A inicial eletromagnético gerador (Disco de Faraday) foi inventado pelo cientista britânico Michael Faraday no ano de 1831. A Gerador DC é um dispositivo elétrico usado para gerar energia elétrica . A principal função deste dispositivo é transformar energia mecânica em energia elétrica. Existem vários tipos de fontes de energia mecânica disponíveis, como manivelas, motores de combustão interna, turbinas de água, turbinas de gás e vapor. O gerador fornece energia para todos os redes de energia elétrica . A função reversa do gerador pode ser feita por um motor elétrico. A principal função do motor é converter energia elétrica em mecânica. Os motores, assim como os geradores, possuem características semelhantes. Este artigo descreve uma visão geral dos geradores DC.
O que é um gerador DC?
Um gerador DC ou gerador de corrente contínua é um tipo de máquina elétrica, e a principal função desta máquina é converter energia mecânica em eletricidade DC (corrente contínua). O processo de alteração de energia usa o princípio da força eletromotriz induzida energeticamente. O diagrama gerador DC é mostrado abaixo.
DC Generator
Quando um condutor corta fluxo magnético , então a força eletromotriz induzida energeticamente será gerada com base no princípio de indução eletromagnética de Leis de Faraday . Esta força eletromotriz pode causar um fluxo de corrente quando o circuito condutor não está aberto.
Construção
Um gerador DC também é usado como um motor DC sem mudar sua construção. Portanto, um motor DC, caso contrário, um gerador DC pode ser geralmente chamado de Máquina DC. A construção de um Gerador DC de 4 pólos é mostrado abaixo. Este gerador é composto por muitas partes como garfo, postes e sapatas de pólo, enrolamento de campo, um núcleo de armadura, enrolamento de armadura, comutador e escovas. Mas as duas partes essenciais deste dispositivo são o estator, bem como o rotor .
Estator
O estator é uma parte essencial do gerador DC, e a principal função dele é fornecer os campos magnéticos onde as bobinas giram. Isso inclui ímãs estáveis, onde dois deles estão voltados para os pólos reversos. Esses imãs estão localizados para se encaixar na região do rotor.
Rotor ou núcleo de armadura
Rotor ou núcleo de armadura é a segunda parte essencial do gerador DC, e inclui laminações de ferro com ranhuras que são empilhadas para formar um núcleo de armadura cilíndrica . Geralmente, essas laminações são oferecidas para diminuir a perda por causa do corrente parasita .
Enrolamentos de Armadura
Os slots do núcleo da armadura são usados principalmente para segurar os enrolamentos da armadura. Eles estão em uma forma de enrolamento de circuito fechado, e são conectados em série em paralelo para aumentar a soma da corrente produzida.
Jugo
A estrutura externa do gerador DC é Yoke, e é feita com ferro fundido, caso contrário, aço. Ele fornece a energia mecânica necessária para transportar o fluxo magnético dado através dos pólos.
Poloneses
Eles são usados principalmente para segurar os enrolamentos de campo. Normalmente, esses enrolamentos são enrolados nos pólos, e eles são conectados em série de outra forma paralelos pelo enrolamentos de armadura . Além disso, os pólos darão união em direção ao garfo com o método de soldagem caso contrário, usando parafusos.
Pole Shoe
A sapata polar é utilizada principalmente para espalhar o fluxo magnético, bem como para evitar a queda da bobina de campo.
Comutador
O funcionamento do comutador é como um retificador para mudar Tensão AC ao Voltagem de corrente contínua dentro do enrolamento da armadura para cruzar as escovas. É desenhado com um segmento de cobre, e cada segmento de cobre é protegido um do outro com a ajuda de folhas de mica . Ele está localizado no eixo da máquina.
Comutador em DC Generator
Função Comutador do Gerador DC
A principal função do comutador no gerador CC é alterar CA para CC. Ele atua como uma chave reversora e sua função no gerador é discutida a seguir.
A fem que é induzida dentro da bobina da armadura do gerador é alternada. Portanto, o fluxo de corrente dentro da bobina da armadura também pode ser corrente alternada. Esta corrente pode ser revertida através do comutador no momento preciso, uma vez que a bobina da armadura cruze o eixo magnético imparcial. Assim, a carga atinge uma corrente DC ou unidirecional.
O comutador garante que o fluxo de corrente do gerador fluirá para sempre em uma única direção. As escovas farão conexões elétricas de alta qualidade entre o gerador e a carga, movendo-se no comutador.
Pincéis
As conexões elétricas podem ser asseguradas entre as comutador bem como o circuito de carga externo com o auxílio de escovas.
Princípio de trabalho
O princípio de funcionamento do gerador DC é baseado nas leis de Faraday de Indução eletromagnética . Quando um condutor está localizado em um campo magnético instável, uma força eletromotriz é induzida dentro do condutor. A magnitude e.m.f induzida pode ser medida a partir da equação de a força eletromotriz de um gerador .
