Generadores de CC autoexcitados

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Los generadores de corriente continua autoexcitados son una tecnología de generación de energía eléctrica que se ha utilizado durante muchos años en una amplia variedad de aplicaciones, desde pequeñas instalaciones de energía renovable hasta grandes sistemas de generación de energía industrial. Estos generadores son capaces de generar energía eléctrica a partir de una corriente continua de entrada, utilizando un sistema de excitación autónomo que les permite mantener una salida de voltaje constante y estable. Esto los hace ideales para su uso en aplicaciones que requieren una fuente de energía confiable y constante, como la alimentación de equipos electrónicos sensibles o la energía de respaldo en caso de una falla en la red eléctrica. En esta presentación, exploraremos en profundidad el funcionamiento de los generadores de corriente continua autoexcitados, su diseño y aplicaciones, y las ventajas y desventajas de utilizar esta tecnología en comparación con otras fuentes de energía eléctrica.

Tipos de generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados son aquellos que utilizan su propia corriente para generar el campo magnético necesario para producir energía eléctrica. Existen varios tipos de generadores de CC autoexcitados, los cuales se diferencian por la forma en que generan este campo magnético. A continuación, se presentan los principales tipos de generadores de CC autoexcitados:

Generadores de CC autoexcitados con devanado auxiliar

Este tipo de generador utiliza un devanado auxiliar que se conecta en paralelo con el devanado de campo. Este devanado auxiliar se encarga de suministrar la corriente necesaria para generar el campo magnético. La ventaja de este tipo de generador es que puede arrancar sin carga, es decir, sin tener que conectar un equipo externo para generar la corriente necesaria para iniciar la generación eléctrica.

Un ejemplo de aplicación de este tipo de generador es en la industria metalúrgica, donde se utiliza para alimentar motores eléctricos de alta potencia.

Generadores de CC autoexcitados con devanado de compensación

Este tipo de generador utiliza un devanado de compensación que se conecta en serie con el devanado de carga. Este devanado se encarga de suministrar la corriente necesaria para generar el campo magnético. La ventaja de este tipo de generador es que puede operar con una carga variable, es decir, la corriente de carga puede variar sin que afecte la generación eléctrica.

Un ejemplo de aplicación de este tipo de generador es en los sistemas de alimentación eléctrica de los aviones, donde se requiere una fuente de energía confiable y de alta calidad.

Generadores de CC autoexcitados con devanado en serie

Este tipo de generador utiliza un devanado en serie que se conecta en serie con el devanado de carga. Este devanado se encarga de suministrar la corriente necesaria para generar el campo magnético. La ventaja de este tipo de generador es que puede operar con una carga variable y producir voltajes más altos que los generadores de CC autoexcitados con devanado de compensación.

Un ejemplo de aplicación de este tipo de generador es en los sistemas de alimentación eléctrica de los trenes, donde se requiere una fuente de energía confiable y capaz de generar voltajes elevados.

Generadores de CC autoexcitados con excitación shunt

Este tipo de generador utiliza un devanado shunt que se conecta en paralelo con el devanado de carga. Este devanado se encarga de suministrar la corriente necesaria para generar el campo magnético. La ventaja de este tipo de generador es que puede operar con una carga variable y producir voltajes más altos que los generadores de CC autoexcitados con devanado de compensación.

Un ejemplo de aplicación de este tipo de generador es en los sistemas de alimentación eléctrica de los edificios, donde se requiere una fuente de energía confiable y capaz de producir voltajes elevados.

Conclusión

Cada tipo de generador tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que es importante seleccionar el tipo de generador adecuado para cada aplicación específica.

Aplicaciones de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados tienen una amplia variedad de aplicaciones, ya que son capaces de suministrar energía eléctrica de forma constante y regulada. Aquí te presentamos algunas de las principales aplicaciones:

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1. Industria

En la industria, los generadores de CC autoexcitados son utilizados para alimentar motores eléctricos, equipos de soldadura, hornos, maquinaria pesada y sistemas de iluminación. Además, también son utilizados en la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas y eólicas.

2. Telecomunicaciones

En el sector de las telecomunicaciones, los generadores de CC autoexcitados son utilizados para suministrar energía eléctrica a las estaciones de radio y televisión, antenas de telefonía móvil y sistemas de telecomunicaciones en general.

3. Sistemas de emergencia

En caso de emergencia, los generadores de CC autoexcitados son utilizados para suministrar energía eléctrica a hospitales, centros de atención médica y edificios públicos. También son utilizados en sistemas de seguridad y alarmas, así como en equipos de rescate y emergencia.

