Distribución de corriente en generador en derivación de CC.
En un generador de CC en derivación, la corriente de armadura (Ia) se divide en dos caminos diferentes, cada uno de los cuales tiene un propósito específico en el funcionamiento del generador. Esta distribución de energía juega un papel crucial en la funcionalidad y eficiencia del generador.
Corriente de campo en derivación (Ish)
Una parte de la corriente de la armadura, llamada corriente de campo en derivación (Ish), fluye a través de la bobina o devanado del campo en derivación. La bobina de campo en derivación está conectada en paralelo al devanado del inducido y es responsable de generar el campo magnético en el estator del generador.
- Generación de campos magnéticos : La corriente del campo en derivación crea un campo magnético constante en el estator, que proporciona el flujo magnético necesario para que funcione el generador.
- Regulación de voltaje terminal : El voltaje terminal del generador se puede regular controlando la corriente del campo en derivación. Al ajustar la corriente del campo en derivación, el generador puede mantener un voltaje de salida relativamente constante incluso en condiciones de carga fluctuantes.
Corriente de carga (IL)
La mayor parte de la corriente del inducido, llamada corriente de carga (IL), fluye a través de la carga externa conectada a los terminales de salida del generador. Esta corriente de carga proporciona energía a varios dispositivos o sistemas eléctricos conectados al generador.
- Producción de energía : la corriente de carga es la potencia real del generador que suministra energía eléctrica a los dispositivos conectados, como luces, motores, electrodomésticos u otras cargas eléctricas.
- Regulación de voltaje : dividir la corriente de la armadura en un campo en derivación y una corriente de carga ayuda a mantener un voltaje de salida constante incluso cuando la carga fluctúa. La corriente del campo en derivación controla la intensidad del campo magnético interno del generador, lo que permite ajustar el voltaje de salida según sea necesario.
Funciones inactivas
La figura muestra la característica sin carga de un generador de CC en derivación, que tiene una forma similar a un generador en serie. La línea OP denota la resistencia del circuito de campo en derivación. Una vez que el generador esté funcionando a velocidad normal, generará un voltaje OM. En ralentí, el voltaje en los terminales del generador es constante (= OM), como se muestra esquemáticamente mediante la línea horizontal MR.
Características internas
Características externas
= E-(IL+Ish)Ra
Por lo tanto, la curva característica externa puede tener el mismo valor por debajo de la curva característica interna hasta la caída en el circuito de armadura (es decir, (IL + Ish) Ra).
Eficiencia y rendimiento
La eficiencia y el rendimiento son de suma importancia al evaluar las características de un generador en derivación de CC. Examinamos los factores que afectan su eficiencia, como la resistencia de la armadura, las pérdidas y la saturación magnética. Descubra las compensaciones convincentes entre la producción de energía, las pérdidas y la eficiencia general del generador y aprenda cómo los ingenieros están mejorando estas características para diferentes aplicaciones.
Factores de eficiencia
La eficiencia de un generador en derivación de CC está influenciada por varios factores:
- Resistencia de la armadura (Ra) : una mayor resistencia de la armadura aumenta las pérdidas y reduce la eficiencia.
- Resistencia de campo (Rf) : el ajuste adecuado de la resistencia de campo afecta la regulación y la eficiencia del voltaje del terminal.
- Pérdidas : Las pérdidas de cobre (Ia²Ra), las pérdidas de hierro (histéresis y pérdidas por corrientes parásitas) y las pérdidas mecánicas (fricción y resistencia del aire) afectan la eficiencia general.
- Saturación magnética : la saturación de materiales magnéticos afecta la capacidad del generador para producir voltajes más altos bajo carga.
Optimización de la eficiencia y el rendimiento
Los ingenieros se esfuerzan por equilibrar la producción de energía, las pérdidas y la eficiencia general. Esto generalmente implica factores de ajuste como la resistencia de campo, la resistencia de la armadura y la distribución de carga para garantizar que el generador funcione de manera eficiente bajo diferentes cargas.
Potencia y pérdidas
La potencia de salida de un generador en derivación de CC está determinada por el producto de la corriente de carga (IL) y el voltaje del terminal (V). Sin embargo, las pérdidas en el generador afectan la potencia real disponible para uso externo.
Estas pérdidas incluyen:
- Pérdidas de cobre (Ia²Ra) : Estas pérdidas son causadas por la resistencia del devanado de la armadura y la corriente que fluye a través de él. Una corriente o resistencia más alta da como resultado mayores pérdidas de cobre.
- Pérdidas de hierro : las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas en el material del núcleo contribuyen a las pérdidas de hierro. Estas pérdidas aumentan con la frecuencia de las inversiones magnéticas en el núcleo.
Eficiencia mecánica
La eficiencia mecánica del generador tiene en cuenta las pérdidas en los componentes mecánicos del generador, como las pérdidas por fricción y la resistencia del aire. Estas pérdidas reducen la potencia mecánica disponible para impulsar la rotación del generador.
Distribución óptima de la carga
Los ingenieros quieren saber con qué carga funciona el generador de manera más eficiente. Para lograrlo, es necesario equilibrar la producción y las pérdidas de energía para lograr la mayor eficiencia general.
Cálculo de eficiencia
La eficiencia general de un generador en derivación de CC se calcula como la relación entre la salida de energía eléctrica y la entrada de energía mecánica. Se obtiene de la fórmula: Eficiencia (%) = (potencia de salida / potencia de entrada) * 100
Efectos de saturación magnética
A medida que aumenta el flujo magnético, el núcleo del generador puede alcanzar un punto de saturación en el que aumentos adicionales en la corriente de excitación no dan como resultado aumentos proporcionales en el flujo magnético. Este fenómeno puede afectar la capacidad del generador para mantener una regulación de voltaje estable bajo cargas elevadas.
Consideraciones específicas de la aplicación
La aplicación prevista influye en el diseño y funcionamiento de un generador en derivación de CC. Por ejemplo, en aplicaciones donde el voltaje constante es crítico, la adaptación de la intensidad del campo recibe especial atención.
Avances y modernización
Los avances en materiales, sistemas de control y técnicas de construcción han permitido a los ingenieros mejorar la eficiencia y el rendimiento de los generadores en derivación de CC. Los sistemas de control digital permiten ajustes en tiempo real para optimizar el rendimiento en diferentes condiciones.
Conclusión
En resumen, las características de un generador en derivación de CC brindan una visión fascinante del intrincado funcionamiento de este notable dispositivo. Desde su automatización y control magnético hasta su control de excitación y eficiencia del suministro de energía, el generador en derivación de CC tiene una variedad de características fascinantes. Al comprender estas características, los ingenieros pueden aprovechar todo el potencial de este dispositivo y permitir una generación de energía confiable y eficiente para una amplia gama de aplicaciones. A medida que profundizamos en el fascinante mundo de la ingeniería eléctrica, el generador en derivación de CC sigue siendo un testimonio atemporal de las maravillas de la generación y el control de energía.
