Com funciona un generador de corrent contínua?
Com funciona un generador de corrent contínua (CC)?
Definició del generador de CC
Un generador de corrent contínua (CC) és un dispositiu que converteix la potència mecànica en energia elèctrica directa utilitzant el principi de l'inducció electromagnètica.
Llei de Faraday
Aquesta llei estableix que quan un conductor es mou en un camp magnètic talla les línies de força magnètica, el que induix una força electromotriu (FEM) al conductor.
La magnitud de la FEM induïda depèn de la velocitat de canvi del flux magnètic enllaçat amb el conductor. Aquesta FEM causarà un flux de corrent si el circuit del conductor està tancat.
Les dues parts més essencials d'un generador són:
El camp magnètic
Conductors que es moguin dins d'aquest camp magnètic.
Ara que entenem els conceptes bàsics, podem discutir el principi de funcionament d'un generador de CC. També podria ser útil aprendre sobre els tipus de generadors de CC.
Operació d'un bucle únic
En un generador de CC d'un sol bucle, la rotació del bucle en un camp magnètic induïx una FEM, i la direcció de la corrent es determina per la regla de la mà dreta de Fleming.
En la figura superior, un sol bucle de conductor de forma rectangular es col·loca entre dos pols oposats d'un imant.
Considerem el bucle rectangular del conductor ABCD, que gira dins del camp magnètic al voltant del seu eix ab.
Quan el bucle gira de la seva posició vertical a la seva posició horitzontal, talla les línies de flux del camp. Com que durant aquest moviment, els costats AB i CD del bucle tallen les línies de flux, hi haurà una FEM induïda en ambdós costats (AB i BC) del bucle.
Com que el bucle es tanca, hi haurà una corrent circulant pel bucle. La direcció de la corrent es pot determinar per la regla de la mà dreta de Fleming.
Aquesta regla diu que si estireu el polze, el dit índex i el dit mig de la mà dreta perpendicularment entre si, llavors el polze indica la direcció del moviment del conductor, el dit índex indica la direcció del camp magnètic, és a dir, de N a S, i el dit mig indica la direcció del flux de la corrent a través del conductor.
Si apliquem aquesta regla de la mà dreta, veurem que, en aquesta posició horitzontal del bucle, la corrent fluirà del punt A al B, i en l'altra banda del bucle, la corrent fluirà del punt C al D.
Si deixem que el bucle continue girant, tornarà a la seva posició vertical, però ara el costat superior del bucle serà CD, i el costat inferior serà AB (just el contrari de la posició vertical anterior).
En aquesta posició, el moviment tangent dels costats del bucle és paral·lel a les línies de flux del camp. Per tant, no hi haurà cap tallament de flux, i, en conseqüència, no hi haurà corrent en el bucle.
Si el bucle continua girant, torna a la posició horitzontal. Ara, el costat AB del bucle es troba davant del pol N, i CD es troba davant del pol S, és a dir, just el contrari de la posició horitzontal anterior, com es mostra en la figura adjunta.
Aquí, el moviment tangent del costat del bucle és perpendicular a les línies de flux; per tant, la velocitat de tallament de flux és màxima aquí, i, segons la regla de la mà dreta de Fleming, en aquesta posició, la corrent fluirà del B al A, i en l'altra banda, del D al C.
Si el bucle continua girant al voltant del seu eix, cada vegada que el costat AB es troba davant del pol S, la corrent fluirà de A a B. Quan es troba davant del pol N, la corrent fluirà de B a A.
De manera similar, cada vegada que el costat CD es troba davant del pol S, la corrent fluirà de C a D. Quan el costat CD es troba davant del pol N, la corrent fluirà de D a C.
Si observem aquest fenomen d'una manera diferent, podem concloure que cada vegada que un costat del bucle es troba davant del pol N, la corrent fluirà a través d'aquest costat en la mateixa direcció, és a dir, cap avall respecte al pla de referència.
De manera similar, cada vegada que un costat del bucle es troba davant del pol S, la corrent a través d'ell fluirà en la mateixa direcció, és a dir, cap amunt des del pla de referència. A partir d'això, arribarem al tema del principi del generador de CC.
Ara el bucle es tanca i es connecta amb un anell escindit com es mostra en la figura inferior. Els anells escindits, fets d'un cilindre conductor, es tallen en dos meitats o segments aïllats entre si.
Connectem els terminals de càrrega externa amb dos pincels de carboni que reposen en aquests segments d'anell escindit.
Commutador i pincels
Els anells escindits (commutadors) i els pincels de carboni asseguren que la corrent romangui unidireccional invertint les connexions a mesura que el bucle gira.
Posicionament dels pincels
Els pincels es posicionen de manera que la FEM sigui zero quan la bobina estigui perpendicular al camp magnètic, permetent un flux de corrent suau.
Principi de funcionament del generador de CC
Podem veure que en la primera meitat de la revolució, la corrent sempre flueix a través de ABLMCD, és a dir, el pincel número 1 en contacte amb el segment a. En la següent meitat de revolució, en la figura, la direcció de la corrent induïda en la bobina es reverteix. Però alhora, la posició dels segments a i b també es reverteix, de manera que el pincel número 1 entra en contacte amb el segment b.
Per tant, la corrent en la resistència de càrrega torna a fluir de L a M. La forma d'ona de la corrent a través del circuit de càrrega és com es mostra en la figura. Aquesta corrent és unidireccional.
El contingut anterior explica el principi de funcionament bàsic del generador de CC, il·lustrat mitjançant el model d'un generador d'un sol bucle.
Les posicions dels pincels del generador de CC són tal que el canvi de segments a i b d'un pincel a l'altre es produeix quan el pla de la bobina rotativa està a angle recte respecte al pla de les línies de força. En aquesta posició, la FEM induïda en la bobina és zero.
