Avant de pouvoir expliquer le principe de fonctionnement d’un générateur de courant continu, nous devons couvrir les bases des générateurs.
Il existe deux types de générateurs: les générateurs à courant continu et les générateurs à courant alternatif. Les générateurs CC et CA convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique. Un générateur à courant continu produit de l’énergie directe, tandis qu’un générateur à courant alternatif produit de l’énergie alternative.
Ces deux générateurs produisent de l’énergie électrique basée sur le principe de la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique. Cette loi stipule que lorsqu’un conducteur se déplace dans un champ magnétique, il coupe des lignes de force magnétiques, ce qui induit une force électromagnétique (CEM) dans le conducteur. L’ampleur de cette CEM induite dépend de la vitesse de changement de la liaison de flux (force de ligne magnétique) avec le conducteur. Cette FEM fera circuler un courant si le circuit conducteur est fermé.
Par conséquent, les deux parties essentielles les plus élémentaires d’un générateur sont:
- Le champ magnétique
- Conducteurs qui se déplacent à l’intérieur de ce champ magnétique.
Maintenant que nous comprenons les bases, nous pouvons discuter du principe de fonctionnement d’un générateur de courant continu. Vous pouvez également trouver utile d’en apprendre davantage sur les types de générateurs CC.
Générateur CC à boucle unique
Sur la figure ci-dessus, une seule boucle de conducteur de forme rectangulaire est placée entre deux pôles d’aimant opposés.
Considérons que la boucle rectangulaire du conducteur est ABCD qui tourne à l’intérieur du champ magnétique autour de son axe ab. Lorsque la boucle tourne de sa position verticale à sa position horizontale, elle coupe les lignes de flux du champ. Comme lors de ce mouvement deux côtés, c’est-à-dire AB et CD de la boucle coupent les lignes de flux, il y aura une FEM induite dans ces deux côtés (AB et BC) de la boucle.
Lorsque la boucle se ferme, un courant circule dans la boucle. La direction du courant peut être déterminée par la règle de la main droite de Flemming. Cette règle dit que si vous étirez le pouce, l’index et le majeur de votre main droite perpendiculairement l’un à l’autre, les pouces indiquent la direction du mouvement du conducteur, l’index indique la direction du champ magnétique, c’est-à–dire pôle N à pôle S, et le majeur indique la direction de circulation du courant à travers le conducteur.
Maintenant, si nous appliquons cette règle de droite, nous verrons à cette position horizontale de la boucle, le courant circulera du point A à B et de l’autre côté de la boucle, le courant circulera du point C à D.
Maintenant, si nous permettons à la boucle de se déplacer plus loin, elle reviendra à sa position verticale, mais maintenant le côté supérieur de la boucle sera CD et le côté inférieur sera AB (juste en face de la position verticale précédente). A cette position, le mouvement tangentiel des côtés de la boucle est parallèle aux lignes de flux du champ. Il ne sera donc pas question de coupure de flux, et par conséquent, il n’y aura pas de courant dans la boucle.
Si la boucle tourne plus loin, elle revient en position horizontale. Mais maintenant, ledit côté AB de la boucle vient devant le pôle N, et CD vient devant le pôle S, c’est-à-dire juste à l’opposé de la position horizontale précédente comme le montre la figure ci-contre.
Ici, le mouvement tangentiel du côté de la boucle est perpendiculaire aux lignes de flux; par conséquent, la vitesse de coupe du flux est maximale ici, et selon la règle de droite de Flemming, à cette position, le courant passe de B à A et d’un autre côté de D à C.
Maintenant si la boucle continue à tourner autour de son axe. Chaque fois que le côté AB vient devant le pôle S, le courant passe de A à B. Encore une fois, lorsqu’il vient devant le pôle N, le courant passe de B à A. De même, chaque fois que le côté CD vient devant le pôle S, le courant passe de C à D., Lorsque le côté CD vient devant le pôle N, le courant passe de D à C.
Si nous observons ce phénomène différemment, nous pouvons conclure que chaque côté de la boucle vient devant le pôle N, le courant passera de ce côté dans le même sens , c’est-à-dire vers le bas jusqu’au plan de référence. De même, chaque côté de la boucle vient devant le pôle S, le courant qui la traverse circule dans le même sens, c’est-à-dire vers le haut à partir du plan de référence. De là, nous arriverons au sujet du principe du générateur de courant continu.
Maintenant, la boucle est ouverte et connectée avec un anneau fendu comme indiqué dans la figure ci-dessous. Les anneaux fendus, constitués d’un cylindre conducteur, sont coupés en deux moitiés ou segments isolés l’un de l’autre. Nous connectons les bornes de charge externes avec deux balais de charbon qui reposent sur ces segments de bague collectrice fendus.
Principe de fonctionnement du générateur CC
On peut voir que dans la première moitié de la révolution, le courant circule toujours le long de l’ABLMCD, c’est-à-dire la brosse no 1 en contact avec le segment a. Dans la demi-révolution suivante, sur la figure, le sens du courant induit dans la bobine est inversé. Mais en même temps, la position des segments a et b est également inversée, ce qui fait que la brosse no 1 entre en contact avec le segment b. Par conséquent, le courant dans la résistance de charge passe à nouveau de L à M. La forme d’onde du courant à travers le circuit de charge est comme indiqué sur la figure. Ce courant est unidirectionnel.
Le contenu ci-dessus est le principe de fonctionnement de base du générateur de courant continu, expliqué par le modèle de générateur à boucle unique. Les positions des balais du générateur de courant continu sont telles que le passage des segments a et b d’une brosse à l’autre s’effectue lorsque le plan de la bobine tournante est perpendiculaire au plan des lignes de force. C’est pour devenir dans cette position, la CEM induite dans la bobine est nulle.