Se o condutor estiver presente com uma pista fechada, a corrente induzida fluirá na pista. Neste gerador, as bobinas de campo irão gerar um campo eletromagnético, bem como os condutores da armadura são transformados no campo. Portanto, uma força eletromotriz induzida eletromagneticamente (e.m.f) será gerada dentro dos condutores da armadura. O caminho da corrente induzida será fornecido pela regra da mão direita de Fleming.
Equação E.M.F do gerador DC
O equação emf do gerador cc de acordo com as Leis de Indução Eletromagnética de Faraday é Por exemplo = PØZN / 60 A
Onde Phi é
fluxo ou pólo dentro de Webber
‘Z’ é um número total de condutor de armadura
‘P’ é uma série de pólos em um gerador
‘A’ é uma série de pistas paralelas dentro da armadura
‘N’ é a rotação da armadura em r.p.m (revoluções por minuto)
‘E’ é o e.m.f induzido em qualquer pista paralela dentro da armadura
‘Eg’ é o e.m.f gerado em qualquer uma das pistas paralelas
‘N / 60’ é o número de voltas por segundo
O tempo para uma volta será dt = 60 / N seg
Tipos de gerador DC
A classificação de geradores DC pode ser feita em duas categorias mais importantes: excitados separadamente, bem como autoexcitados.
Tipos de geradores DC
Separadamente Excitado
No tipo excitado separadamente, as bobinas de campo são reforçadas a partir de uma fonte DC externa autônoma.
Excitado
No tipo autoexcitado, as bobinas de campo são reforçadas a partir da corrente gerada com o gerador. A geração da primeira força eletromotriz ocorrerá devido ao seu excelente magnetismo dentro dos pólos do campo.
A força eletromotriz produzida fará com que uma fração da corrente seja fornecida nas bobinas de campo, portanto, o que aumentará o fluxo do campo, bem como a geração de força eletromotriz. Além disso, esses tipos de geradores CC podem ser classificados em três tipos, a saber, ferida em série, ferida em derivação e ferida composta.
- Em um enrolamento em série, o enrolamento de campo e o enrolamento de armadura são conectados em série um com o outro.
- No enrolamento em derivação, tanto o enrolamento de campo quanto o enrolamento de armadura são conectados em paralelo um com o outro.
- O enrolamento composto é a mistura de enrolamento em série e enrolamento de derivação.
A eficiência do gerador DC
Os geradores CC são muito confiáveis com classificações de eficiência de 85-95%
Considere que a saída de um gerador é VI
A entrada de um gerador é VI + Losses
Entrada = VI + I2aRa + Wc
Se a corrente do campo de derivação for insignificante, então Ia = I (aproximadamente)
Depois disso, n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
Para maior eficiência d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, caso contrário I2ra = wc
Portanto, a eficiência é mais alta, uma vez que a perda variável é equivalente à perda constante
A corrente de carga equivalente à maior eficiência é I2ra = wc, caso contrário, I = √wc / ra
Perdas no gerador DC
Existem diferentes tipos de máquinas disponíveis no mercado onde a energia total de entrada não pode ser transformada em saída devido à perda na energia de entrada. Portanto, diferentes perdas podem ocorrer neste tipo de gerador.
Perda de cobre
Na perda de cobre da armadura (Ia2Ra), onde a corrente da armadura é 'Ia' e a resistência da armadura é 'Ra'. Para geradores como bobinas em derivação, a perda de cobre do campo é equivalente a Ish2Rsh, que é quase estável. Para geradores como uma bobina em série, a perda de cobre do campo é equivalente a Ise2 Rse, que também é quase estável. Para geradores como enrolamento composto, a perda de cobre depositado é semelhante ao Icomp2 Rcomp, que também é quase estável. Em perdas de carga total, as perdas de cobre ocorrem de 20-30% por causa do contato da escova.
Núcleo ou Ferro ou Perda Magnética
A classificação das perdas do núcleo pode ser feita em dois tipos, como histerese e corrente parasita
Perda de histerese
Essa perda ocorre principalmente por causa da reversão do núcleo da armadura. Cada parte do núcleo do rotor passou abaixo dos dois pólos como norte e sul alternadamente e atinge a polaridade S e N correspondentemente. Sempre que o núcleo fornece abaixo de um conjunto de pólos, o núcleo terminará uma série de inversão de frequência. Por favor, consulte este link para saber mais sobre O que é perda de histerese: fatores e suas aplicações
Perda de corrente parasita
O núcleo da armadura corta o fluxo magnético ao longo de sua revolução & e.m.f pode ser induzido dentro do núcleo, com base nas leis de indução eletromagnética, esta fem é extremamente pequena, no entanto, ele cria uma grande corrente na superfície do núcleo. Essa enorme corrente é conhecida como corrente parasita, enquanto a perda é chamada de perda por corrente parasita.
