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Pérdida del generador de CC, etapa de potencia y eficiencia
Pérdida del generador de CC
Un generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Durante la conversión de energía en máquinas DC, existen diferentes tipos de pérdidas que ocurren en los generadores DC, tales como:
- pérdida eléctrica
- pérdida magnética
- pérdida mecánica
Analicemos más uno por uno de la siguiente manera.
Pérdida de cobre (pérdida eléctrica)
Las pérdidas eléctricas en los generadores de CC, también llamadas pérdidas de cobre, son causadas por la resistencia de la armadura y los devanados de campo (serie y derivación).
Las pérdidas de cobre se pueden clasificar en tres categorías:
Pérdida de cobre del inducido (Ia2ra): La pérdida se produce en el devanado del inducido.
Pérdida de cobre en derivación (Imuerte2rmuerte): La pérdida se produce en el devanado de campo de derivación.
Pérdida de cobre en serie (Ialtura2raltura): La pérdida ocurre en el devanado de campo en serie.
Por lo tanto, la pérdida total de cobre para un generador de CC es:
cobre total.pérdida = yoa2ra + yomuerte2rmuerte + yoaltura2raltura
Armadura cu. Las pérdidas son del 30 al 40 %, mientras que las pérdidas de los devanados de campo en serie y en derivación son del 20 al 30 % de las pérdidas de FL. Pérdida de resistencia de contacto del cepillo “PB. =VBD Ia donde VBD es la caída de voltaje a través de las escobillas” (debido a la superficie de contacto de la escobilla con el conmutador) también se clasifica como armadura Cu. pérdida.
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Pérdida de núcleo (pérdida magnética)
La pérdida de hierro o pérdida de núcleo (también llamada pérdida magnética) se puede clasificar como:
pérdida de histéresis
Cuando una armadura energizada gira en una dirección definida, la cantidad de flujo magnético cambia muchas veces con el cambio en la dirección de rotación. Esto da como resultado pérdidas conocidas como pérdidas por histeria durante el movimiento del inducido.
Estas pérdidas dependen de la densidad de flujo máxima y de la frecuencia de las inversiones magnéticas. Estas pérdidas se pueden calcular utilizando las siguientes fórmulas:
Pérdida por histéresis = Wh ∝Bmáx.1.6 pedoⅤ
dónde:
- wh = pérdida por histéresis
- B.máx. = máxima densidad de flujo magnético
- f = frecuencia
- V = volumen del núcleo
La única forma de reducir la pérdida por histéresis es utilizar un material con un coeficiente de histéresis pequeño (metal, hierro, etc.) para el núcleo.
Pérdida por corrientes de Foucault
Cuando un conductor corta un campo magnético (enlace de flujo), induce un EMF de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday. Por lo tanto, a medida que la armadura gira dentro del campo magnético, se induce EMF, pero se induce EMF adicional en el núcleo laminado.
La cantidad de campos electromagnéticos agregados es muy pequeña, pero el área del núcleo es relativamente lo suficientemente grande como para impulsar corrientes altas (conocidas como corrientes de Foucault) debido a la baja resistencia del núcleo.
Es decir, la corriente de rotación en el núcleo del inducido se define como corriente de Foucault. La pérdida causada por esta corriente se llama pérdida por corrientes de Foucault y se calcula mediante la siguiente fórmula.
Pérdida de corrientes de Foucault = Wimagen ∝Bmáx.2pedo2t2Ⅴ
dónde:
- wimagen = pérdida por corrientes de Foucault
- B.máx. = máxima densidad de flujo magnético
- f = frecuencia
- t = ancho límite
- V = volumen del núcleo
Como muestra la ecuación anterior, las pérdidas por corrientes de Foucault son directamente proporcionales al cuadrado del ancho de cada laminación y se pueden minimizar para reducir el tamaño del núcleo laminado.
Tanto las pérdidas por histéresis como por corrientes de Foucault son constantes en los generadores de devanado compuesto y en derivación porque la corriente de campo es casi constante en este tipo de generadores. Estas pérdidas son del 20 al 30% de las pérdidas a plena carga.
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Fricción y viento (pérdidas mecánicas)
Estas pérdidas, también conocidas como pérdidas rotacionales o pérdidas mecánicas en generadores de CC, se pueden clasificar de la siguiente manera:
Pérdida por fricción del cepillo:
La pérdida de potencia causada por la fricción entre la escobilla y las superficies del conmutador se conoce como pérdida por fricción de la escobilla.
