Un generatore DC autoeccitato shunt-wound è mostrato sulla sinistra, e un generatore DC magneto con magneti a campo permanente è mostrato sulla destra. L’uscita del generatore shunt-wound varia con l’assorbimento di corrente, mentre l’uscita del magneto è costante indipendentemente dalle variazioni di carico.

Un generatore DC ad eccitazione separata con magneti a campo bipolare. Generatori ad eccitazione separata come questo sono comunemente usati per impianti di trasmissione di energia su larga scala. Il generatore più piccolo può essere un magneto con magneti permanenti o un altro generatore autoeccitato.

Una bobina di campo può essere collegata in shunt, in serie, o in composto con l’indotto di una macchina DC (motore o generatore).

Per una macchina che usa bobine di campo, come nel caso di molti grandi generatori, il campo deve essere stabilito da una corrente affinché il generatore possa produrre elettricità. Anche se una parte della produzione propria del generatore può essere usata per mantenere il campo una volta che si avvia, una fonte esterna di corrente è necessaria per avviare il generatore. In ogni caso, è importante essere in grado di controllare il campo poiché questo manterrà la tensione del sistema.

Principio dell’amplificatoreModifica

Ad eccezione dei generatori a magneti permanenti, un generatore produce una tensione in uscita proporzionale al campo magnetico, che è proporzionale alla corrente di eccitazione; se non c’è corrente di eccitazione non c’è tensione.

Una piccola quantità di potenza fornita come corrente di campo può quindi controllare una grande quantità di potenza generata e può essere usata per modularla. Questo principio è molto utile per il controllo della tensione: se la tensione di uscita del sistema è inferiore a quella desiderata, la corrente di eccitazione può essere aumentata; se la tensione di uscita è alta, l’eccitazione può essere diminuita. Un condensatore sincrono funziona con lo stesso principio, ma non c’è un ingresso di potenza “prime mover”; tuttavia, l’inerzia rotazionale significa che può inviare o ricevere potenza per brevi periodi di tempo. Per evitare danni alla macchina a causa di cambiamenti di corrente erratici, si usa spesso un generatore a rampa. Un generatore può quindi essere considerato come un amplificatore:

Eccitazione separataModifica

Alternatore di un gruppo elettrogeno diesel degli anni ’30, con dinamo di eccitazione sopra

Per generatori grandi, o più vecchi, è usuale che una dinamo di eccitazione separata sia alimentata in parallelo con il generatore principale. Questa è una piccola dinamo a magneti permanenti o a batteria che produce la corrente di campo per il generatore più grande.

AutoeccitazioneModifica

I generatori moderni con bobine di campo sono solitamente autoeccitati; cioè, una parte della potenza prodotta dal rotore è usata per alimentare le bobine di campo. Il ferro del rotore mantiene un certo grado di magnetismo residuo quando il generatore è spento. Il generatore viene avviato senza alcun carico collegato; il debole campo iniziale induce una debole corrente nelle bobine del rotore, che a sua volta crea una corrente di campo iniziale, aumentando l’intensità del campo, quindi aumentando la corrente indotta nel rotore, e così via in un processo di feedback fino a quando la macchina “costruisce” alla piena tensione.

StartingEdit

I generatori auto-eccitati devono essere avviati senza alcun carico esterno collegato. Il carico esterno affonderà la potenza elettrica del generatore prima che la capacità di generare energia elettrica possa aumentare.

Campo lampeggianteModifica

Se la macchina non ha abbastanza magnetismo residuo per costruire la piena tensione, di solito viene fatta una disposizione per iniettare corrente nel rotore da un’altra fonte. Questa può essere una batteria, un’unità domestica che fornisce corrente continua, o corrente rettificata da una fonte di corrente alternata. Poiché questa corrente iniziale è richiesta per un tempo molto breve, è chiamata lampo di campo. Anche i piccoli gruppi elettrogeni portatili possono occasionalmente aver bisogno di un flashing di campo per riavviare.

La resistenza di campo critica è la massima resistenza del circuito di campo per una data velocità con cui il generatore shunt si ecciterebbe. Il generatore shunt accumulerà tensione solo se la resistenza del circuito di campo è inferiore alla resistenza di campo critica. È una tangente alle caratteristiche a circuito aperto del generatore a una data velocità.

Eccitazione brushlessModifica

L’eccitazione brushless crea il flusso magnetico sul rotore delle macchine elettriche senza bisogno di spazzole di carbone. È tipicamente usata per ridurre i costi di manutenzione regolare e per ridurre il rischio di incendio delle spazzole. È stato sviluppato negli anni ’50, come risultato dei progressi nei dispositivi a semiconduttore ad alta potenza. Il concetto era quello di utilizzare un raddrizzatore a diodi rotanti sull’albero della macchina sincrona per raccogliere le tensioni alternate indotte e raddrizzarle per alimentare l’avvolgimento di campo del generatore.

L’eccitazione senza spazzole è stata storicamente priva di una veloce de-regolazione del flusso, che è stato un grande svantaggio. Tuttavia, sono emerse nuove soluzioni. I moderni circuiti rotanti incorporano componenti attivi di de-eccitazione sull’albero, estendendo il ponte di diodi passivo. Inoltre, i loro recenti sviluppi nella comunicazione wireless ad alte prestazioni hanno realizzato topologie completamente controllate sull’albero, come i raddrizzatori a tiristori e le interfacce chopper.