Cosa sono i generatori DC autoeccitati?

Cos'è un generatore DC autoeccitato?

Generatore DC autoeccitato

Un generatore DC moderno con una bobina eccitatrice è un generatore autoeccitato, che inizia con la corrente iniziale nella bobina eccitatrice. Quando il generatore è spento, viene generata una piccola forza magnetica nel ferro del rotore, che induce una forza elettromotrice nell'armatura e quindi genera una corrente nelle avvolgimenti di campo. Inizialmente, il campo magnetico debole produce una piccola corrente nella bobina, ma per mantenere l'autoeccitazione, il flusso magnetico aggiuntivo aumenta la forza elettromotrice nel rotore, quindi la tensione aumenta costantemente fino a quando la macchina è completamente carica.

Meccanismo di funzionamento

Una piccola quantità di magnetismo è conservata nel ferro del rotore. Questo campo magnetico residuo nei poli principali induce una forza elettromotrice nell'avvolgimento statorico, che genera una corrente iniziale nell'avvolgimento di campo.

La piccola corrente che scorre attraverso la bobina rafforza il campo magnetico. Di conseguenza, l'uscita di tensione e la corrente di campo aumentano. Questo ciclo continua fino a quando la forza elettromotrice nell'armatura supera la caduta di tensione ai due estremi dell'avvolgimento eccitatore. Tuttavia, dopo aver raggiunto un certo livello, il polo di campo diventa saturato, a quel punto si raggiunge l'equilibrio elettrico, la forza elettromotrice dell'armatura non aumenta più e la corrente non aumenta. La resistenza dell'avvolgimento eccitatore ha un valore fisso, con cui può essere realizzata l'autoeccitazione. Questo valore di resistenza può variare in base ai parametri elettrici del generatore.

Tipo di generatore DC

I generatori DC sono principalmente suddivisi in avvolgimento in serie, avvolgimento in parallelo e avvolgimento composto, ognuno con diverse disposizioni delle spire e caratteristiche di regolazione della tensione.

Generatori a Avvolgimento in Serie

Nei generatori a avvolgimento in serie, l'avvolgimento di campo e l'avvolgimento dell'armatura sono collegati in serie, permettendo al corrente di fluire sia nel circuito esterno che negli avvolgimenti. L'avvolgimento di campo ha una bassa resistenza e consiste in poche spire di filo spesso, che aumenta il flusso di corrente man mano che la resistenza del carico diminuisce.

Di conseguenza, il campo magnetico e la tensione d'uscita aumentano nel circuito. In questo tipo di generatore, la tensione d'uscita varia direttamente rispetto alla corrente del carico, il che non è richiesto nella maggior parte delle applicazioni. Per questo motivo, questi tipi di generatori vengono raramente utilizzati.

Generatori a Avvolgimento in Parallelo DC

Nei generatori a avvolgimento in parallelo, l'avvolgimento di campo è collegato in parallelo all'armatura, mantenendo una tensione costante nel circuito. L'avvolgimento di campo presenta molte spire per ottenere una alta resistenza, limitando la corrente che vi passa e dirigendo il resto al carico.

Nei generatori a avvolgimento in parallelo, essendo collegati in parallelo, le correnti nei rami paralleli sono indipendenti l'una dall'altra. Pertanto, la tensione d'uscita è quasi costante e, se varia, lo fa inversamente rispetto alla corrente del carico. Questo perché c'è una caduta di tensione man mano che la resistenza dell'armatura aumenta. 

Generatore a Avvolgimento Composto

Il generatore a avvolgimento composto è una versione avanzata dei generatori a avvolgimento in serie e in parallelo. Il principio di funzionamento del generatore è la combinazione dei due tipi in modo da superare gli svantaggi di entrambi. Ha entrambi i tipi di avvolgimento: avvolgimento di campo in serie e avvolgimento di campo in parallelo. A seconda del loro collegamento, i generatori a avvolgimento composto sono di due tipi: generatore a avvolgimento composto a shunt lungo e generatore a avvolgimento composto a shunt corto.

 Generatore a Avvolgimento Composto a Shunt Lungo

Qui l'avvolgimento di campo a shunt è collegato in parallelo solo all'armatura, come mostrato in figura. L'avvolgimento in serie è poi collegato in serie.

 Generatore a Avvolgimento Composto a Shunt Corto

Qui l'avvolgimento di campo a shunt è collegato in parallelo solo all'armatura, come mostrato in figura. L'avvolgimento in serie è poi collegato in serie.

Vantaggi del Generatore DC Composto

Nel generatore composto, la tensione dell'armatura diminuisce automaticamente quando aumenta la corrente del carico, a causa della quale il campo magnetico prodotto dall'avvolgimento a shunt diminuisce. Ma lo stesso aumento di corrente del carico che scorre attraverso l'avvolgimento in serie causa un aumento del campo magnetico. Quindi, la diminuzione del campo magnetico nello shunt è compensata dall'aumento del campo magnetico in serie. In questo modo, la tensione d'uscita rimane costante, come mostrato in figura.

 Generatore DC Composto Commutativo e Differenziale

Poiché il generatore a avvolgimento composto ha entrambi i campi - shunt e in serie, la loro combinazione fa molta differenza. Quando il campo in serie aiuta il campo a shunt, il loro impatto è maggiore e si dice che sia commutativamente composto. D'altra parte, se il campo in serie si oppone al campo a shunt, il loro impatto è minore e si dice che sia un generatore composto differenziale.