Como funciona un xerador DC

Como funciona un xerador DC?

Definición de xerador DC

Un xerador DC é un dispositivo que converte a potencia mecánica en corrente eléctrica directa utilizando o principio da indución electromagnética.

Lei de Faraday

Esta lei establece que cando un conductor se move nun campo magnético corta as liñas de forza magnética, o que induce unha forza electromotriz (FEM) no conductor.

A magnitude da FEM inducida depende da taxa de cambio do enlace do fluxo magnético co conductor. Esta FEM provocará unha corrente se o circuito do conductor está pechado.

As dúas partes máis esenciais dun xerador son:

• O campo magnético

• Conductores que se moven dentro desse campo magnético.

Xa que entendemos os conceptos básicos, podemos discutir o principio de funcionamento dun xerador DC. Tamén pode resultar útil aprender sobre os tipos de xeradores DC.

Operación de bucle único

Nun xerador DC de bucle único, a rotación do bucle nun campo magnético induce FEM, e a dirección da corrente determinase pola regra da man dereita de Fleming.

Na figura superior, un único bucle de condutor de forma rectangular colócase entre dous polos opostos dun imán.

Consideremos o bucle rectangular do condutor ABCD, que rota dentro do campo magnético sobre o seu eixe ab.

Cando o bucle rota da súa posición vertical á súa posición horizontal, corta as liñas de fluxo do campo. Durante este movemento, dous lados, isto é, AB e CD do bucle cortan as liñas de fluxo, polo que hai unha FEM inducida en ambos os lados (AB e BC) do bucle.

Ao pecharse o bucle, haxa unha corrente circulando a través do bucle. A dirección da corrente pódese determinar pola regra da man dereita de Fleming.

Esta regra di que se estendes o polegar, o dedo índice e o dedo medio da túa man dereita perpendicularmente uns aos outros, entón o polegar indica a dirección do movemento do conductor, o dedo índice indica a dirección do campo magnético, isto é, polo N ao polo S, e o dedo medio indica a dirección do flujo da corrente a través do conductor.

Agora, se aplicamos esta regra da man dereita, veremos que nesta posición horizontal do bucle, a corrente fluirá desde o punto A ata B e no outro lado do bucle, a corrente fluirá desde o punto C ata D.

Agora, se permitimos que o bucle se mueva máis, volverá á súa posición vertical, pero agora o lado superior do bucle será CD, e o lado inferior será AB (xusto o contrario da posición vertical anterior).

Nesta posición, o movemento tangencial dos lados do bucle é paralelo ás liñas de fluxo do campo. Polo tanto, non haberá corte de fluxo, e consecuentemente, non haberá corrente no bucle.

Se o bucle rota máis, volve a unha posición horizontal. Pero agora, o lado AB do bucle colócase diante do polo N, e CD colócase diante do polo S, isto é, xusto o contrario da posición horizontal anterior como se mostra na figura ao lado.

Aquí, o movemento tangencial do lado do bucle é perpendicular ás liñas de fluxo; polo tanto, a taxa de corte de fluxo é máxima aquí, e segundo a regra da man dereita de Fleming, nesta posición a corrente fluirá desde B ata A e no outro lado desde D ata C.

Agora, se o bucle continúa a rotar sobre o seu eixe. Cada vez que o lado AB se coloca diante do polo S, a corrente fluirá desde A ata B. Novamente, cando se coloca diante do polo N, a corrente fluirá desde B ata A.

De maneira similar, cada vez que o lado CD se coloca diante do polo S, a corrente fluirá desde C ata D. Cando o lado CD se coloca diante do polo N, a corrente fluirá desde D ata C.

Se observamos este fenómeno de xeito diferente, podemos concluir que cada vez que un lado do bucle se coloca diante do polo N, a corrente fluirá por ese lado na mesma dirección, isto é, cara abaixo respecto ao plano de referencia.

De maneira similar, cada vez que un lado do bucle se coloca diante do polo S, a corrente a través dele fluirá na mesma dirección, isto é, cara arriba desde o plano de referencia. A partir disto, chegaremos ao tema do principio do xerador DC.

Agora o bucle abrese e conectase con un anel partido como se mostra na figura a continuación. Os aneis partidos, feitos dun cilindro conductor, cortanse en dúas metades ou segmentos aislados entre si.

Conectamos os terminais de carga externa con dúas escovas de carbono que descansan nestes segmentos de aneis partidos.

Comutador e escovas

Os aneis partidos (comutadores) e as escovas de carbono aseguran que a corrente permanezca unidireccional invertindo as conexións á medida que o bucle rota.

Posicionamento das escovas

As escovas posicionanse de xeito que a FEM sexa cero cando o bobinado está perpendicular ao campo magnético, permitindo un flujo de corrente suave.

Principio de funcionamento do xerador DC

Pódese ver que na primeira metade da revolución a corrente sempre fluye ao longo de ABLMCD, isto é, a escova número 1 en contacto co segmento a.Na seguinte metade da revolución, na figura, a dirección da corrente inducida no bobinado invértese. Pero ao mesmo tempo, a posición dos segmentos a e b tamén invértese, o que resulta que a escova número 1 entra en contacto co segmento b.

Por lo tanto, a corrente na resistencia de carga volve a fluir desde L ata M. A forma de onda da corrente a través do circuito de carga é como se mostra na figura. Esta corrente é unidireccional.

O contido anterior é o principio básico de funcionamento do xerador DC, explicado polo modelo de xerador de bucle único.

As posicións das escovas do xerador DC son tales que o cambio de segmentos a e b dunha escova a outra ten lugar cando o plano do bobinado rotatorio está en ángulo recto co plano das liñas de forza. É para estar nesa posición, a FEM inducida no bobinado é cero.