Què són els generadors CC d'excitació pròpia?

Què són els generadors DC autoexcitats?

Generador DC autoexcitat

Un generador DC modern amb una bobina excitadora és un generador autoexcitat, que comença amb la corrent inicial en la bobina excitadora. Quan el generador està apagat, es genera una força magnètica petita en el ferro del rotor, la qual induix una força electromotriu en l'armadura i, per tant, genera una corrent en les bobines de camp. Inicialment, el camp magnètic feble produeix una corrent petita en la bobina, però per mantenir l'autoexcitació, el flux magnètic addicional augmenta la força electromotriu al rotor, de manera que el voltatge s'incrementa constantment fins que la màquina estigui totalment carregada.

Mecanismes d'operació

Es conserva una quantitat petita de magnetisme en el ferro del rotor. Aquest camp magnètic residual en el pol principal induix una força electromotriu en la bobina de l'estator, la qual genera una corrent inicial en la bobina de camp.

La corrent petita que passa per la bobina reforça el camp magnètic. Com a resultat, el voltatge de sortida i la corrent de camp augmenten. Aquest cicle continua fins que la força electromotriu a l'armadura supera la caiguda de tensió als dos extrems de la bobina excitadora. No obstant això, després d'arribar a un nivell determinat, el pol de camp es saturarà, en aquest punt es troba l'equilibri elèctric, la força electromotriu de l'armadura ja no augmenta i la corrent no incrementa. La resistència de la bobina d'excitació té un valor fix, en què es pot realitzar l'autoexcitació. Aquest valor de resistència pot variar segons els paràmetres elèctrics del generador.

Tipus de generador DC

Els generadors DC es divideixen principalment en bobinat en sèrie, bobinat en paral·lel i bobinat combinat, cada bobinat té una disposició de coils i característiques de regulació de tensió diferents.

Generadors amb bobinat en sèrie

En els generadors amb bobinat en sèrie, el bobinat de camp i l'armadura estan connectats en sèrie, permetent que la corrent flueixi tant pel circuit extern com pels bobinats. El bobinat de camp té una baixa resistència i consta de poques voltes de fil gruixut, el que incrementa el flux de corrent a mesura que disminueix la resistència de càrrega.

Com a resultat, el camp magnètic i el voltatge de sortida augmenten al circuit. En aquests tipus de generadors, el voltatge de sortida varia directament amb la corrent de càrrega, cosa que no és necessària en la major part de les aplicacions. Per aquest motiu, aquests tipus de generadors rarament s'utilitzen.

Generadors DC amb bobinat en paral·lel

En els generadors amb bobinat en paral·lel, el bobinat de camp està connectat en paral·lel a l'armadura, mantenint una tensió consistent a través del circuit. El bobinat de camp té moltes voltes per assolir una alta resistència, limitant la corrent que passa per ell i dirigeix la resta a la càrrega.

En els generadors amb bobinat en paral·lel, com que estan connectats en paral·lel, la corrent en les branques paral·leles és independent. Per tant, el voltatge de sortida és gairebé constant i si varia, ho fa inversament respecte a la corrent de càrrega. Això és degut a la caiguda de tensió a mesura que augmenta la resistència de l'armadura. 

Generador amb bobinat combinat

El generador combinat és una versió avançada dels generadors amb bobinat en sèrie i en paral·lel. El principi de funcionament del generador és la combinació de dos tipus per a superar les desavantatges de tots dos. Té tots dos tipus de bobinat: bobinat de camp en sèrie i bobinat de camp en paral·lel. En funció de la seva connexió, els generadors combinats es divideixen en dos tipus: generador combinat amb shunt curt i generador combinat amb shunt llarg.

 Generador combinat amb shunt llarg

Aquí, el bobinat de camp en paral·lel està connectat en paral·lel només a l'armadura, com es mostra en la figura. El bobinat en sèrie es connecta després en sèrie.

 Generador combinat amb shunt curt

Aquí, el bobinat de camp en paral·lel està connectat en paral·lel només a l'armadura, com es mostra en la figura. El bobinat en sèrie es connecta després en sèrie.

Avantatges del generador DC combinat

En el generador combinat, la tensió de l'armadura disminueix automàticament quan augmenta la corrent de càrrega, a causa de la qual el camp magnètic generat pel bobinat en paral·lel disminueix. Però el mateix increment de la corrent de càrrega que passa pel bobinat en sèrie provoca un increment del camp magnètic. Així, la disminució del camp magnètic en el bobinat en paral·lel es compensa amb l'increment del camp magnètic en el bobinat en sèrie. D'aquesta manera, el voltatge de sortida roman constant, com es mostra en la figura.

 Generador DC combinat commutatiu i diferencial

Com que el generador amb bobinat combinat té tots dos camps: el camp en paral·lel i el camp en sèrie, la seva combinació fa molta diferència. Quan el camp en sèrie ajuda al camp en paral·lel, el seu impacte és més gran i es diu que és un generador amb bobinat combinat commutatiu. Al contrari, si el camp en sèrie oposa el camp en paral·lel, llavors el seu impacte és menor i es diu que és un generador amb bobinat combinat diferencial.