Luego de tanto trabajar ya dimos con la contestación de esta incógnita que muchos usuarios de nuestro sitio presentan. Si deseas aportar algo no dudes en aportar tu comentario.
Solución:
Internamente, un generador produce Voltaje proporcional a su velocidad.
Sin embargo, eso no significa que siempre salga un voltaje constante de un generador que funciona a una velocidad fija. Los devanados y otras partes del generador tienen cierta resistencia eléctrica. En una primera aproximación, puede pensar en un generador como una fuente de voltaje proporcional a la velocidad, con una resistencia fija en serie.
Cuando la corriente fluye como resultado de una carga en el generador, suceden dos cosas:
- La corriente provoca una caída de voltaje en la resistencia interna del generador. El voltaje que obtiene de todo el generador es su voltaje interno menos esta caída de voltaje.
- la corriente a través del generador provoca un par que se opone a la rotación del eje. Así es como los generadores no crean energía mágicamente. La potencia de entrada es el par multiplicado por la velocidad de rotación. La potencia de salida es voltios por amperios. A medida que aumentan los amplificadores, aumenta la potencia de salida. Sin embargo, esto hace que aumente el par en el eje, por lo que la potencia de entrada también aumenta. La potencia de entrada es siempre al menos igual a la potencia de salida. La física no te da un almuerzo gratis y los generadores obedecen las leyes de la física.
Por ejemplo, digamos que un generador en particular cuando se hace girar a 60 Hz (3600 RPM) produce 50 V RMS sin carga. Sin carga significa que la corriente es 0, por lo que la caída de voltaje a través de la resistencia interna es cero. Por lo tanto, sin carga, puede ver el voltaje interno real que genera el generador.
Digamos además que la resistencia interna es de 2 Ω. Si conecta una carga de 75 Ω al generador, la fuente de voltaje interno ahora ve la resistencia interna y su carga en serie como su carga. Eso significa que la carga en la fuente de voltaje interna es 77 Ω. La corriente es (50 V) / (77 Ω) = 649 mA. La caída a través de la inevitable resistencia interna es (649 mA) (2 Ω) = 1.3 V. Por lo tanto, obtiene 48.7 V a 649 mA.
La potencia eléctrica total que está produciendo el generador es (50 V) (649 mA) = 32,5 W. De eso (1,3 V) (649 mA) = 844 mW termina calentando el generador y usted obtiene (48,7 V) (649 mA) ) = 31,6 W fuera. El par hacia atrás en el eje creado por los 649 mA multiplicado por la velocidad de rotación del eje es 32,5 W más lo que sea necesario para superar la fricción mecánica.
Si tuviera que acortar la salida del generador, fluiría la máxima corriente posible. Sin embargo, no obtiene ningún corte de energía ya que el voltaje es cero. Toda la potencia producida por el generador se destina a calentar su resistencia interna. La resistencia en el eje sería alta. Si lograra continuar girando el generador a la misma velocidad de todos modos, estaría poniendo mucha energía mecánica y toda ella se convertiría en calor en el generador. Para muchos generadores reales, esto los sobrecalentaría y los destruiría en un tiempo relativamente corto.
Adicional
La discusión anterior fue para generadores básicos. Aparentemente, algunos están interesados en discutir los alternadores de automóviles. Hoy en día son unidades completas con rectificadores, reguladores y realimentación, a las que no se aplica lo anterior. Se aplica al generador desnudo dentro de un alternador de automóvil, pero no tiene acceso a eso directamente, y su funcionamiento es modificado y oscurecido activamente por el controlador.
A veces, uno puede ver en las especificaciones que un motor puede entregar una cierta corriente y esto es lo que no entiendo. La corriente está relacionada con el potencial a través de la ley de Ohm, ¿verdad?
No de la forma en que piensas.
Sí, si conecta una carga de menor resistencia, la corriente aumentará si el voltaje de salida del generador permanece constante. Esto se muestra mediante $ I = frac V R $.
Sin embargo, existen algunos límites que incluyen detalles como la capacidad máxima de transporte de corriente de los devanados. El motor puede suministrar más y más corriente, pero la temperatura de los devanados aumentará a medida que lo haga y en algún momento los quemará. Una regla general es que cada aumento de 10 ° C en la temperatura de funcionamiento reduce a la mitad la vida útil del bobinado.
En otras palabras, la corriente depende solo de la resistencia de una carga (o cable) y el potencial.
Sí, como se explicó anteriormente.
Además, la corriente fluye solo si hay un gradiente / caída de voltaje.
Si. Una diferencia de voltaje o “potencial” entre dos puntos hará que la corriente fluya. Es como dos tanques de agua conectados por una manguera. El agua fluirá hasta que los niveles sean los mismos. La corriente disminuirá a medida que disminuya la diferencia de altura.
¿Por qué se especifica la corriente en generadores como éste?
Es el límite de diseño para la salida.
