Costruzione di un generatore a corrente continua

Definizione di generatore DC

Un generatore DC è definito come un dispositivo elettrico che converte l'energia meccanica in corrente continua (DC). Funziona secondo il principio dell'induzione elettromagnetica, quando un conduttore passa attraverso un campo magnetico, crea una differenza di potenziale nel conduttore, che, se collegato a un circuito chiuso, causa il flusso di corrente.

Struttura del generatore DC

Incastellatura

L'incastellatura è solitamente realizzata in ghisa o acciaio fuso, a seconda delle dimensioni e del peso del generatore.

Uso dell'incastellatura

Mantiene i poli magnetici del generatore al loro posto e funge da copertura protettiva per la macchina.

Trasporta il flusso magnetico prodotto dall'avvolgimento di campo.

Poli magnetici e avvolgimenti di campo

I poli magnetici e gli avvolgimenti di campo sono le componenti fisse di un generatore DC che generano il campo magnetico principale nella macchina. Sono fissati all'interno ed all'esterno dell'incastellatura.

La barra verticale è realizzata in acciaio laminato o in ghisa o acciaio solido. La lamina riduce le perdite per correnti indotte nei poli magnetici. I poli sono sporgenti, il che significa che sporgono verso l'interno dall'incastellatura.

Armatura

L'armatura è definita come la parte rotante di un generatore DC che trasporta l'avvolgimento di armatura in cui viene indotta la forza elettromotrice dal campo magnetico. È montata su un albero che ruota tra i poli.

Il nucleo dell'armatura è realizzato in acciaio laminato con scanalature sulla sua superficie esterna. Queste scanalature vengono utilizzate per tenere i conduttori dell'armatura isolati l'uno dall'altro e dal nucleo. La lamina riduce le perdite per correnti indotte nel nucleo.

L'avvolgimento di armatura è formato collegando diversi rocchetti di filo di rame o nastro isolato in uno specifico schema. Esistono due tipi di avvolgimento di armatura: avvolgimento a sovrapposizione e avvolgimento ondulato.

Avvolgimento a sovrapposizione: In questo tipo di avvolgimento, ciascuna estremità del rocchetto è collegata a un segmento adiacente del commutatore e a un'altra estremità del rocchetto sullo stesso lato dell'armatura.

Avvolgimento ondulato: In questo tipo di avvolgimento, ciascuna estremità del rocchetto è collegata a un segmento del commutatore che si trova a una distanza di un polo dal segmento del commutatore e collegata a un'altra estremità del rocchetto sull'altro lato dell'armatura.

Commutatore

Un commutatore è un dispositivo meccanico che converte la forza elettromotrice alternata indotta nell'avvolgimento di armatura in tensione continua ai terminali di carico. Funziona come un rettificatore per la generazione di energia DC.

Il commutatore è composto da segmenti a forma di cuneo di rame tratto duro o lavorato a freddo, isolati l'uno dall'altro e dall'albero tramite fogli di mica. Ogni segmento è collegato al conduttore dell'armatura tramite un risalitore o connettore.

I segmenti del commutatore sono disposti in forma cilindrica sull'asse e ruotano con l'asse. Il numero di segmenti dipende dal numero di rocchetti nell'avvolgimento di armatura.

Spazzola elettrica

Le spazzole sono realizzate in blocchi di carbonio o grafite che raccolgono la corrente dai segmenti del commutatore e la trasmettono a un circuito esterno. Forniscono anche il contatto elettrico tra le parti stazionarie e rotanti del generatore.

Le spazzole sono alloggiate in scatole rettangolari chiamate supporti per spazzole, che sono fissati all'incastellatura o al supporto dei cuscinetti. Il supporto per spazzole ha una molla che permette alla spazzola di essere premuta contro il commutatore con la pressione appropriata. La spazzola dovrebbe essere posizionata sul commutatore dove la forza elettromotrice indotta nel conduttore dell'armatura cambia la sua direzione. Questi punti sono chiamati zone neutre o assi neutrali geometrici (GNA).

Cuscinetto

I cuscinetti vengono utilizzati per supportare l'albero rotante del generatore e ridurre l'attrito tra l'albero e le componenti stazionarie. Consentono inoltre all'albero di ruotare in modo fluido e uniforme.

Per generatori piccoli, vengono utilizzati cuscinetti a sfere perché hanno basso attrito ed elevata efficienza. Per generatori grandi, vengono utilizzati cuscinetti a rulli perché possono sopportare carichi pesanti e urti.

I cuscinetti devono essere lubrificati correttamente per garantire un funzionamento fluido e una lunga durata del generatore. La lubrificazione può essere eseguita tramite anelli d'olio, bagni d'olio, tazze di grasso o sistemi di lubrificazione forzata.

Principio di funzionamento

Quando l'armatura ruota in un campo magnetico, induce una forza elettromotrice nel conduttore secondo la legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

Tipi di generatore DC

Generatore DC eccitato separatamente: In questo tipo, l'avvolgimento di eccitazione è eccitato da una fonte di alimentazione DC esterna indipendente, come una batteria o un altro generatore DC.

Generatore DC autoeccitato: In questo tipo, l'avvolgimento di eccitazione è eccitato dalla propria tensione generata dopo la magnetizzazione iniziale tramite magnetismo residuo. Esistono tre sottotipi: avvolgimento in serie, avvolgimento diviso e avvolgimento composto.

Generatore DC a magnete permanente: In questo tipo, non esiste un avvolgimento di campo, ma un magnete permanente che fornisce un flusso magnetico costante.

Applicazioni

• Ricarica batterie per automobili, inverter e pannelli solari.

• Alimentazione motori di trazione per auto elettriche, treni e gru.

• Alimentazione per macchine da saldatura ad arco, attrezzature per galvanoplastica e processi elettrolitici.

• Fornitura di energia a zone remote dove la trasmissione AC non è fattibile o economica.

• Fornitura di energia per testare macchine e circuiti AC.

Conclusione

Il generatore DC è un dispositivo importante per convertire l'energia meccanica in energia elettrica mediante induzione elettromagnetica. Ha diverse componenti, come l'incastellatura, i poli, l'avvolgimento di campo, l'armatura, il commutatore, le spazzole e i cuscinetti, che lavorano insieme per produrre corrente continua. I generatori DC possono essere suddivisi in diversi tipi in base al loro metodo di eccitazione. I generatori DC hanno una varietà di applicazioni in diversi campi, come la ricarica delle batterie, la trazione, la saldatura, la galvanoplastica, l'elettrolisi e la fornitura di energia remota.