La première électromagnétique Générateur (Le disque de Faraday) a été inventé par un scientifique britannique, à savoir Michael Faraday, en 1831. Un Générateur DC est un appareil électrique utilisé pour générer énergie électrique . La fonction principale de cet appareil est de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. Il existe plusieurs types de sources d'énergie mécaniques disponibles telles que les manivelles, les moteurs à combustion interne, turbines à eau, turbines à gaz et à vapeur. Le générateur alimente tous les réseaux électriques . La fonction inverse du générateur peut être effectuée par un moteur électrique. La fonction principale du moteur est de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Les moteurs, ainsi que les générateurs, ont des caractéristiques similaires. Cet article présente une vue d'ensemble des générateurs DC.
Qu'est-ce qu'un générateur DC?
Un générateur DC ou générateur de courant continu est un type de machine électrique, et la fonction principale de cette machine est de convertir l'énergie mécanique en électricité CC (courant continu). Le processus d'altération énergétique utilise le principe de la force électromotrice induite par l'énergie. Le diagramme du générateur de courant continu est illustré ci-dessous.
Générateur DC
Quand un conducteur tranche Flux magnétique , puis une force électromotrice induite énergétiquement y sera générée sur la base du principe d'induction électromagnétique de Lois de Faraday . Cette force électromotrice peut provoquer un flux de courant lorsque le circuit conducteur n'est pas ouvert.
Construction
Un générateur CC est également utilisé comme docteur moteur sans changer sa construction. Par conséquent, un moteur à courant continu sinon un générateur à courant continu peut être généralement appelé un Machine à courant continu. La construction d'un Générateur CC 4 pôles est illustré ci-dessous. Ce générateur comprend plusieurs parties comme le joug, les poteaux et les chaussures polaires, l'enroulement de champ, un noyau d'armature, l'enroulement d'armature, le commutateur et les balais. Mais les deux parties essentielles de cet appareil sont le stator ainsi que le rotor .
Stator
Le stator est une partie essentielle du générateur de courant continu et sa fonction principale est de fournir les champs magnétiques où les bobines tournent. Cela comprend des aimants stables, dont deux avec les pôles inversés. Ces aimants sont situés pour s'adapter dans la région du rotor.
Rotor ou noyau d'armature
Rotor ou noyau d'armature est la deuxième partie essentielle du générateur de courant continu, et il comprend des tôles de fer à fentes avec des fentes qui sont empilées pour former un noyau d'armature cylindrique . Généralement, ces laminations sont proposées pour diminuer la perte en raison de la courant de Foucault .
Enroulements d'induit
Les fentes du noyau d'armature sont principalement utilisées pour maintenir les enroulements d'armature. Ceux-ci se présentent sous la forme d'un enroulement en circuit fermé et sont connectés en série en parallèle pour augmenter la somme du courant produit.
Joug
La structure externe du générateur CC est Yoke, et elle est faite de fonte sinon d'acier. Il donne la puissance mécanique nécessaire pour porter le Flux magnétique donné à travers les poteaux.
Poteaux
Ceux-ci sont principalement utilisés pour maintenir les enroulements de champ. Habituellement, ces enroulements sont enroulés sur les pôles, et ils sont connectés en série sinon parallèlement par le enroulements d'induit . De plus, les pôles donneront un joint vers la culasse avec la méthode de soudage sinon en utilisant des vis.
Chaussure de pôle
Le sabot polaire est principalement utilisé pour répandre le flux magnétique ainsi que pour éviter que la bobine de champ ne tombe.
Commutateur
Le fonctionnement du commutateur est comme un redresseur pour changer Tension alternative à la Tension continue à l'intérieur de l'armature s'enroulant à travers les brosses. Il est conçu avec un segment de cuivre et chaque segment de cuivre est protégé les uns des autres à l'aide de feuilles de mica . Il est situé sur l'arbre de la machine.
Commutateur dans le générateur CC
Fonction de commutation du générateur CC
La fonction principale du commutateur dans le générateur à courant continu est de changer le courant alternatif en courant continu. Il agit comme un inverseur et son rôle dans le générateur est décrit ci-dessous.
La force électromotrice induite dans la bobine d'induit du générateur est alternée. Ainsi, le flux de courant dans la bobine d'induit peut également être un courant alternatif. Ce courant peut être inversé à travers le commutateur au moment précis une fois que la bobine d'induit traverse l'axe magnétique non biaisé. Ainsi, la charge atteint un courant continu ou unidirectionnel.
Le commutateur garantit que le flux de courant du générateur circulera pour toujours dans une seule direction. Les balais établiront des connexions électriques de haute qualité entre le générateur et la charge en se déplaçant sur le commutateur.
Pinceaux
Les connexions électriques peuvent être assurées entre les commutateur ainsi que le circuit de charge extérieur à l'aide de brosses.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement du générateur DC est basé sur les lois de Faraday induction électromagnétique . Lorsqu'un conducteur se trouve dans un champ magnétique instable, une force électromotrice est induite à l'intérieur du conducteur. L'amplitude e.m.f induite peut être mesurée à partir de l'équation de la force électromotrice d'un générateur .
