Fundamentos y Optimización de Generadores de Corriente Continua (CC)
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Fundamentos de los Generadores de Corriente Continua (CC)
Los generadores de corriente continua (CC) son dispositivos esenciales en la ingeniería eléctrica, encargados de transformar energía mecánica en energía eléctrica. Su diseño y funcionamiento se basan en principios electromagnéticos clave que determinan la calidad y magnitud de su voltaje de salida.
Aumento del Número de Espiras y Reducción de la Ondulación
Si no se utiliza un filtro a la salida del generador básico de una espira, se obtendrá un voltaje de CC fluctuante que alcanza su amplitud máxima y desciende a cero dos veces durante cada rotación completa de la espira. Esta variación en el voltaje producido se denomina ondulación y hace que la salida sea inadecuada para muchas aplicaciones.
Los segmentos del conmutador y los carbones convierten los voltajes de CA inducidos a un voltaje fluctuante de CC, de la misma forma que en el generador de una sola espira. Sin embargo, los carbones solo están en contacto con los segmentos durante el corto tiempo en que el voltaje en esa espira es próximo a su valor máximo. Cada espira adicional requiere de dos segmentos adicionales de conmutador. El voltaje medio de salida entre los carbones es, por lo tanto, muy próximo al valor máximo de las espiras individuales.
Una bobina de armadura consta de muchas espiras de alambre, con los dos extremos conectados a segmentos de conmutador. Todos los voltajes inducidos en cada espira están en serie, de manera que entre los carbones se produce un voltaje igual a la suma de todos ellos.
Elevación del Voltaje de Salida en Generadores de CC
La amplitud del voltaje en cada espira se determina por la rapidez con la que la espira corta las líneas de flujo magnético. Es posible aumentar el voltaje si se incrementa la intensidad del campo magnético o la velocidad de rotación.
Además, el voltaje de salida de un generador de CC puede elevarse a un nivel útil si a cada espira rotatoria se le añaden muchas vueltas de alambre en lugar de una sola. Estas espiras múltiples reciben el nombre de bobinas de armadura o simplemente bobinas. En consecuencia, el voltaje inducido en una bobina es igual a la suma de cada uno de los voltajes inducidos en cada espira.
Para un campo magnético dado y una velocidad de rotación específica, el número de espiras en cada bobina determina la amplitud del voltaje de salida del generador, en tanto que el número de bobinas determina la cantidad de variación (ondulación) en el voltaje de salida.
Producción del Campo Magnético: Imanes Permanentes vs. Electroimanes
Los imanes permanentes tienen ciertas limitaciones, siendo las principales los requerimientos de tamaño y peso, así como su falta de regulación sobre la salida del generador.
En contraste, los electroimanes pueden producir campos magnéticos mucho más intensos que los imanes permanentes del mismo tamaño y peso. Además, poseen propiedades que hacen posible regular el voltaje de salida del generador, lo cual es una ventaja crucial. La bobina del electroimán generalmente está devanada sobre un núcleo de hierro dulce, que concentra las líneas de flujo y aumenta significativamente la intensidad del campo magnético.