4. Automoción

En el sector de la automoción, los generadores de CC autoexcitados son utilizados en sistemas de iluminación, motores eléctricos y sistemas de climatización. Además, también son utilizados en la producción de energía eléctrica en vehículos eléctricos y híbridos.

5. Investigación científica

En la investigación científica, los generadores de CC autoexcitados son utilizados en experimentos y pruebas que requieren de una fuente de energía eléctrica constante y regulada. Por ejemplo, en la investigación de materiales, en la producción de energía nuclear y en la exploración espacial.

Como se puede observar, los generadores de CC autoexcitados tienen una amplia variedad de aplicaciones en diferentes sectores. Su capacidad para suministrar energía eléctrica constante y regulada los hace indispensables en muchos ámbitos.

Componentes principales de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de corriente continua autoexcitados son una de las opciones más comunes para producir energía eléctrica en diversas aplicaciones. Estos generadores tienen varios componentes principales que trabajan juntos para generar la corriente continua necesaria.

1. Estator

El estator es la parte fija del generador que produce un campo magnético estacionario. Este campo magnético es esencial para la generación de la corriente continua. El estator está compuesto por un núcleo de hierro laminado y un devanado de alambre de cobre.

2. Rotor

El rotor es la parte giratoria del generador que contiene un devanado de alambre de cobre. El rotor gira dentro del estator, y el movimiento crea la energía eléctrica necesaria. El rotor también puede tener imanes permanentes para ayudar en la generación de energía.

3. Anillos rozantes

Los anillos rozantes son un componente importante del generador de corriente continua autoexcitado. Estos anillos permiten que la corriente eléctrica fluya desde el rotor al estator. Los anillos rozantes están hechos de cobre y están conectados al devanado del rotor.

4. Cepillos

Los cepillos son los componentes que mantienen el contacto eléctrico con los anillos rozantes. Estos cepillos están hechos de carbón y se deslizan sobre los anillos rozantes mientras el rotor gira. Los cepillos permiten que la corriente fluya del rotor al estator y así se genere la energía eléctrica.

5. Regulador de voltaje

El regulador de voltaje es un componente vital en el generador de corriente continua autoexcitado. Este componente controla la cantidad de voltaje generado por el generador. Un regulador de voltaje adecuado es esencial para garantizar que el generador esté generando la cantidad correcta de energía eléctrica.

6. Condensador

El condensador es un componente que ayuda a estabilizar el voltaje generado por el generador. Este componente también ayuda a reducir el ruido eléctrico y las interferencias electromagnéticas. Un condensador adecuado es esencial para garantizar que el generador esté funcionando de manera eficiente.

7. Excitador

El excitador es el componente que suministra la energía necesaria para excitar el campo magnético del estator. Este componente es esencial para la generación de energía eléctrica en el generador de corriente continua autoexcitado.

8. Motor de arranque

El motor de arranque es el componente que se utiliza para arrancar el generador. Este motor se activa mediante un interruptor y gira el rotor del generador para que arranque la generación de energía eléctrica.

Estos componentes incluyen el estator, el rotor, los anillos rozantes, los cepillos, el regulador de voltaje, el condensador, el excitador y el motor de arranque. Cada uno de estos componentes es esencial para el funcionamiento adecuado del generador y garantiza que esté generando la cantidad correcta de energía eléctrica.

Funcionamiento de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados son máquinas eléctricas que se utilizan para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Estos generadores son muy útiles en aplicaciones que requieren una corriente continua constante, como en la industria automotriz y en la generación de energía eléctrica.

¿Cómo funcionan los generadores de CC autoexcitados?

Los generadores de CC autoexcitados funcionan a través de un proceso de autoexcitación. En este proceso, una pequeña cantidad de corriente se toma del devanado de excitación y se envía al devanado de campo. Este devanado de campo es el que crea el campo magnético necesario para generar la corriente eléctrica.

El proceso de autoexcitación se produce porque la corriente que se envía al devanado de campo produce un campo magnético que es proporcional a la corriente. Este campo magnético a su vez induce una corriente en el devanado de excitación, lo que aumenta la corriente en el devanado de campo. Este aumento de la corriente en el devanado de campo a su vez produce un campo magnético aún mayor, lo que aumenta la corriente en el devanado de excitación. Este proceso continúa hasta que se alcanza la corriente de salida deseada.