Si le conducteur est présent avec une voie fermée, le courant induit circulera dans la voie. Dans ce générateur, les bobines de champ généreront un champ électromagnétique et les conducteurs d'armature seront transformés en champ. Par conséquent, une force électromotrice induite électromagnétiquement (e.m.f) sera générée dans les conducteurs d'induit. Le trajet du courant induit sera fourni par la règle de droite de Fleming.
Équation E.M.F du générateur CC
Le équation emf du générateur cc selon les lois de Faraday sur l'induction électromagnétique est Par exemple = PØZN / 60 A
Où Phi est
flux ou pôle dans Webber
«Z» est le nombre total de conducteurs d’armature
«P» est un nombre de pôles dans un générateur
«A» est un certain nombre de voies parallèles à l’intérieur de l’armature
«N» est la rotation de l’armature en tr / min (tours par minute)
«E» est la e.m.f induite dans toute voie parallèle à l’intérieur de l’armature
«Eg» est le e.m.f généré dans l’une quelconque des voies parallèles
«N / 60» est le nombre de tours par seconde
Le temps d'un tour sera dt = 60 / N sec
Types de générateur CC
La classification des générateurs CC peut être effectuée dans deux catégories les plus importantes, à savoir à excitation séparée et auto-excitée.
Types de générateurs CC
Séparément excité
Dans le type excité séparément, les bobines de champ sont renforcées à partir d'une source CC extérieure autonome.
Auto-excité
Dans le type auto-excité, les bobines de champ sont renforcées à partir du courant généré avec le générateur. La génération de la première force électromotrice se produira en raison de son magnétisme exceptionnel dans les pôles de champ.
La force électromotrice produite provoquera la fourniture d'une fraction de courant dans les bobines de champ, ce qui augmentera le flux de champ ainsi que la génération de force électromotrice. En outre, ces types de générateurs à courant continu peuvent être classés en trois types, à savoir à bobinage en série, à bobinage shunt et à bobinage composé.
- Dans un enroulement en série, l'enroulement de champ et l'enroulement d'induit sont connectés en série les uns avec les autres.
- En bobinage shunt, l'enroulement de champ et l'enroulement d'induit sont connectés en parallèle l'un avec l'autre.
- L'enroulement composé est le mélange d'enroulement en série et d'enroulement shunt.
L'efficacité du générateur DC
Les générateurs CC sont très fiables avec des cotes d'efficacité de 85 à 95%
Considérons que la sortie d'un générateur est VI
L'entrée d'un générateur est VI + Pertes
Entrée = VI + I2aRa + Wc
Si le courant de champ shunt est insignifiant, alors Ia = I (environ)
Après cela, n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
Pour une efficacité maximale d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0 sinon I2ra = wc
Par conséquent, l'efficacité est la plus élevée une fois que la perte variable est équivalente à la perte constante
Le courant de charge équivalent au rendement le plus élevé est I2ra = wc sinon I = √wc / ra
Pertes dans le générateur CC
Il existe différents types de machines disponibles sur le marché où l'énergie totale d'entrée ne peut pas être transformée en sortie en raison de la perte d'énergie d'entrée. Des pertes différentes peuvent donc se produire dans ce type de générateur.
Perte de cuivre
En cas de perte de cuivre d'induit (Ia2Ra), où le courant d'induit est «Ia» et la résistance d'induit est «Ra». Pour les générateurs de type shunt-bobiné, la perte de cuivre du champ est équivalente à Ish2Rsh qui est presque stable. Pour les générateurs comme un bobinage en série, la perte de cuivre du champ est équivalente à Ise2 Rse qui est également presque stable. Pour les générateurs comme à enroulement composé, la perte de cuivre déposée est similaire à Icomp2 Rcomp qui est également presque stable. En cas de pertes à pleine charge, les pertes de cuivre se produisent de 20 à 30% en raison du contact des brosses.
Noyau ou fer ou perte magnétique
La classification des pertes de noyau peut être faite en deux types comme l'hystérésis et les courants de Foucault
Perte d'hystérésis
Cette perte se produit principalement en raison de l'inversion du noyau d'induit. Chaque partie du noyau du rotor est passée sous les deux pôles comme le nord et le sud en alternance et atteint la polarité S & N en conséquence. Chaque fois que le noyau fournit en dessous d'un ensemble de pôles, le noyau termine une série d'inversion de fréquence. Veuillez vous référer à ce lien pour en savoir plus sur Qu'est-ce que la perte d'hystérésis: facteurs et ses applications
Perte de courant de Foucault
Le noyau d'armature coupe le flux magnétique tout au long de sa révolution et e.m.f peut être induit à l'intérieur du noyau, sur la base des lois d'induction électromagnétique, cette force électromagnétique est extrêmement petite, cependant, elle établit un courant important à la surface du noyau. Cet énorme courant est appelé courant de Foucault alors que la perte est appelée perte par courant de Foucault.
Les pertes de noyau sont stables pour les générateurs composés et shunt car leurs courants de champ sont presque stables. Cette perte se produit principalement de 20% à 30% dans les pertes à pleine charge.
