Pérdidas y eficiencia de un alternador

¿Sabes cómo funciona un alternador? ¿Te has preguntado alguna vez qué puede afectar su rendimiento? En este artículo, exploraremos todo sobre las pérdidas y eficiencia de un alternador, para que puedas comprender mejor cómo este componente esencial del sistema eléctrico de tu vehículo puede funcionar de manera óptima. Descubre cómo se generan las pérdidas, cómo afectan a la eficiencia y cómo puedes maximizar el rendimiento de tu alternador. ¡No te lo pierdas!

Este artículo describe las pérdidas y la eficiencia de un alternador. Un alternador es una máquina electromecánica que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Es comparable a un generador; sin embargo, alternador es el término que se usa para una máquina que genera corriente alterna, mientras que generador se usa típicamente para las máquinas que generan voltaje de CC.

Como cualquier máquina o motor que convierte una forma de energía en otra, un alternador también tiene varias pérdidas asociadas en varias etapas de conversión de energía. Siempre es deseable que obtengamos el 100% de salida para la entrada proporcionada (aquí, energía mecánica usando un motor principal), pero hay varias pérdidas mecánicas y eléctricas asociadas que hacen que una parte de la potencia de entrada se compense dentro de ellas. . Comprendamos estas pérdidas y descubramos la eficiencia de un alternador.


Tipos de pérdidas

Hay varias pérdidas en un alternador: –

  • Pérdidas de cobre
  • Pérdidas de núcleo
  • Pérdidas mecánicas
  • Otras pérdidas

Pérdidas de cobre

Las pérdidas de cobre son las pérdidas que ocurren debido a la resistencia de los conductores. Como los conductores del estator y del rotor son de cobre, estas pérdidas se conocen como pérdidas de cobre. Las pérdidas de cobre son de dos tipos: Pérdida de cobre del estator y pérdida de cobre del rotor. El estator alberga los conductores trifásicos, mientras que el rotor alberga el devanado de campo.

La pérdida de cobre del devanado del estator se da como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Dondecalle es la corriente del devanado del estator y Rcalle es la resistencia del devanado del estator.


De manera similar, la pérdida de cobre del devanado del rotor se da como

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Dondert es la corriente del devanado del rotor y Rrt es la resistencia del devanado del rotor.

La pérdida de cobre también se conoce como i2Pérdida de R como se desprende de las ecuaciones anteriores.

Pérdidas de núcleo

Las pérdidas del núcleo son las pérdidas que ocurren debido al núcleo magnético de la máquina. El núcleo es el material ferromagnético sobre el que se realiza el bobinado. Es el circuito magnético a través del cual fluye el flujo del campo magnético como un conductor en un circuito eléctrico.

Las pérdidas en el núcleo también se conocen como pérdidas de hierro que ocurren en las caras polares, los dientes y el núcleo del estator del alternador.

Hay dos tipos de pérdidas en el núcleo: pérdida por corrientes de Foucault y pérdida por histéresis.

Pérdida por corrientes de Foucault

Un alternador produce una fem variable en el tiempo que es el resultado de un campo magnético variable en el tiempo dentro del alternador. Como resultado, la armadura y los núcleos del rotor están sujetos a este campo magnético variable en el tiempo, lo que hace que se les induzca una FEM. Esto hace que circule una corriente de Foucault en los núcleos y, por lo tanto, una pérdida de la potencia de entrada que se denomina pérdida de corriente de Foucault. Está dado por;

Pérdidas y eficiencia de un alternador

pérdida de histéresis

Como el flujo del campo magnético dentro de un alternador varía con el tiempo, se invierte cada medio ciclo. Idealmente, los núcleos dentro de la máquina también deberían tener su polaridad magnética invertida al mismo tiempo, sin embargo, eso no sucede. El material del núcleo retiene cierta cantidad de magnetismo. Esto hace que una parte del flujo del campo magnético inverso se utilice para superar esta fricción magnética. Esto conduce a una pérdida de una cantidad de potencia de entrada como pérdida por histéresis. se da como

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La pérdida por histéresis se puede comprender mejor utilizando la curva BH del material del núcleo. Se muestra así

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Por lo tanto,

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Donde Pcentro es la pérdida total del núcleo o la pérdida de hierro dentro de la máquina. Las pérdidas en el núcleo también se denominan pérdidas sin carga ya que, a diferencia de las pérdidas en el cobre, las pérdidas en el núcleo no dependen de la carga. La cantidad mínima de pérdida ocurre dentro de la máquina cuando se la hace funcionar incluso sin ninguna carga conectada.

Pérdidas Mecánicas

Las pérdidas mecánicas ocurren debido a la parte móvil de la máquina, es decir, el rotor. Un alternador permanece parado hasta ya menos que se acople un motor primario externo a la máquina para hacerla girar. La potencia que se gasta en cambiar la inercia del resto de la máquina se contabiliza como pérdidas mecánicas.

