Descubriendo el potencial de las pruebas regenerativas o pruebas de Hopkinson
Luciano Bertene
La prueba regenerativa o Hopkinson es un método especial para evaluar el rendimiento y las características de grandes máquinas eléctricas, como generadores y motores de CC. Esta prueba es particularmente valiosa para comprender el comportamiento de los dispositivos bajo condiciones de carga y proporciona información sobre eficiencia, pérdidas y otros parámetros críticos. En el post anterior vimos cómo determinar la eficiencia de las máquinas DC mediante Sweat Burn Test . El método de prueba regenerativo o Hopkinson es otro método para determinar la eficiencia de una máquina de CC. Este método ahorra electricidad y proporciona resultados de máquina de CC mucho más precisos. Necesitamos máquinas de CC similares y voltaje de suministro para realizar esta prueba.
Principio de funcionamiento
Dos máquinas de derivación de CC similares están acopladas mecánicamente y conectadas en paralelo a través de la fuente de alimentación de CC. En ambas máquinas, una funciona como motor y la otra como generador , variando la excitación del campo en derivación. La energía eléctrica suministrada al motor de combustión interna se convierte en energía mecánica y el resto se destina a otras pérdidas del motor.
Esta energía mecánica convertida se entrega al generador. La energía eléctrica producida por el generador se devuelve al motor, excepto la energía perdida como pérdida del generador. Así, la energía eléctrica extraída del suministro de CC es la suma de las pérdidas del motor y del generador, que se pueden leer directamente a través del amperímetro y el voltímetro. Dado que la potencia de entrada de la fuente de alimentación CC corresponde a la potencia necesaria para equilibrar las pérdidas de dos máquinas, esta prueba sólo se puede realizar con una pequeña cantidad de corriente.
Podemos estresar la máquina variando la intensidad del campo de la máquina. Por lo tanto, podemos determinar la pérdida total del dispositivo bajo cada carga. El rendimiento de conmutación de la máquina y el aumento de temperatura se pueden observar cuando el dispositivo se prueba en condiciones de carga completa.
Distribución de carga para generadores en derivación de CC.
La figura anterior muestra el diagrama de circuito típico de una prueba de Hopkinson. Dos máquinas de derivación de CC similares están acopladas mecánicamente y conectadas en paralelo a través de la fuente de CC. Al variar la intensidad del campo de cada máquina 1 m, la máquina M puede funcionar como motor y la máquina G puede funcionar como generador. El motor extrae corriente I 1 del generador y corriente I 2 de la fuente de alimentación de CC. Por lo tanto, la entrada de corriente al motor es (I 1 + I 2 ). La energía eléctrica de la fuente DC es V EU 2, que corresponde a las pérdidas totales (pérdidas del motor y del generador). La corriente de campo en derivación del motor es I 4 y la del generador es I 3 .
Cálculo
Sea V = tensión de alimentación
Entrada de potencia del motor = V(I 1 + I 2 )
Entrada de energía del generador = VI 1
Podemos determinar la eficiencia de las máquinas de CC en dos casos.
Suponiendo la misma eficiencia de la máquina
Suponiendo pérdidas iguales de hierro, fricción y viento.
Suponiendo la misma eficiencia de la máquina
Potencia de salida del motor = η x potencia de entrada del motor
= ηV(yo 1 + yo 2 )
Es decir, potencia de entrada del motor = entrada del generador.
Ahora la salida del generador = η x entrada del generador
= η x ηV(yo 1 +yo 2 )
= η2V(yo 1 + yo 2 )
VI 1 =η 2 V(yo 1 +yo 2 )
Salida del generador η = √ {I 1 / (I 1 + I 2 )
La expresión anterior determina la eficiencia de manera satisfactoria y perfecta para una prueba aproximada. Si el caso necesita ser más preciso, la eficiencia de las dos máquinas se puede definir por separado utilizando las siguientes expresiones.
Suponiendo pérdidas iguales de hierro, fricción y viento.