Características de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados tienen varias características que los hacen útiles en una amplia variedad de aplicaciones. Algunas de estas características incluyen:

  • Capacidad de producir una corriente continua constante
  • Capacidad de generar una corriente eléctrica a baja velocidad
  • Bajo costo en comparación con otros tipos de generadores
  • Facilidad de mantenimiento
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Ejemplos de aplicaciones de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, algunas de las cuales incluyen:

  • Generación de energía eléctrica en plantas hidroeléctricas
  • Generación de energía eléctrica en centrales nucleares
  • Generación de energía eléctrica en plantas solares
  • Generación de energía eléctrica en plantas eólicas
  • Generación de energía eléctrica en motores de automóviles

Conclusión

Estos generadores funcionan a través de un proceso de autoexcitación que les permite generar una corriente continua constante. Los generadores de CC autoexcitados tienen varias características que los hacen útiles en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo su capacidad para generar una corriente eléctrica a baja velocidad y su facilidad de mantenimiento.

Ventajas de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de corriente continua (CC) son máquinas eléctricas que transforman energía mecánica en energía eléctrica. Dentro de esta categoría, encontramos los generadores de CC autoexcitados, que tienen algunas ventajas sobre otros tipos de generadores. A continuación, explicamos en detalle cuáles son estas ventajas:

1. Mayor eficiencia

Los generadores de CC autoexcitados tienen una mayor eficiencia que otros tipos de generadores. Esto se debe a que, al contar con un sistema de excitación automático, se puede ajustar la corriente de excitación para que sea la justa y necesaria para producir la salida de energía eléctrica deseada.

2. Menor mantenimiento

Los generadores de CC autoexcitados requieren menos mantenimiento que otros tipos de generadores. Esto se debe a que, al contar con un sistema de excitación automático, se evita la necesidad de ajustar manualmente la corriente de excitación, lo que reduce el desgaste y prolonga la vida útil del generador.

3. Mayor estabilidad de voltaje

Los generadores de CC autoexcitados tienen una mayor estabilidad de voltaje que otros tipos de generadores. Esto se debe a que, al contar con un sistema de excitación automático, se puede mantener el voltaje constante incluso cuando hay cambios en la carga eléctrica. Esto es especialmente importante en aplicaciones que requieren una tensión constante, como en la industria.

4. Menor costo

Los generadores de CC autoexcitados tienen un menor costo que otros tipos de generadores. Esto se debe a que, al contar con un sistema de excitación automático, se reducen los costos de mantenimiento y reparación, lo que hace que el generador sea más rentable a largo plazo.

5. Mayor versatilidad

Los generadores de CC autoexcitados son más versátiles que otros tipos de generadores. Esto se debe a que, al contar con un sistema de excitación automático, se pueden adaptar a diferentes necesidades de salida de energía eléctrica y a diferentes situaciones de carga eléctrica.

Conclusión

Estas ventajas hacen que los generadores de CC autoexcitados sean una opción atractiva para muchas aplicaciones en la industria y otros sectores que requieren una fuente de energía eléctrica confiable y eficiente.

Desventajas de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados son aquellos que se excitan a sí mismos y no requieren de una fuente externa de energía para su excitación. A pesar de sus ventajas, también tienen desventajas que es importante conocer.

Baja eficiencia

Uno de los principales problemas de los generadores de CC autoexcitados es su baja eficiencia. Debido a que la excitación se genera por el mismo generador, se pierde energía en el proceso, lo que reduce el rendimiento general del sistema.

Limitaciones en la capacidad de carga

Los generadores de CC autoexcitados tienen limitaciones en cuanto a su capacidad de carga. Esto se debe a que la excitación es generada por el mismo generador, lo que significa que si se sobrecarga, la excitación puede disminuir y afectar el funcionamiento del sistema.

Variabilidad en la tensión de salida

Otra desventaja de los generadores de CC autoexcitados es que la tensión de salida puede ser variable. Esto se debe a que la excitación depende de la velocidad del generador, por lo que si hay variaciones en la velocidad, la tensión de salida también variará.

Mantenimiento costoso

El mantenimiento de los generadores de CC autoexcitados puede ser costoso, ya que requieren de una inspección y ajuste frecuente de sus componentes para garantizar un funcionamiento adecuado.

Requieren de un arranque externo

Los generadores de CC autoexcitados requieren de un arranque externo para iniciar su funcionamiento. Esto significa que se necesita una fuente externa de energía para que el generador comience a generar su propia excitación.

Conclusiones

A pesar de sus desventajas, los generadores de CC autoexcitados son ampliamente utilizados debido a sus ventajas en cuanto a su simplicidad y bajo costo. Sin embargo, es importante conocer sus limitaciones y considerarlas al momento de elegir un generador para un determinado proyecto.

Modos de operación de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados son aquellos que utilizan la corriente de excitación generada por la misma máquina para producir el campo magnético necesario para generar la corriente continua de salida.