Una ventaja de un alternador como cualquier otra máquina de CA es que el estator y el rotor no están en contacto físico, lo que reduce en gran medida los problemas relacionados con la fricción y la máquina puede entregar grandes cantidades de demanda de energía. Hay dos tipos de pérdidas mecánicas que se tienen en cuenta.

Pérdida de fricción

La pérdida por fricción ocurre debido a la fricción en las partes móviles como los cojinetes y el acoplador.

pérdida de viento

La pérdida por viento es la pérdida de potencia de entrada que ocurre debido a la fricción que ocurre entre la parte giratoria (rotor) y el aire que la rodea. La pérdida por efecto del viento reduce la velocidad efectiva de rotación del alternador, lo que a su vez da como resultado una potencia de salida reducida.

Por lo tanto,

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Dónde,

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Otras pérdidas

Además de las pérdidas como la pérdida del núcleo, la pérdida del cobre, la fricción y la pérdida por efecto del viento, existen otras pérdidas que ocurren dentro de la máquina. Estas pérdidas no son de una cantidad muy considerable y ascienden a una pequeña fracción de la potencia de entrada.

Estas pérdidas también se denominan pérdidas por dispersión o pérdidas misceláneas que ocurren debido al flujo del campo magnético dentro de la máquina o debido a su diseño mecánico.


Algunos de estos pérdidas perdidas son

  • Pérdida debido a la vinculación del campo magnético con otras partes del alternador como su carcasa o cualquier material conductor cercano como cojinetes, polos, etc.
  • Idealmente, todo el flujo del campo magnético debería conectarse con los conductores del estator a través del entrehierro. Pero eso no sucede y una parte de este flujo de campo magnético se vincula con otras partes de la máquina, lo que provoca una pérdida de la potencia de entrada. Esto sucede debido a la reluctancia magnética.
  • Distribución no uniforme del flujo de campo y la corriente generada a través de los conductores.
  • Pérdida de potencia generada debido al desgaste de los anillos colectores conectados con el devanado de campo.

Entre todas las pérdidas discutidas anteriormente, las pérdidas en el núcleo y el cobre se conocen como pérdidas internas, ya que ocurren dentro de la máquina, mientras que las pérdidas mecánicas o las pérdidas por fricción y viento se conocen como pérdidas externas, ya que ocurren externamente.

La suma de las pérdidas en el núcleo y las pérdidas mecánicas se conoce como pérdidas rotacionales.

Todas estas pérdidas dan como resultado el calentamiento de la máquina y por lo tanto disminuyen la eficiencia de la máquina. Veamos qué es la eficiencia y cómo calcularla.

Eficiencia de un alternador

La eficiencia de un alternador o de cualquier máquina eléctrica se define como la relación entre su potencia de salida y su potencia de entrada. Se expresa en el porcentaje de la potencia de entrada que se ha convertido en potencia de salida útil.

Como discutimos anteriormente, una parte de la potencia de entrada se pierde para compensar las diversas pérdidas que ocurren dentro de la máquina. Lo que queda después de esta compensación se conoce como potencia de salida útil.

Esta potencia de salida debe ser lo más alta posible (idealmente 100%). Es por eso que la eficiencia de una buena máquina debe ser cercana a la unidad o al 100%. En aplicaciones prácticas, una buena máquina tiene una eficiencia entre 85-90% o incluso más.

Eficiencia se da como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Ahora, la potencia de entrada se convierte en la potencia de salida útil y las pérdidas. Entonces,

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Por lo tanto, la eficiencia se da como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Ahora, un alternador en uso práctico tiene potencia de salida trifásica suministrada a una carga retrasada. Por lo tanto, la potencia de salida eléctrica se puede dar como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Como hay tres fases, la pérdida total de cobre se da como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

El devanado de campo en el rotor es alimentado por una fuente de voltaje de CC. Por lo tanto, la pérdida del devanado de campo está dada por

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Las pérdidas rotacionales están dadas por

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Otras pérdidas o pérdidas perdidas se pueden representar como Pextraviado .



Las pérdidas rotacionales y las pérdidas del devanado de campo se conocen como pérdidas constantes (Pconstante)ya que estas pérdidas no dependen de la carga, mientras que la pérdida del cobre se conoce como pérdida variable (Pvariable).

Entonces,

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Por lo tanto, la eficiencia se da como

Pérdidas y eficiencia de un alternador

La conversión de potencia dentro de un alternador se puede representar mediante la siguiente imagen.

Pérdidas y eficiencia de un alternador

Condición para la máxima eficiencia del alternador

El alternador tiene máxima eficiencia cuando las pérdidas variables son iguales a las pérdidas constantes de la máquina.

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