Construction d'un générateur à courant continu

Définition du générateur DC

Un générateur DC est défini comme un dispositif électrique qui convertit l'énergie mécanique en électricité continue (DC). Il fonctionne selon le principe de l'induction électromagnétique, lorsque un conducteur passe à travers un champ magnétique, il crée une différence de potentiel dans le conducteur, qui, si connecté à un circuit fermé, provoque un courant.

Structure du générateur DC

Jeu

Le jeu est généralement fabriqué en fonte ou en acier coulé, en fonction de la taille et du poids du générateur.

Utilisation du jeu

Il maintient les pôles magnétiques du générateur en place et agit comme un couvercle protecteur pour la machine.

Il transporte le flux magnétique produit par l'enroulement de champ.

Pôles magnétiques et enroulements de champ

Les pôles magnétiques et les enroulements de champ sont les composants fixes d'un générateur DC qui génèrent le champ magnétique principal dans la machine. Ils sont fixés à l'intérieur et à l'extérieur du jeu.

La tige verticale est faite d'acier laminé ou de fonte ou d'acier massif. La stratification réduit les pertes par courants de Foucault dans les pôles magnétiques. Les pôles sont saillants, ce qui signifie qu'ils s'avancent vers l'intérieur du jeu.

Armature

L'armature est définie comme la partie rotative d'un générateur DC qui porte l'enroulement d'armature dans lequel la force électromotrice est induite par le champ magnétique. Elle est montée sur un arbre qui tourne entre les pôles.

Le noyau de l'armature est fait d'acier laminé avec des rainures sur sa surface extérieure. Ces fentes sont utilisées pour maintenir les conducteurs de l'armature isolés les uns des autres et du noyau. La stratification réduit les pertes par courants de Foucault dans le noyau.

L'enroulement d'armature est formé en reliant plusieurs bobines de fil de cuivre ou de ruban isolé selon un motif spécifique. Il existe deux types d'enroulement d'armature : l'enroulement en chevauchement et l'enroulement en onde.

Enroulement en chevauchement : Dans ce type d'enroulement, chaque extrémité de bobine est connectée à un segment de collecteur adjacent et à une autre extrémité de bobine du même côté de l'armature.

Enroulement en onde : Dans ce type d'enroulement, chaque extrémité de bobine est connectée à un segment de collecteur qui est à une distance d'un pôle du segment de collecteur et connectée à une autre extrémité de bobine de l'autre côté de l'armature.

Collecteur

Un collecteur est un dispositif mécanique qui convertit la force électromotrice alternative induite dans l'enroulement d'armature en tension continue aux bornes de charge. Il agit comme un redresseur pour la production d'énergie DC.

Le collecteur est composé de segments en forme de coin en cuivre tiré au fil ou forgé, qui sont isolés les uns des autres et de l'arbre par des feuilles de mica. Chaque segment est connecté au conducteur de l'armature via un élévateur ou un connecteur.

Les segments du collecteur sont disposés en forme cylindrique sur l'axe et tournent avec l'axe. Le nombre de segments dépend du nombre de bobines dans l'enroulement d'armature.

Brosse électrique

Les brosses sont fabriquées en blocs de carbone ou de graphite qui collectent le courant des segments du collecteur et le transmettent à un circuit externe. Elles fournissent également le contact électrique entre les parties fixes et mobiles du générateur.

Les brosses sont logées dans des boîtes rectangulaires appelées supports de brosses, qui sont fixés à un jeu ou à un support de palier. Le support de brosse comporte un ressort qui permet de presser la brosse contre le collecteur avec une pression appropriée. La brosse doit être placée sur le collecteur là où la force électromotrice induite dans le conducteur de l'armature change de direction. Ces emplacements sont appelés zones neutres ou axes neutres géométriques (ANG).

Palier

Les paliers sont utilisés pour soutenir l'arbre rotatif du générateur et réduire le frottement entre l'arbre et les composants fixes. Ils permettent également à l'arbre de tourner de manière fluide et uniforme.

Pour les petits générateurs, des roulements à billes sont utilisés car ils ont un faible frottement et une haute efficacité. Pour les grands générateurs, des roulements à rouleaux sont utilisés car ils peuvent supporter des charges lourdes et des chocs.

Les paliers doivent être correctement lubrifiés pour assurer un fonctionnement fluide et une longue durée de vie du générateur. La lubrification peut se faire par anneaux d'huile, bains d'huile, coupelles de graisse ou systèmes de lubrification forcée.

Principe de fonctionnement

Lorsque l'armature tourne dans un champ magnétique, elle induit une force électromotrice dans le conducteur selon la loi de l'induction électromagnétique de Faraday.

Type de générateur DC

Générateur DC individuellement excité : Dans ce type, l'enroulement d'excitation est excité par une source de puissance DC externe indépendante, telle qu'une batterie ou un autre générateur DC.

Générateur DC auto-excité : Dans ce type, l'enroulement d'excitation est excité par sa propre tension générée après une magnétisation initiale par le magnétisme résiduel. Il existe trois sous-types : enroulement en série, enroulement divisé et enroulement composé.

Générateur DC à aimant permanent : Dans ce type, il n'y a pas d'enroulement de champ magnétique, mais un aimant permanent qui fournit un flux magnétique constant.

Applications

• Recharger les batteries de voitures, d'onduleurs et de panneaux solaires.

• Alimenter les moteurs de traction pour voitures électriques, trains et grues.

• Alimenter les machines à souder à l'arc, les équipements de galvanoplastie et les processus électrolytiques.

• Fournir de l'énergie à des zones éloignées où la transmission AC n'est pas réalisable ou économique.

• Alimenter les machines et circuits AC pour les tests.

Conclusion

Le générateur DC est un dispositif important pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique par induction électromagnétique. Il possède plusieurs composants, tels que le jeu, les pôles, l'enroulement de champ, l'armature, le collecteur, la brosse et le palier, qui travaillent ensemble pour produire un courant continu. Les générateurs DC peuvent être divisés en différents types selon leur méthode d'excitation. Les générateurs DC ont diverses applications dans différents domaines tels que la recharge de batteries, la traction, la soudure, la galvanoplastie, l'électrolyse et l'alimentation électrique à distance.