Análise dos tipos de perdas em máquinas de corrente contínua

Análisis de tipos de pérdidas en máquinas de corriente continua.

Tipos de pérdidas en máquinas de corriente continua

Las máquinas de CC son componentes esenciales en diversas aplicaciones, desde procesos industriales hasta sistemas de energía renovable. Sin embargo, a pesar de su importancia, estas máquinas no están exentas de pérdidas durante su funcionamiento. Comprender los tipos de pérdidas en las máquinas de CC es fundamental para los ingenieros y diseñadores que buscan mejorar la eficiencia, el rendimiento y la confiabilidad general del sistema. Este artículo analiza los diferentes tipos de pérdidas en máquinas de CC y aborda sus causas, efectos y posibles estrategias de mitigación.

Tipos de pérdidas

Las pérdidas de una máquina de corriente continua (generador o motor) se pueden dividir en tres clases. Ellos son

1. Pérdidas de cobre
2. Pérdidas de hierro o núcleo y
3. Pérdidas mecánicas.
Todas estas pérdidas provocan calor y, por tanto, aumentan la temperatura de la máquina. Además, se reduce la eficiencia del dispositivo.

1. Pérdidas de cobre

Esta pérdida generalmente surge de la corriente en los distintos devanados de la máquina. Las diferentes pérdidas del devanado son:

Pérdida de cobre del anclaje = EU 2 A R A
Pérdida de cobre en el campo de derivación = EU 2 Sh R Sh
Pérdida de cobre en campo en serie = EU 2 se R se
Hay pérdidas adicionales por contacto de las escobillas debido a la resistencia de contacto de las escobillas (es decir, resistencia en el centro de la superficie de las escobillas y el conmutador). Esta pérdida se incluye en gran medida en la pérdida de cobre del ancla.

2. Pérdidas de hierro

Esta pérdida ocurre en la armadura de una máquina de CC y se debe a la rotación de la armadura en el campo magnético de los polos. Hay dos tipos, a saber

(i) Pérdida de histéresis
(ii) La pérdida actual de Eddy.

Pérdida de histéresis

Perda de histerese

Las pérdidas por histéresis ocurren en el devanado de la armadura de la máquina de CC porque cualquier parte de la armadura está expuesta al campo magnético inverso cuando pasa por debajo de los siguientes polos. La figura anterior muestra la máquina de CC de 2 polos con armadura giratoria. Observe una sección pequeña y baja del devanado de la armadura. Tan pronto como la pieza ab está debajo del polo N, las líneas magnéticas van de a a b. A media vuelta, hay una pieza idéntica de hierro debajo del polo S, y las líneas magnéticas van y vienen para invertir el magnetismo en el hierro. Para invertir constantemente los imanes moleculares en el núcleo de la armadura, se debe gastar una cierta cantidad de energía, lo que se denomina pérdida por histéresis. La fórmula de Steinmetz así lo indica.

La fórmula de Steinmetz es:

Pérdida por histéresis PH =ηB 16 Max fV vatios

Dónde,
η = coeficiente de histéresis de Steinmetz
b Max. = Densidad de flujo máxima en el devanado del inducido
F = frecuencia de inversión de polaridad magnética
= NP/120 (N se da en rpm)
V = volumen de conexión en m 3
Supongamos que desea reducir esta pérdida con un CD. El núcleo del inducido de la máquina está fabricado con materiales con un coeficiente de histéresis de Steinmetz más bajo, p. B. acero al silicio.

La pérdida actual de Eddy

Además de los voltajes creados en el conductor de la armadura , se generan otros voltajes en el núcleo del anclaje. Estos voltajes crean corrientes en el núcleo de la bobina como se muestra en la figura. Se denominan corrientes parásitas y la pérdida de potencia debido a su flujo se denomina pérdida por corrientes parásitas. Esta pérdida parece aumentar la temperatura de la máquina y la eficiencia disminuye a medida que aumenta el calor.
Perda de corrente parasita

Cuando se utiliza un núcleo continuo de hierro fundido, la resistencia a la trayectoria de las corrientes parásitas es baja debido a la gran sección transversal del cuerpo. En consecuencia, la intensidad de las corrientes de Foucault y las pérdidas por corrientes de Foucault son enormes. La intensidad de las corrientes parásitas se puede reducir manteniendo la resistencia del núcleo lo más alta posible. La resistencia del núcleo se puede aumentar considerablemente fabricando el núcleo a partir de láminas de hierro redondas y delgadas llamadas laminaciones (ver ilustración). Las laminaciones están aisladas entre sí mediante una capa de barniz. La capa aislante tiene alta resistencia; por lo tanto, fluye poca corriente de una laminación a otra. Además, debido a que cada laminación es extremadamente delgada, la resistencia a la corriente que fluye a lo ancho de la laminación es bastante grande. Por lo tanto, laminar un núcleo aumenta la resistencia del núcleo, lo que reduce las corrientes parásitas y, por tanto, las pérdidas por corrientes parásitas.

Pérdida por corrientes parásitas P t =K t b 2 Max F 2 T 2 V vatios

Donde k t = constante

b Max = Densidad de flujo máxima en wb/m 2
T = espesor de laminación en m
V = volumen del núcleo en m3

La constante ( K t ) depende de la resistencia del núcleo y del sistema de medición utilizado.

Cabe señalar que la pérdida por corrientes parásitas depende del cuadrado del espesor de la lámina. Por este motivo, el espesor de la chapa debe ser el menor posible.

Pérdida mecánica

Estas pérdidas se deben a la fricción y la resistencia del aire.

  • Las pérdidas por fricción surgen de la fricción en cojinetes, escobillas, etc.
  • La fricción del aire de la bobina giratoria provoca la pérdida de aire.
Estas pérdidas dependen de la velocidad de la máquina. Excepto que a cierta velocidad son mucho más consistentes.

Pérdidas constantes y variables

Las pérdidas en una máquina de CC se dividen en (i) pérdidas constantes y (ii) pérdidas variables.

Pérdidas constantes

Las pérdidas en un generador de CC que permanecen constantes bajo todas las cargas se denominan pérdidas continuas. Las pérdidas operativas en un generador de CC son:

a) Pérdidas de hierro
b) pérdidas mecánicas
c) Pérdidas del campo de derivación

Pérdidas variables

Aquellas pérdidas en un generador de CC que varían con la carga se denominan pérdidas variables. Las pérdidas variables en un generador de CC son:

Pérdida de cobre en el devanado del inducido (I 2 R A )
Pérdida de cobre en el devanado de campo en serie (I 2 se R se )

Pérdidas Totales = Pérdidas Constantes + Pérdidas Variables.

Esta pérdida de cobre es generalmente constante en generadores compuestos y en derivación.

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