No es necesario suponer que la eficiencia de ambas máquinas sea la misma. Las dos máquinas de CC no tienen el mismo devanado de inducido y de campo. Sin embargo, como ambas máquinas son idénticas, las pérdidas en el hierro, las pérdidas por fricción y las pérdidas por resistencia del aire de ambos dispositivos son las mismas. En base a esto, podemos determinar la eficiencia de cada máquina.
R A = Resistencia del devanado del inducido de máquinas individuales.
EU 3 = Generador de corriente de campo en derivación G
EU 4 = corriente de línea derivada del motor M
Pérdidas de cobre en la armadura del generador = (I 1 +I 32 )R A
Pérdidas de cobre en la armadura del motor = (I 1 + I 2 – EU 42 )R A
Pérdida de cobre en el campo en derivación en G = VI 3
Pérdida de cobre en el campo en derivación en M = VI 4
La energía consumida por la fuente DC es VI 2 y corresponde a las pérdidas totales del motor y generador.
VI 2 = Pérdidas totales de motores y generadores
Para obtener la pérdida de hierro, la fricción y el arrastre, reste de VI 2 la pérdida de cobre de la armadura y la pérdida de cobre en derivación de ambas máquinas.
Pérdidas totales de 2 máquinas (M&G)
=VI 2 – ((UE 1 +eu 3 ) 2 R A + (eu 1 +eu 2 -UE 42 R A +VI 3 +VI 4 )) = W
Para determinar las pérdidas de las máquinas individuales, divida por 2
es decir, pérdidas totales de cada máquina = C/2
Calcular la eficiencia de un motor y un generador
Calcular la eficiencia de un motor y generador es fundamental para evaluar su desempeño en la conversión de energía eléctrica y mecánica. La eficiencia sirve como un valioso indicador de la eficacia con la que funcionan estas máquinas.
Profundicemos en los cálculos de eficiencia de motores y generadores:
Eficiencia del motor
Potencia de entrada del motor : La potencia de entrada del motor viene dada por la expresión V(I1 + I2), donde V es la tensión e I1, I2 son las corrientes.
Pérdidas totales (Wm) : Las pérdidas totales en el motor se calculan como (I1 + I2 – I4²)Ra + VI4 + (W/2), donde Ra representa la resistencia del inducido y W representa las pérdidas mecánicas.
Eficiencia del motor (ηm) : La eficiencia del motor se calcula mediante la fórmula: ηm = (V(I1 + I2) – Wm) / (V(I1 + I2)).
Potencia de entrada del motor = V(I 1 + I 2 )
Pérdidas totales = (I 1 +I 2 -I 42 )R A +VI 4 + (Con 2)
=BM
Eficiencia del motor η M = (Entrada – Pérdidas) / Entrada
= (V(yo 1 +yo 2 ) – C M ) / (V(yo 1 +yo 2 ))
Eficiencia del generador
Potencia de salida del generador : La potencia de salida del generador viene dada por VI1, donde V es el voltaje e I1 es la corriente.
Pérdidas totales (Wg) : Las pérdidas totales en el generador se calculan como (W/2) + (I1 + I3²)Ra + VI3, donde Ra es la resistencia del inducido y W son las pérdidas.
Eficiencia del generador (ηg) : La eficiencia del generador se calcula como ηg = VI1 / (VI1 + Wg).
Potencia de salida del generador = VI 1
Pérdidas totales = (W/2) + (I 1 +I 32 )R A +VI 3
= GT
Eficiencia del generador η G =VI 1 / (VI 1 +W G )
Conclusión
En resumen, las pruebas regenerativas o de Hopkinson son un medio eficaz para desbloquear el potencial de las grandes máquinas eléctricas al proporcionar información precisa sobre su eficiencia, pérdidas y características de rendimiento en diferentes condiciones de carga. Este método de prueba especializado permite a los ingenieros e investigadores tomar decisiones informadas sobre el diseño, el funcionamiento y la optimización de las aplicaciones de la máquina.