As perdas de núcleo são estáveis para geradores compostos e de derivação porque suas correntes de campo são quase estáveis. Essa perda ocorre principalmente de 20% a 30% em perdas de carga total.
Perda Mecânica
A perda mecânica pode ser definida como a fricção de ar da armadura rotativa ou perdas de vento A perda de fricção ocorre principalmente de 10% a 20% das perdas de carga total nos rolamentos e comutador.
Perda perdida
As perdas por dispersão ocorrem principalmente pela combinação das perdas como núcleo e também mecânicas. Essas perdas também são chamadas de perdas rotacionais.
Diferença entre gerador AC e DC
Antes de podermos discutir a diferença entre gerador AC e DC, temos que conhecer o conceito de geradores. Geralmente, os geradores são classificados em dois tipos, como CA e CC. A principal função desses geradores é mudar a potência de mecânica para elétrica. Um gerador AC gera uma corrente alternada enquanto o gerador DC gera energia direta.
Ambos os geradores usam a lei de Faraday para gerar energia elétrica. Essa lei diz que, uma vez que um condutor muda dentro de um campo magnético, ele corta as linhas de força magnética para estimular um EMF ou força eletromagnética dentro do condutor. A magnitude da fem induzida depende principalmente da conexão da força da linha magnética através do condutor. Uma vez que o circuito do condutor é fechado, a fem pode causar fluxo de corrente. As partes principais de um gerador CC são o campo magnético e os condutores que se movem dentro do campo magnético.
As principais diferenças entre os geradores CA e CC são um dos tópicos elétricos mais importantes. Essas diferenças podem ajudar os alunos a estudar sobre este tópico, mas antes disso, deve-se conhecer todos os detalhes sobre os geradores CA, bem como os geradores CC, para que as diferenças sejam muito simples de entender. Consulte este link para saber mais sobre o Diferença entre gerador AC e DC.
Características
A característica do gerador DC pode ser definida como a representação gráfica entre as duas grandezas separadas. Este gráfico mostrará as características de estado estacionário que explicam a relação principal entre a tensão terminal, cargas e excitação por meio deste gráfico. As características mais essenciais deste gerador são discutidas abaixo.
Características de magnetização
As características de magnetização fornecem a diferença de produção de tensão, caso contrário, tensão sem carga através da corrente de campo a uma velocidade estável. Esse tipo de característica também é conhecido como circuito aberto, caso contrário, característica sem carga.
Características Internas
As características internas do gerador CC podem ser traçadas entre a corrente de carga, bem como a tensão gerada.
Características externas ou de carga
As características da carga ou do tipo externo fornecem as principais relações entre a corrente da carga e a tensão do terminal a uma velocidade estável.
Vantagens
O a vantagens de um gerador DC inclui o seguinte.
- Os geradores DC geram grande produção.
- A carga terminal desses geradores é alta.
- O projeto de geradores DC é muito simples
- Eles são usados para gerar potência de saída desigual.
- Estes são extremamente consistentes com 85-95% das classificações de eficiência
- Eles fornecem uma saída confiável.
- Eles são leves e compactos.
Desvantagens
As desvantagens de um gerador CC incluem o seguinte.
- O gerador DC não pode ser usado com um transformador
- A eficiência deste gerador é baixa devido a muitas perdas como cobre, mecânica, turbilhão, etc.
- Uma queda de tensão pode ocorrer em longas distâncias
- Ele usa um comutador de anel dividido, então vai complicar o projeto da máquina
- Caro
- Alta manutenção
- As faíscas serão geradas ao gerar energia
- Mais energia será perdida durante a transmissão
Aplicações de Geradores DC
As aplicações de diferentes tipos de geradores DC incluem o seguinte.
- O gerador DC tipo excitado separadamente é usado para impulsionar, bem como galvanoplastia . É usado para fins de energia e iluminação usando um regulador de campo
- O gerador DC autoexcitado ou gerador DC shunt é usado para energia e também para iluminação comum usando o regulador. Pode ser usado para iluminação de bateria.
- O gerador DC da série é usado em lâmpadas de arco para iluminação, gerador de corrente estável e reforço.
- Um gerador DC composto é usado para fornecer o fonte de energia para máquinas de solda DC.
- Nível composto DC gerador é usado para fornecer uma fonte de alimentação para albergues, alojamentos, escritórios, etc.
- Mais do que composto, o gerador DC é usado para reembolsar a queda de tensão nos alimentadores.
Portanto, isso é tudo sobre o gerador DC . A partir das informações acima, finalmente, podemos concluir que as principais vantagens dos geradores CC incluem construção e design simples, a operação paralela é fácil e os problemas de estabilidade do sistema são menos diferentes dos alternadores. Aqui está uma pergunta para você, quais são as desvantagens dos geradores DC?
