Construção de um Gerador DC

Definição de gerador DC

Um gerador DC é definido como um dispositivo elétrico que converte energia mecânica em eletricidade de corrente contínua (DC). Funciona de acordo com o princípio da indução eletromagnética, quando um condutor passa por um campo magnético, cria uma diferença de potencial no condutor, que, se conectado a um circuito fechado, causa a circulação de corrente.

Estrutura do gerador DC

Jáurea

A jáurea geralmente é feita de ferro fundido ou aço fundido, dependendo do tamanho e peso do gerador.

Uso da jáurea

Ela mantém os polos magnéticos do gerador no lugar e atua como uma cobertura protetora para a máquina.

Transporta o fluxo magnético produzido pelo enrolamento de campo.

Polos magnéticos e enrolamentos de campo

Os polos magnéticos e os enrolamentos de campo são os componentes estacionários de um gerador DC que geram o campo magnético principal na máquina. Eles são fixados no interior e exterior da jáurea.

A barra vertical é feita de aço laminado ou ferro fundido sólido. A laminação reduz as perdas por correntes parasitas nos polos magnéticos. Os polos são salientes, o que significa que eles se projetam para dentro da jáurea.

Âncora

A âncora é definida como a parte rotativa de um gerador DC que carrega o enrolamento de âncora, no qual a força eletromotriz é induzida pelo campo magnético. É montada em um eixo que gira entre os polos.

O núcleo da âncora é feito de aço laminado com ranhuras em sua superfície externa. Essas ranhuras são usadas para segurar os condutores de âncora isolados uns dos outros e do núcleo. A laminação reduz as perdas por correntes parasitas no núcleo.

O enrolamento de âncora é formado pela conexão de várias bobinas de fio ou fita de cobre isolados em um padrão específico. Existem dois tipos de enrolamento de âncora: enrolamento lap e enrolamento ondulado.

Enrolamento lap: Neste tipo de enrolamento, cada extremidade da bobina é conectada a um segmento adjacente do coletor e a outra extremidade da bobina do mesmo lado da âncora.

Enrolamento ondulado: Neste tipo de enrolamento, cada extremidade da bobina é conectada a um segmento do coletor que está a uma distância de um polo do segmento do coletor e conectada a outra extremidade da bobina do outro lado da âncora.

Coletor

Um coletor é um dispositivo mecânico que converte a força eletromotriz alternada induzida no enrolamento de âncora em tensão contínua nas extremidades do terminal de carga. Atua como um retificador para a geração de energia contínua.

O coletor consiste em segmentos em forma de cunha de cobre forjado a frio ou laminado, que são isolados uns dos outros e do eixo por folhas de mica. Cada segmento está conectado ao condutor de âncora via um elevador ou conector.

Os segmentos do coletor são dispostos em forma cilíndrica no eixo e giram com o eixo. O número de segmentos depende do número de bobinas no enrolamento de âncora.

Escova elétrica

As escovas são feitas de blocos de carbono ou grafite que coletam corrente do segmento do coletor e a transmitem a um circuito externo. Elas também fornecem contato elétrico entre as partes estacionária e rotativa do gerador.

As escovas são alojadas em caixas retangulares chamadas suportes de escova, que são fixados à jáurea ou ao suporte de rolamento. O suporte de escova tem uma mola que permite que a escova seja pressionada contra o coletor com a pressão apropriada. A escova deve ser colocada no coletor onde a força eletromotriz induzida no condutor de âncora muda de direção. Essas localizações são chamadas de zonas neutras ou eixos neutros geométricos (GNA).

Rolamento

Os rolamentos são usados para suportar o eixo rotativo do gerador e reduzir o atrito entre o eixo e os componentes estacionários. Eles também permitem que o eixo gire suavemente e uniformemente.

Para geradores pequenos, são usados rolamentos de esferas, pois têm baixo atrito e alta eficiência. Para geradores grandes, são usados rolamentos de rolos, pois podem suportar cargas pesadas e choques.

Os rolamentos devem ser lubrificados adequadamente para garantir o funcionamento suave e longa vida útil do gerador. A lubrificação pode ser feita através de anéis de óleo, banhos de óleo, copos de graxa ou sistemas de lubrificação forçada.

Princípio de funcionamento

Quando a âncora gira em um campo magnético, induz uma força eletromotriz no condutor de acordo com a lei de Faraday de indução eletromagnética.

Tipo de gerador DC

Gerador DC excitado individualmente: Neste tipo, o enrolamento de excitação é excitado por uma fonte de alimentação DC externa independente, como uma bateria ou outro gerador DC.

Gerador DC autoexcitado: Neste tipo, o enrolamento de excitação é excitado por sua própria tensão gerada após a magnetização inicial através do magnetismo residual. Existem três subtipos: enrolamento série, enrolamento dividido e enrolamento composto.

Gerador DC de ímã permanente: Neste tipo, não há enrolamento de campo, mas um ímã permanente que fornece um fluxo magnético constante.

Aplicações

• Carregar baterias de carros, inversores e painéis solares.

• Alimentar motores de tração para carros elétricos, trens e guindastes.

• Fornecer energia para máquinas de soldagem a arco, equipamentos de eletreplatação e processos eletrolíticos.

• Fornecer energia a áreas remotas onde a transmissão AC não é viável ou econômica.

• Fornecer energia para testar máquinas e circuitos CA.

Conclusão

O gerador DC é um dispositivo importante para converter energia mecânica em energia elétrica por meio de indução eletromagnética. Possui vários componentes, como jáurea, polos, enrolamento de campo, âncora, coletor, escova e rolamento, que trabalham juntos para produzir corrente contínua. Os geradores DC podem ser divididos em diferentes tipos de acordo com seu método de excitação. Os geradores DC têm uma variedade de aplicações em diferentes campos, como carregamento de baterias, tração, soldagem, eletreplatação, eletrolise e fornecimento de energia remota.