Modo shunt o derivación

En este modo de operación, la corriente de excitación se deriva directamente de la línea de salida del generador y se envía a través de un devanado de campo en paralelo con el devanado de armadura. Este modo permite una regulación de voltaje más estable y una mayor eficiencia, ya que la corriente de excitación se controla mediante un regulador de voltaje.

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Modo de serie

En este modo, la corriente de excitación se toma directamente de la línea de armadura y se envía a través de un devanado de campo en serie con el devanado de armadura. Este modo permite una regulación de voltaje menos estable, pero una mayor capacidad de arranque y una mayor capacidad de sobrecarga.

Modo compuesto

Este modo combina los modos shunt y serie para lograr una regulación de voltaje estable y una mayor capacidad de sobrecarga. La corriente de excitación se deriva tanto de la línea de salida como de la línea de armadura. El devanado de campo se divide en dos partes, una en serie con el devanado de armadura y otra en paralelo con él.

En resumen, los modos de operación de los generadores de CC autoexcitados son:

  • Modo shunt o derivación
  • Modo de serie
  • Modo compuesto

Cada uno de estos modos tiene sus propias ventajas y desventajas y se utilizan en diferentes aplicaciones según las necesidades específicas de cada una.

En palabras del experto en ingeniería eléctrica, Jimmie J. Cathey:

El modo shunt es el más comúnmente utilizado en aplicaciones industriales debido a su mayor eficiencia y regulación de voltaje estable. Sin embargo, el modo de serie es preferible en aplicaciones de arranque de motores y el modo compuesto es utilizado en aplicaciones que requieren una combinación de ambos.

Modos de operación de los generadores de CC autoexcitados

Los generadores de CC autoexcitados son aquellos que utilizan la corriente de excitación generada por la misma máquina para producir el campo magnético necesario para generar la corriente continua de salida.

Modo shunt o derivación

En este modo de operación, la corriente de excitación se deriva directamente de la línea de salida del generador y se envía a través de un devanado de campo en paralelo con el devanado de armadura. Este modo permite una regulación de voltaje más estable y una mayor eficiencia, ya que la corriente de excitación se controla mediante un regulador de voltaje.

Modo de serie

En este modo, la corriente de excitación se toma directamente de la línea de armadura y se envía a través de un devanado de campo en serie con el devanado de armadura. Este modo permite una regulación de voltaje menos estable, pero una mayor capacidad de arranque y una mayor capacidad de sobrecarga.

Modo compuesto

Este modo combina los modos shunt y serie para lograr una regulación de voltaje estable y una mayor capacidad de sobrecarga. La corriente de excitación se deriva tanto de la línea de salida como de la línea de armadura. El devanado de campo se divide en dos partes, una en serie con el devanado de armadura y otra en paralelo con él.

En resumen, los modos de operación de los generadores de CC autoexcitados son:

  • Modo shunt o derivación
  • Modo de serie
  • Modo compuesto

Cada uno de estos modos tiene sus propias ventajas y desventajas y se utilizan en diferentes aplicaciones según las necesidades específicas de cada una.

En palabras del experto en ingeniería eléctrica, Jimmie J. Cathey:

El modo shunt es el más comúnmente utilizado en aplicaciones industriales debido a su mayor eficiencia y regulación de voltaje estable. Sin embargo, el modo de serie es preferible en aplicaciones de arranque de motores y el modo compuesto es utilizado en aplicaciones que requieren una combinación de ambos.

En resumen, los generadores de CC autoexcitados son una excelente opción para aquellos que buscan una fuente confiable de energía eléctrica. Su diseño simple y eficiente los hace ideales para aplicaciones en una amplia gama de industrias, desde la construcción hasta la producción de energía renovable. Además, estos generadores son fáciles de mantener y reparar, lo que los convierte en una inversión inteligente a largo plazo. En definitiva, los generadores de CC autoexcitados son una opción versátil y eficaz para satisfacer las necesidades de energía eléctrica de cualquier empresa o proyecto.

En conclusión, los generadores de corriente continua autoexcitados son una solución eficiente y confiable para la generación de energía eléctrica en diversas aplicaciones. Gracias a su capacidad para autoexcitarse, estos generadores pueden arrancar y operar sin la necesidad de una fuente de corriente externa, lo que los hace ideales para su uso en áreas remotas o en situaciones de emergencia. Además, su diseño simple y su bajo costo de mantenimiento los hacen una opción popular para pequeñas centrales eléctricas y sistemas de backup. En resumen, los generadores de corriente continua autoexcitados son una tecnología probada y confiable que seguirá siendo una opción viable para la generación de energía en el futuro.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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