Comment fonctionne un générateur à courant continu

Comment fonctionne un générateur à courant continu ?

Définition d'un générateur à courant continu

Un générateur à courant continu est un dispositif qui convertit la puissance mécanique en électricité directe en utilisant le principe de l'induction électromagnétique.

Loi de Faraday

Cette loi stipule qu'un conducteur en mouvement dans un champ magnétique coupe les lignes de force magnétiques, ce qui induit une force électromotrice (FEM) dans le conducteur.

L'intensité de la FEM induite dépend du taux de variation du flux magnétique lié au conducteur. Cette FEM provoquera un courant si le circuit du conducteur est fermé.

Les deux parties essentielles d'un générateur sont :

• Le champ magnétique

• Les conducteurs qui se déplacent à l'intérieur de ce champ magnétique.

Maintenant que nous comprenons les bases, nous pouvons discuter du principe de fonctionnement d'un générateur à courant continu. Vous pouvez également trouver utile d'apprendre sur les types de générateurs à courant continu.

Opération à boucle unique

Dans un générateur à courant continu à boucle unique, la rotation de la boucle dans un champ magnétique induit une FEM, et le sens du courant est déterminé par la règle de la main droite de Fleming.

Sur la figure ci-dessus, une boucle unique de conducteur de forme rectangulaire est placée entre deux pôles opposés d'un aimant.

Considérons la boucle rectangulaire du conducteur ABCD, qui tourne à l'intérieur du champ magnétique autour de son axe ab.

Lorsque la boucle tourne de sa position verticale à sa position horizontale, elle coupe les lignes de flux du champ. Pendant ce mouvement, les deux côtés, c'est-à-dire AB et CD de la boucle, coupent les lignes de flux, il y aura donc une FEM induite dans les deux côtés (AB et BC) de la boucle.

Comme la boucle est fermée, il y aura un courant circulant à travers la boucle. Le sens du courant peut être déterminé par la règle de la main droite de Fleming.

Cette règle dit que si vous étendez le pouce, l'index et le majeur de votre main droite perpendiculairement les uns aux autres, alors le pouce indique le sens du mouvement du conducteur, l'index indique le sens du champ magnétique, c'est-à-dire du pôle N vers le pôle S, et le majeur indique le sens de l'écoulement du courant à travers le conducteur.

Maintenant, si nous appliquons cette règle de la main droite, nous verrons que, dans cette position horizontale de la boucle, le courant circulera de A à B, et de l'autre côté de la boucle, le courant circulera de C à D.

Si nous permettons à la boucle de se déplacer plus loin, elle reviendra à sa position verticale, mais maintenant, le côté supérieur de la boucle sera CD, et le côté inférieur sera AB (juste l'inverse de la position verticale précédente).

À cette position, le mouvement tangentiel des côtés de la boucle est parallèle aux lignes de flux du champ. Il n'y aura donc pas de question de coupure de flux, et par conséquent, il n'y aura pas de courant dans la boucle.

Si la boucle tourne davantage, elle revient à nouveau en position horizontale. Mais maintenant, le côté AB de la boucle se trouve devant le pôle N, et CD se trouve devant le pôle S, c'est-à-dire exactement l'inverse de la position horizontale précédente, comme le montre la figure ci-contre.

Ici, le mouvement tangentiel du côté de la boucle est perpendiculaire aux lignes de flux ; par conséquent, le taux de coupure de flux est maximal ici, et selon la règle de la main droite de Fleming, à cette position, le courant circule de B à A et de l'autre côté de D à C.

Si la boucle continue à tourner autour de son axe. Chaque fois que le côté AB se trouve devant le pôle S, le courant circule de A à B. De nouveau, lorsqu'il se trouve devant le pôle N, le courant circule de B à A.

De même, chaque fois que le côté CD se trouve devant le pôle S, le courant circule de C à D. Lorsque le côté CD se trouve devant le pôle N, le courant circule de D à C.

Si nous observons ce phénomène différemment, nous pouvons conclure que chaque fois qu'un côté de la boucle se trouve devant le pôle N, le courant circulera à travers ce côté dans le même sens, c'est-à-dire vers le bas par rapport au plan de référence.

De même, chaque fois qu'un côté de la boucle se trouve devant le pôle S, le courant qui le traverse circule dans le même sens, c'est-à-dire vers le haut par rapport au plan de référence. À partir de cela, nous viendrons au sujet du principe du générateur à courant continu.

Maintenant, la boucle est ouverte et connectée à un anneau fendu comme le montre la figure ci-dessous. Les anneaux fendus, faits d'un cylindre conducteur, sont coupés en deux moitiés ou segments isolés les uns des autres.

Nous connectons les bornes de charge externe avec deux balais en carbone qui reposent sur ces segments d'anneau fendu.

Commutateur et balais

Les anneaux fendus (commutateurs) et les balais en carbone assurent que le courant reste unidirectionnel en inversant les connexions lorsque la boucle tourne.

Positionnement des balais

Les balais sont positionnés de telle manière que la FEM soit nulle lorsque la bobine est perpendiculaire au champ magnétique, permettant un écoulement de courant fluide.

Principe de fonctionnement du générateur à courant continu

On peut voir que pendant la première moitié de la révolution, le courant circule toujours selon ABLMCD, c'est-à-dire que le balai n°1 est en contact avec le segment a. Dans la deuxième moitié de la révolution, sur la figure, le sens du courant induit dans la bobine est inversé. Mais en même temps, la position des segments a et b est également inversée, ce qui entraîne que le balai n°1 entre en contact avec le segment b.

Ainsi, le courant dans la résistance de charge circule à nouveau de L à M. La forme d'onde du courant à travers le circuit de charge est comme montré sur la figure. Ce courant est unidirectionnel.

Le contenu ci-dessus est le principe de base de fonctionnement du générateur à courant continu, expliqué par le modèle de générateur à boucle unique.

Les positions des balais du générateur à courant continu sont telles que le changement de segments a et b d'un balai à l'autre se produit lorsque le plan de la bobine en rotation est à angle droit par rapport au plan des lignes de force. Pour se retrouver dans cette position, la FEM induite dans la bobine est nulle.