yugo

El yugo generalmente está hecho de hierro fundido o acero fundido, dependiendo del tamaño y peso del generador.

Uso del yugo

Sostiene los polos magnéticos del generador en su lugar y actúa como una cubierta protectora para la máquina.

Transporta el flujo magnético producido por el devanado de campo.

Polos magnéticos y devanados de campo

Los polos magnéticos y los devanados de campo son los componentes estacionarios de un generador DC que generan el campo magnético principal en la máquina. Están atornillados al interior y exterior del yugo.

La barra vertical está hecha de acero laminado o de hierro o acero macizo. La laminación reduce las pérdidas por corrientes de Foucault en los polos magnéticos. Los polos son salientes, lo que significa que sobresalen hacia adentro desde el yugo.

Armazón

El armazón se define como la parte rotativa de un generador DC que lleva el devanado de armazón en el cual se induce la fuerza electromotriz por el campo magnético. Está montado en un eje que gira entre los polos.

El núcleo del armazón está hecho de acero laminado con ranuras en su superficie externa. Estas ranuras se utilizan para sostener los conductores del armazón aislados entre sí y del núcleo. La laminación reduce las pérdidas por corrientes de Foucault en el núcleo.

El devanado del armazón se forma conectando varios bobinados de hilo o cinta de cobre aislado en un patrón específico. Hay dos tipos de devanado de armazón: devanado en lágrima y devanado ondulado.

Devanado en lágrima: En este tipo de devanado, cada extremo de bobina está conectado a un segmento de colector contiguo y otro extremo de bobina en el mismo lado del armazón.

Devanado ondulado: En este tipo de devanado, cada extremo de bobina está conectado a un segmento de colector que está a una distancia de polo de distancia del segmento de colector y conectado a otro extremo de bobina en el otro lado del armazón.

Colector

Un colector es un dispositivo mecánico que convierte la fuerza electromotriz alterna inducida en el devanado del armazón en tensión continua en ambos terminales de carga. Actúa como un rectificador para la generación de corriente continua.

El colector consta de segmentos en forma de cuña de cobre forjado o laminado que están aislados entre sí y del eje por láminas de mica. Cada segmento está conectado al conductor del armazón mediante un elevador o conector.

Los segmentos del colector están dispuestos en forma cilíndrica sobre el eje y giran con el eje. El número de segmentos depende del número de bobinas en el devanado del armazón.

Cepillo eléctrico

Los cepillos están hechos de bloques de carbón o grafito que recogen la corriente del segmento del colector y la transmiten a un circuito externo. También proporcionan contacto eléctrico entre las partes estacionarias y rotativas del generador.

Los cepillos están alojados en cajas rectangulares llamadas soportes de cepillos, que están fijadas a un yugo o soporte de rodamiento. El soporte de cepillos tiene un resorte que permite que el cepillo se presione contra el colector con la presión adecuada. El cepillo debe colocarse en el colector donde la fuerza electromotriz inducida en el conductor del armazón cambia de dirección. Estas ubicaciones se llaman zonas neutras o ejes neutros geométricos (GNA).

Rueda libre

Las ruedas libres se utilizan para soportar el eje rotativo del generador y reducir la fricción entre el eje y los componentes estacionarios. También permiten que el eje gire de manera suave y uniforme.

Para generadores pequeños, se utilizan ruedas libres de bolas porque tienen baja fricción y alta eficiencia. Para generadores grandes, se utilizan ruedas libres de rodillos porque pueden soportar cargas pesadas y golpes.

Las ruedas libres deben estar correctamente lubricadas para garantizar un funcionamiento suave y una larga vida útil del generador. La lubricación puede realizarse a través de anillos de aceite, baños de aceite, tazas de grasa o sistemas de lubricación forzada.

Principio de funcionamiento

Cuando el armazón gira en un campo magnético, induce una fuerza electromotriz en el conductor según la ley de Faraday de la inducción electromagnética.

Tipo de generador DC

Generador DC excitado individualmente: En este tipo, el devanado de excitación se excita por una fuente externa independiente de corriente continua, como una batería u otro generador DC.

Generador DC autoexcitado: En este tipo, el devanado de excitación se excita por su propia tensión generada después de la magnetización inicial a través del magnetismo residual. Hay tres subtipos: devanado en serie, devanado dividido y devanado compuesto.

Generador DC de imán permanente: En este tipo, no hay un devanado de campo, sino un imán permanente que proporciona un flujo magnético constante.

Aplicaciones

• Carga de baterías para automóviles, inversores y paneles solares.

• Alimentación de motores de tracción para automóviles eléctricos, trenes y grúas.

• Alimentación para máquinas de soldadura por arco, equipos de electrochapado y procesos electrolíticos.

• Proporcionar energía a áreas remotas donde la transmisión de CA no es factible o económica.

• Suministro de energía para probar máquinas y circuitos de CA.

Conclusión

El generador DC es un dispositivo importante para convertir la energía mecánica en energía eléctrica por inducción electromagnética. Tiene varios componentes, como el yugo, los polos, el devanado de campo, el armazón, el colector, los cepillos y las ruedas libres, que trabajan juntos para producir corriente directa. Los generadores DC se pueden dividir en diferentes tipos según su método de excitación. Los generadores DC tienen una variedad de aplicaciones en diferentes campos, como la carga de baterías, la tracción, la soldadura, el electrochapado, la electrólisis y el suministro de energía remota.