¿Qué es un generador de corriente continua?
Principio de funcionamiento
Un generador de corriente continua convierte la potencia mecánica de un motor primario, como un motor térmico o una turbina, en potencia eléctrica continua. Los conductores de la armadura cortan el flujo de los polos de campo e inducen una FEM E = k·Φ·ω, de modo que la tensión es proporcional al flujo y a la velocidad. El colector y las escobillas invierten la conexión de cada bobina al pasar por el eje neutro, y así la FEM alterna de las bobinas se convierte en una tensión unidireccional en los bornes.
Excitación y autoexcitación
El campo puede alimentarse de una fuente independiente o la propia máquina puede alimentar su campo. Un generador en derivación parte del pequeño flujo remanente de los polos: induce unos voltios, estos impulsan una corriente de campo, la corriente aumenta el flujo y la tensión sube hasta que la curva de vacío corta la recta de resistencia de campo V = R_f·I_f. Esto solo ocurre si R_f es menor que la resistencia crítica, la pendiente de la curva de vacío, si la velocidad supera la crítica y si el campo refuerza el flujo remanente.
Característica de carga y regulación
En carga, la tensión en bornes es V = E − I_a·R_a − la caída en escobillas, y la reacción de inducido debilita algo el flujo. Por eso un generador independiente pierde solo unos pocos por ciento. Uno en derivación pierde más porque la tensión que cae debilita también su propio campo, y tras una corriente máxima se hunde hasta una pequeña corriente de cortocircuito. Uno serie sube con la carga porque su campo lleva la corriente de carga, y uno compuesto combina ambos para mantener la tensión casi plana.
Pérdidas y par del motor primario
El motor primario debe aportar la potencia eléctrica de salida más las pérdidas: cobre de la armadura y del campo, pérdidas en escobillas, rozamiento, ventilación y hierro. El par en el eje es esa potencia dividida por la velocidad angular, algo mayor que el par electromagnético. El rendimiento suele estar entre el 85 y el 92 % a carga nominal. Los alternadores con rectificadores han sustituido en gran parte a los generadores de continua, pero los mismos principios siguen en las dinamos, las taquidinamos y el frenado regenerativo de los accionamientos de CC.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué un generador en derivación no se ceba?
- Hay cuatro causas habituales: no hay magnetismo remanente, el campo está conectado al revés y su corriente borra el flujo remanente, la resistencia de campo supera el valor crítico o la velocidad está por debajo de la crítica. Pruebe cada una en el simulador: la advertencia nombra la causa y la gráfica de cebado se queda plana en la tensión remanente.
- ¿Qué es la resistencia crítica de campo de un generador de CC?
- Es la pendiente de la curva de vacío en el origen, en voltios por amperio de corriente de campo. Una recta de resistencia de campo más empinada que esa pendiente no corta la curva salvo cerca de cero, y la tensión se queda en el valor remanente. La pendiente es proporcional a la velocidad, así que una velocidad menor baja la resistencia crítica y sube la velocidad crítica para un circuito de campo dado.
- ¿Cómo cambia la tensión con la carga en los distintos generadores de CC?
- En uno de excitación independiente baja poco, por la resistencia de la armadura y la reacción de inducido. Uno en derivación baja más y puede hundirse con una sobrecarga fuerte. Uno serie parte cerca del valor remanente y sube con la carga, y uno compuesto es casi plano. Cambie la conexión en el simulador y compare las características de carga en la gráfica.