Antes de que podamos explicar el principio de funcionamiento de un generador de CC, necesitamos cubrir los conceptos básicos de los generadores.
Hay dos tipos de generadores: generadores de CC y generadores de CA. Tanto los generadores de CC como de CA convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Un generador de CC produce energía directa, mientras que un generador de CA produce energía alterna.
Ambos generadores producen energía eléctrica basada en el principio de la ley de Faraday de inducción electromagnética. Esta ley establece que cuando un conductor se mueve en un campo magnético corta líneas magnéticas de fuerza, lo que induce una fuerza electromagnética (EMF) en el conductor. La magnitud de este campo electromagnético inducido depende de la velocidad de cambio de flujo (fuerza de línea magnética) de enlace con el conductor. Este campo electromagnético hará que fluya una corriente si el circuito conductor está cerrado.
Por lo tanto, las dos partes esenciales más básicas de un generador son:
- Los conductores de campo magnético
- que se mueven dentro de ese campo magnético.
Ahora que entendemos los conceptos básicos, podemos discutir el principio de funcionamiento de un generador de CC. También puede resultarle útil aprender sobre los tipos de generadores de CC.
Generador de corriente continua de un solo bucle
En la figura de arriba, un solo bucle de conductor de forma rectangular se coloca entre dos polos opuestos de imán.
Consideremos, el bucle rectangular del conductor es ABCD que gira dentro del campo magnético alrededor de su eje ab. Cuando el bucle gira de su posición vertical a su posición horizontal, corta las líneas de flujo del campo. Como durante este movimiento dos lados, es decir, AB y CD del bucle cortan las líneas de flujo, habrá un EMF inducido en estos dos lados (AB y BC) del bucle.
A medida que el bucle se cierra, habrá una corriente circulando a través del bucle. La dirección de la corriente puede ser determinada por la Regla de la mano derecha de Flemming. Esta regla dice que si estira el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de su mano derecha perpendiculares entre sí, entonces los pulgares indican la dirección del movimiento del conductor, el dedo índice indica la dirección del campo magnético, es decir, polo N a polo S, y el dedo medio indica la dirección del flujo de corriente a través del conductor.
Ahora, si aplicamos esta regla de la derecha, veremos que en esta posición horizontal del bucle, la corriente fluirá del punto A al B y en el otro lado del bucle, la corriente fluirá del punto C al D.
Ahora, si permitimos que el bucle se mueva más, volverá a su posición vertical, pero ahora el lado superior del bucle será CD, y el lado inferior será AB (justo opuesto a la posición vertical anterior). En esta posición, el movimiento tangencial de los lados del bucle es paralelo a las líneas de flujo del campo. Por lo tanto, no habrá cuestión de corte de flujo y, en consecuencia, no habrá corriente en el bucle.
Si el bucle gira más, vuelve a estar en posición horizontal. Pero ahora, dicho lado AB del bucle viene delante del polo Norte, y el CD viene delante del polo Sur, es decir, justo enfrente de la posición horizontal anterior, como se muestra en la figura de al lado.
Aquí el movimiento tangencial del lado del bucle es perpendicular a las líneas de flujo; por lo tanto, la velocidad de corte del flujo es máxima aquí, y de acuerdo con la Regla de Flemming de la mano derecha, en esta posición la corriente fluye de B a A y en el otro lado de D a C.
Ahora si el bucle continúa girando alrededor de su eje. Cada vez que el lado AB viene por delante del polo Sur, la corriente fluye de A a B. De nuevo, cuando viene por delante del polo Norte, la corriente fluye de B a A. De manera similar, cada vez que el CD lateral viene por delante del polo Sur, la corriente fluye de C a D., Cuando el CD lateral viene por delante del polo Norte, la corriente fluye de D a C.
Si observamos este fenómeno de manera diferente, podemos concluir que cada lado del bucle viene por delante del polo Norte, la corriente fluirá a través de ese lado en la misma dirección, es decir, hacia abajo hasta el plano de referencia. De manera similar, cada lado del bucle viene delante del polo Sur, la corriente que lo atraviesa fluye en la misma dirección, es decir, hacia arriba desde el plano de referencia. A partir de esto, pasaremos al tema del principio del generador de CC.
Ahora el bucle se abre y se conecta con un anillo dividido, como se muestra en la siguiente figura. Los anillos partidos, hechos de un cilindro conductor, se cortan en dos mitades o segmentos aislados entre sí. Conectamos los terminales de carga externos con dos cepillos de carbón que descansan en estos segmentos de anillo deslizante dividido.
Principio de funcionamiento del generador de CC
Podemos ver que en la primera mitad de la revolución la corriente siempre fluye a lo largo de ABLMCD, es decir, el pincel no 1 en contacto con el segmento a. En la siguiente mitad de la revolución, en la figura, la dirección de la corriente inducida en la bobina se invierte. Pero al mismo tiempo, la posición de los segmentos a y b también se invierte, lo que da como resultado que el cepillo no 1 entre en contacto con el segmento b. Por lo tanto, la corriente en la resistencia de carga fluye nuevamente de L a M. La forma de onda de la corriente a través del circuito de carga es como se muestra en la figura. Esta corriente es unidireccional.
El contenido anterior es el principio de funcionamiento básico del generador de CC, explicado por el modelo de generador de bucle único. Las posiciones de los cepillos del generador de CC son para que el cambio de los segmentos a y b de un cepillo a otro tenga lugar cuando el plano de la bobina giratoria está en ángulo recto con el plano de las líneas de fuerza. Para llegar a esa posición, el campo electromagnético inducido en la bobina es cero.