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El poder oculto en los rotores de los motores eléctricos: ¿Por qué los generadores modernos no dependen de escobillas de carbón?
A medida que avanza la tecnología, el diseño y el funcionamiento de los generadores también evolucionan. El cambio de los primeros generadores que dependían de escobillas de carbón a la tecnología sin escobillas cada vez más común hoy en día no solo ha mejorado el rendimiento del generador, sino que también ha reducido los costos de mantenimiento. Muchos lectores pueden tener curiosidad por saber por qué los generadores modernos no utilizan escobillas de carbón. ¿Qué innovaciones tecnológicas se esconden detrás de esto?
Excitación en electromagnetismo
En electromagnetismo, la excitación es el proceso de generar un campo magnético utilizando corriente eléctrica. Un generador o motor consiste en un rotor que gira en un campo magnético. El campo magnético puede ser generado por imanes permanentes o bobinas de campo eléctrico. Para las máquinas que utilizan bobinas de campo eléctrico, la corriente debe fluir a través de las bobinas para generar (excitar) el campo magnético, de lo contrario, el rotor no puede transferir energía.
Las bobinas de campo eléctrico ofrecen la forma más flexible de regulación de flujo, pero consumen corriente.
Excitación en generadores
Para muchos generadores grandes, se debe establecer una corriente eléctrica antes de que el generador pueda generar electricidad. Aunque parte de la salida del generador se puede utilizar para mantener el campo magnético una vez iniciado, todavía se requiere una fuente de corriente externa durante el arranque. Controlar el campo magnético es muy importante ya que esto mantendrá el voltaje en el sistema.
Principio del amplificador
A excepción de los generadores de imanes permanentes, el voltaje de salida del generador es proporcional al flujo magnético. La suma del flujo magnético consiste en la magnetización de la estructura y el campo magnético generado por la corriente de excitación. Si no hay corriente de excitación, el flujo magnético es muy pequeño y el voltaje de armadura es casi cero. Al controlar la corriente de campo, se puede regular el voltaje del sistema generador para eliminar la caída de voltaje causada por el aumento de la corriente de armadura.
Un generador puede verse como un amplificador de corriente a voltaje.
Uso de incentivos independientes
Para los generadores grandes, es una práctica común utilizar un generador de excitación separado conectado en paralelo con el generador principal. Se trata de un pequeño generador excitado por imán permanente o batería, diseñado para proporcionar la corriente necesaria para el generador más grande.
Una nueva era de automotivación
Los generadores modernos suelen ser autoexcitados, es decir, parte de la potencia de salida del rotor se utiliza para accionar las bobinas del campo eléctrico. Cuando se apaga el generador, el núcleo del rotor retendrá una cierta cantidad de magnetismo residual. Al poner en marcha el generador, no conecte ninguna carga primero. De lo contrario, su campo magnético inicial débil inducirá una corriente débil en la bobina del rotor, lo que fortalecerá el campo magnético y, finalmente, generará un voltaje fuerte.
Arranque y otras variantes
Los generadores autoexcitados deben arrancarse sin carga externa. Existen varios tipos de diseños autoexcitados, que van desde diseños de derivación simples que utilizan energía del devanado principal hasta sistemas de refuerzo de excitación que proporcionan un refuerzo de energía temporal para hacer frente a los cambios de carga.
Cuando el magnetismo residual del generador no es suficiente para alcanzar el voltaje completo, generalmente existen disposiciones para inyectar corriente desde otra fuente.
El auge de los incentivos sin escobillas
La tecnología de excitación sin escobillas permite generar el flujo magnético en el motor sin necesidad de escobillas de carbón. Esta tecnología, desarrollada a partir de avances en tecnología de semiconductores, utiliza un rectificador rotatorio para recoger el voltaje de CA inducido en el eje de la máquina síncrona y lo rectifica para proporcionarlo al devanado de campo del generador. Si bien la excitación sin escobillas históricamente ha sido deficiente en términos de regulación de flujo rápido, esto está mejorando a medida que aparecen nuevas soluciones disponibles.
El futuro de la tecnologíaLa tecnología sin escobillas actual es más sofisticada y utiliza comunicaciones inalámbricas de alto rendimiento para lograr un control total del campo magnético, como rectificadores de tiristores e interfaces de conmutación, lo que hace que el funcionamiento del generador sea más flexible y eficiente.
A medida que la tecnología continúa evolucionando, sigue siendo un desafío determinar si los generadores pueden prescindir por completo de las escobillas de carbón. ¿Qué nuevas tecnologías surgirán en el futuro para resolver estos desafíos?