Pérdida por fricción del rodamiento:
Las pérdidas provocadas por el rozamiento en ambos rodamientos conectados al eje se conocen como pérdidas por rozamiento del rodamiento. Las pérdidas aumentan a medida que la grasa del rodamiento se desgasta, se deteriora o se seca.
Resistencia al viento:
Las pérdidas de potencia causadas por la fricción entre el inducido giratorio y el aire se conocen como pérdidas por viento o por fricción del aire. Esto se debe a que la armadura debe girar contra el viento.
Entonces, la pérdida total de un generador de CC se puede definir como
pérdida total = pérdida variable + pérdida constante
dónde:
- Pérdidas constantes = pérdidas de hierro y fricción y pérdidas de campo de derivación en generadores de CC combinados y de derivación.
- Pérdida variable = I2Pérdida R de inducido, devanado en serie y devanado interpolar.
Es bueno saberlo: Las pérdidas por fricción + pérdidas magnéticas (pérdidas mecánicas + pérdidas magnéticas) se conocen como: pérdida perdida.
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Etapa de potencia del generador de CC
Cuando un generador de CC convierte la potencia mecánica de entrada en potencia de salida, hay alguna pérdida durante la conversión de energía. Debido a esto, la salida del generador siempre será menor que la entrada. Como se muestra en la siguiente figura, las pérdidas de todos los generadores durante la conversión de energía de una máquina en varias etapas se conocen como las etapas de potencia de un generador de CC.
Las pérdidas y eficiencias se pueden determinar usando las siguientes fórmulas y ecuaciones:
A – B = pérdida de hierro y pérdida por fricción
B – C = pérdida de cobre
eficiencia mecánica = ηMETRO. = B/A = I.E.a / (BHP x 746)
eficiencia eléctrica = ηimagen =C/B=VI/EIa
Eficiencia general (comercial) = ηDecir ah = C / A = VI / (BHP × 746)
Eficiencia del generador de CC
La eficiencia de la máquina se define como la relación entre la salida y la entrada. Expresado con el símbolo ‘η’ y expresado como porcentaje ‘%’.
Eficiencia = η = (salida/entrada) x 100
Como tal, cada máquina tiene alguna pérdida. La salida siempre será menor que la entrada.Por ejemplo
Salida = Entrada – Pérdida
Entrada = Salida + Pérdida
Por lo tanto, la eficiencia también se puede determinar como
Eficiencia = η = (Potencia / (Potencia + Pérdida)) × 100
Eficiencia = η = (Entrada – Pérdida) / Entrada)) × 100
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Condiciones para la máxima eficiencia
La eficiencia de un generador de CC se maximiza cuando las pérdidas constantes y variables son iguales.matemáticamente
- Salida del generador = VI
- Entrada del generador = Salida + Pérdida
Ingrese los valores de potencia y pérdida
= VI + yoa2ra + WC … (donde WC pérdida constante)
= VI + (yo + yoSi)2 ra +WC … (Ia = yo + yoSi)
El valor de la corriente de derivación (ISi) es demasiado pequeño en comparación con la corriente de carga (I) y puede ignorarse.
Eficiencia = η = Salida ÷ Entrada
= VI ÷ (VI + yoa2 ra +WC)
= VI ÷ (VI + yo2 ra +WC) … (∴Ia = yo)
Multiplicando la fórmula anterior (todos los valores) y dividiendo por VI da:
η = (VI ÷ VI) ÷ ((VI ÷ VI) + (I2 ra ÷ VI) + (WC ÷ VI))))
η = 1 ÷ ((1) + (IRa ÷ V) + (WC ÷ VI))))
Muestra que la eficiencia es mayor cuando el denominador es mínimo.es grosero
d/dl (IRa ÷ V) + (WC ÷ VI) = 0
Derive la ecuación anterior con respecto a ‘I’.
= (Ra ÷ V) – (WC ÷ VI2) = 0
= (Ra ÷ V) = (WC ÷ VI2) = 0
I2raV = WCⅤ
I2ra =WC
El cálculo anterior demuestra que la eficiencia se maximiza cuando las pérdidas variables y constantes del generador son iguales entre sí.
pérdida variable = pérdida constante
La corriente de carga a máxima eficiencia se puede calcular con la siguiente fórmula:
yo = √(Wc÷Ra) … de nuevo
I2 ra =WC
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