Perte mécanique
La perte mécanique peut être définie comme le frottement de l’air de l’armature rotative ou les pertes de vent.
Perte parasite
Les pertes parasites se produisent principalement en combinant les pertes telles que le noyau et les pertes mécaniques. Ces pertes sont également appelées pertes de rotation.
Différence entre les générateurs CA et CC
Avant de pouvoir discuter de la différence entre les générateurs AC et DC, nous devons connaître le concept de générateurs. En général, les générateurs sont classés en deux types comme AC et DC. La fonction principale de ces générateurs est de changer la puissance de mécanique à électrique. Un générateur CA génère un courant alternatif tandis que le générateur CC génère une puissance directe.
Les deux générateurs utilisent la loi de Faraday pour générer de l’énergie électrique. Cette loi dit qu'une fois qu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique, il coupe les lignes de force magnétiques pour stimuler une force électromagnétique ou électromagnétique dans le conducteur. La magnitude de la force électromotrice induite dépend principalement de la connexion de la force de la ligne magnétique à travers le conducteur. Une fois que le circuit du conducteur est fermé, la force électromotrice peut provoquer un flux de courant. Les parties principales d'un générateur à courant continu sont le champ magnétique et les conducteurs qui se déplacent dans le champ magnétique.
Les principales différences entre les générateurs CA et CC sont l'un des sujets électriques les plus importants. Ces différences peuvent aider les étudiants à étudier ce sujet, mais avant cela, il faut connaître les générateurs CA ainsi que les générateurs CC dans les moindres détails afin que les différences soient très simples à comprendre. Veuillez consulter ce lien pour en savoir plus sur le Différence entre les générateurs CA et CC.
Caractéristiques
La caractéristique du générateur DC peut être définie comme la représentation graphique entre les deux grandeurs séparées. Ce graphique montrera les caractéristiques en régime permanent qui expliquent la relation principale entre la tension aux bornes, les charges et l'excitation à travers ce graphique. Les caractéristiques les plus essentielles de ce générateur sont décrites ci-dessous.
Caractéristiques de magnétisation
Les caractéristiques de magnétisation fournissent la différence de production de tension sinon de tension à vide par le biais du courant de champ à une vitesse stable. Ce type de caractéristique est également connu sous le nom de caractéristique de circuit ouvert, autrement sans charge.
Caractéristiques internes
Les caractéristiques internes du générateur à courant continu peuvent être tracées entre le courant de charge et la tension générée.
Caractéristiques externes ou de charge
Les caractéristiques de charge ou de type externe fournissent les principales relations entre le courant de charge et la tension aux bornes à une vitesse stable.
Avantages
Le A avantages d'un générateur à courant continu inclure les éléments suivants.
- Les générateurs CC génèrent une grande sortie.
- La charge terminale de ces générateurs est élevée.
- La conception des générateurs à courant continu est très simple
- Ceux-ci sont utilisés pour générer une puissance de sortie inégale.
- Ceux-ci sont extrêmement cohérents avec 85-95% .des cotes d'efficacité
- Ils donnent une sortie fiable.
- Ils sont légers et compacts.
Désavantages
Les inconvénients d'un générateur à courant continu sont les suivants.
- Le générateur CC ne peut pas être utilisé avec un transformateur
- L'efficacité de ce générateur est faible en raison de nombreuses pertes comme le cuivre, mécanique, tourbillon, etc.
- Une chute de tension peut se produire sur de longues distances
- Il utilise un commutateur à anneau fendu, ce qui compliquera la conception de la machine
- Coûteux
- Maintenance élevée
- Les étincelles seront générées tout en générant de l'énergie
- Plus d'énergie sera perdue lors de la transmission
Applications des générateurs CC
Les applications des différents types de générateurs CC sont les suivantes.
- Le générateur CC de type excité séparément est utilisé pour la suralimentation ainsi que galvanoplastie . Il est utilisé à des fins d'alimentation et d'éclairage à l'aide d'un régulateur de champ
- Le générateur CC auto-excité ou le générateur CC shunt est utilisé pour l'alimentation ainsi que pour l'éclairage ordinaire à l'aide du régulateur. Il peut être utilisé pour l'éclairage de la batterie.
- Le générateur CC de série est utilisé dans les lampes à arc pour l'éclairage, le générateur de courant stable et l'amplificateur.
- Un générateur CC composé est utilisé pour fournir le source de courant pour machines à souder DC.
- Niveau composé DC Générateur est utilisé pour fournir une alimentation électrique pour les auberges, gîtes, bureaux, etc.
- Sur le composé, le générateur CC est utilisé pour rembourser la chute de tension dans les départs.
Ainsi, il s'agit de le générateur DC . À partir des informations ci-dessus enfin, nous pouvons conclure que les principaux avantages des générateurs à courant continu comprennent une construction et une conception simples, le fonctionnement en parallèle est facile et les problèmes de stabilité du système ne ressemblent moins aux alternateurs. Voici une question pour vous, quels sont les inconvénients des générateurs DC?
