Prima di poter spiegare il principio di funzionamento di un generatore DC, abbiamo bisogno di coprire le basi di generatori.
Esistono due tipi di generatori: generatori CC e generatori CA. Sia i generatori DC che AC convertono la potenza meccanica in energia elettrica. Un generatore DC produce energia diretta, mentre un generatore AC produce potenza alternata.
Entrambi questi generatori producono energia elettrica in base al principio della legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Questa legge afferma che quando un conduttore si muove in un campo magnetico taglia linee magnetiche di forza, che induce una forza elettromagnetica (EMF) nel conduttore. La grandezza di questa EMF indotta dipende dalla velocità di cambiamento del legame di flusso (forza di linea magnetica) con il conduttore. Questo EMF causerà un flusso di corrente se il circuito del conduttore è chiuso.
Quindi le due parti essenziali di un generatore sono:
- Il campo magnetico
- Conduttori che si muovono all’interno di quel campo magnetico.
Ora che abbiamo capito le basi, possiamo discutere il principio di funzionamento di un generatore DC. Si può anche trovare utile per conoscere i tipi di generatori DC.
Generatore DC ad anello singolo
Nella figura sopra, un singolo anello di conduttore di forma rettangolare è posto tra due poli opposti del magnete.
Consideriamo, l’anello rettangolare del conduttore è ABCD che ruota all’interno del campo magnetico attorno al suo asse ab. Quando il ciclo ruota dalla sua posizione verticale alla sua posizione orizzontale, taglia le linee di flusso del campo. Come durante questo movimento due lati, cioè AB e CD del ciclo tagliano le linee di flusso ci sarà un EMF indotto in questi entrambi i lati (AB e BC) del ciclo.
Come il ciclo viene chiuso ci sarà una corrente che circola attraverso il ciclo. La direzione della corrente può essere determinata dalla regola della mano destra di Flemming. Questa regola dice che se si allunga il pollice, l’indice e il medio della mano destra perpendicolari l’uno all’altro, i pollici indicano la direzione del movimento del conduttore, l’indice indica la direzione del campo magnetico, cioè il polo N al polo S e il dito medio indica la direzione del flusso di corrente attraverso il conduttore.
Ora se applichiamo questa regola di destra, vedremo in questa posizione orizzontale del ciclo, la corrente fluirà dal punto A a B e dall’altra parte del ciclo la corrente fluirà dal punto C a D.
Ora se permettiamo al ciclo di spostarsi ulteriormente, tornerà alla sua posizione verticale, ma ora il lato superiore del ciclo sarà CD, e il lato inferiore sarà AB (proprio opposto alla precedente posizione verticale). In questa posizione, il movimento tangenziale dei lati del ciclo è parallelo alle linee di flusso del campo. Quindi non ci sarà alcuna questione di taglio del flusso e, di conseguenza, non ci sarà corrente nel ciclo.
Se il ciclo ruota ulteriormente, viene nuovamente in posizione orizzontale. Ma ora, detto lato AB del ciclo viene di fronte al polo N, e CD viene di fronte al polo S, cioè, proprio di fronte alla posizione orizzontale precedente, come mostrato nella figura a fianco.
Qui il movimento tangenziale del lato del ciclo è perpendicolare alle linee di flusso; quindi la velocità di taglio del flusso è massima qui, e secondo la regola di destra di Flemming, in questa posizione la corrente scorre da B ad A e su un altro lato da D a C.
Ora se il ciclo continua a ruotare attorno al suo asse. Ogni volta che il lato AB arriva davanti a S polo, la corrente scorre da a a B. di Nuovo, quando si tratta di fronte N polo, la corrente scorre da B ad A. allo stesso modo, ogni volta che il lato CD arriva davanti a S polo la corrente scorre da C a D., Quando il lato CD è di fronte N polo i flussi di corrente dalla D alla C.
Se osserviamo questo fenomeno in modo diverso, possiamo concludere che ogni lato del loop è di fronte N polo, la corrente scorre attraverso quel lato nella stessa direzione, cioè, verso il basso, il piano di riferimento. Allo stesso modo, ogni lato del ciclo viene davanti al polo S, la corrente attraverso di esso scorre nella stessa direzione, cioè verso l’alto dal piano di riferimento. Da questo, arriveremo al tema del principio del generatore DC.
Ora il loop viene aperto e collegato con un anello diviso come mostrato nella figura seguente. Gli anelli divisi, fatti di un cilindro conduttore, vengono tagliati in due metà o segmenti isolati l’uno dall’altro. Colleghiamo i terminali di carico esterni con due spazzole di carbone che poggiano su questi segmenti split slip ring.
Principio di funzionamento del Generatore di CC
Possiamo vedere che nella prima metà della rivoluzione corrente scorre sempre lungo ABLMCD, cioè, pennello n. 1 in contatto con un segmento. Nel prossimo mezza rivoluzione, nella figura, la direzione della corrente indotta nella bobina è invertita. Ma allo stesso tempo la posizione dei segmenti a e b sono anche invertiti che risulta che il pennello n. 1 entra in contatto con il segmento b. Quindi, la corrente nella resistenza di carico scorre nuovamente da L a M. La forma d’onda della corrente attraverso il circuito di carico è come mostrato in figura. Questa corrente è unidirezionale.
Il contenuto di cui sopra è il principio di funzionamento di base del generatore di CC, spiegato dal singolo modello del generatore del ciclo. Le posizioni delle spazzole del generatore DC sono in modo che il passaggio dei segmenti a e b da un pennello all’altro avvenga quando il piano della bobina rotante è ad angolo retto rispetto al piano delle linee di forza. È per diventare in quella posizione, l’EMF indotto nella bobina è zero.