Actualización: me perdí el enlace “este” en la pregunta.
Parece el alternador de un coche, por lo que la situación es un poco más complicada. Para cargar la batería de un automóvil se requieren> 14 V, por lo que la salida es de 12 V nominales, pero en realidad más como 14 V. Si monitorea el voltaje en la batería de un automóvil mientras alguien acelera el motor de inactivo a medio, es posible que vea un aumento de voltaje. (También verá que los faros se iluminan notablemente). Ese alternador tiene un regulador que ajustará la corriente del devanado de campo para mantener el voltaje cerca de la salida especificada, probablemente 14 V más o menos.
En los vehículos, existe una diferencia entre generadores y alternadores.
Primero, lo que se muestra en la foto, no es un “generador” (DC), sino un alternador AC que incluye un puente de diodos (3 fases, 6 diodos) para rectificar en DC.
Asegurémonos de que comprende esto primero.
Originalmente, los generadores se usaban con devanados de conmutación con escobillas que hacían contacto con los devanados del rotor para alternar el voltaje de CA a CC.
Debido a fallas en el arco de escobillas a finales de los 60, estos fueron rediseñados con alternadores que usan anillos colectores de cobre para proporcionar CC al rotor, lo que llamamos autoexcitado ya que puede usar el voltaje de salida rectificado para excitar la corriente del rotor de modo que la rotación El flujo puede aumentar efectivamente la corriente de CA de salida amplificada por el trabajo realizado para girar la polea y regulada por el voltaje de salida a 14.2V con un regulador que tiene una referencia de voltaje bajo fija.
A continuación, sabemos que los motores / generadores y alternadores producen una tensión EMF “sin carga” proporcional a las RPM, pero en este caso el regulador controla la “corriente de campo” del rotor (CC giratoria) para regular también la tensión a medida que cambia las RPM. Sin embargo, por debajo de ciertas RPM, ninguna cantidad de corriente de campo puede aumentar el voltaje, esto solo proporciona una ganancia de corriente.
Entonces, RPM crea el voltaje mientras que la corriente de campo regula automáticamente la corriente de salida determinada por el regulador de voltaje interno y la corriente de carga (Ley de Ohm, Vout = Iout (carga) * R (carga)). Por lo tanto, la corriente de campo se reduce naturalmente al aumentar las RPM a una carga fija.
Sin embargo, sabemos que la carga también afecta el voltaje por la relación de impedancia, por lo que la impedancia de la fuente debe ser menor que todas las cargas esperadas, excepto el motor de arranque, que es una impedancia mucho menor pero, como un generador, tiene un conmutador con escobillas de cobre pesadas.
Entonces, el alternador produce voltaje y corriente regulados por RPM y corriente de campo, por lo que decimos que genera energía que depende de la carga. Dado que el par de torsión disponible es alto en una correa serpentina, puede ser un voltaje bajo por debajo de 500 RPM, pero puede suministrar potencia total a 1200 RPM aproximadamente utilizando las RPM del motor escaladas a las RPM del alternador por relaciones de polea.
En resumen (sin juego de palabras, ya que eso soplaría el puente de 6 diodos a altas RPM) el alternador es una fuente de corriente controlada por corriente regulada por voltaje a RPM fijas que suministra toda la corriente necesaria para cargar la batería y otras cargas. Debe tener el tamaño adecuado para la corriente, ya que la ESR de la batería determina la corriente máxima para aumentar el voltaje a 14,2 V y la ESR de la batería se reduce con el aumento de la capacidad CCA (cuando es nueva) necesaria para encender el motor de arranque de un camión grande.
efectos secundarios de alternador y batería no coincidentes
Aunque un vehículo, una vez en marcha, puede funcionar sin batería, el alternador debe tener la capacidad de corriente a la tensión y corriente reguladas correctas para satisfacer las demandas esperadas. La carga más grande es una batería con poca carga. Cuando las baterías envejecen, cada celda se vuelve más desajustada y la celda más débil puede hervir el electrolito debido a la sobretensión del exceso de corriente del alternador para alcanzar 14.2V, por lo que en lugar de 14.2 / 6 = 2.366V por celda, cualquier 10% más envejecerá la batería rápidamente. Por lo tanto, instalar un alternador más grande en una batería vieja puede provocar que la batería falle más rápido de lo normal. Además, a medida que los puentes de diodos se calientan y envejecen ligeramente con una ESR más alta, una batería nueva con una clasificación CCA más alta (y un resultado de ESR más bajo) puede aumentar la tensión en el puente del alternador y freírlo en al menos una fase para que el alternador reduzca su capacidad de 3 fases. a 2 o 1 fase y ya no puede mantener la corriente de carga en el peor de los casos, lo que hace que los faros se atenúen al ralentí normal.
Consideremos una nueva batería con clasificación CCA de 1000 amperios que, cuando está caliente, tiene una clasificación CA de 1200 A. Esto significa que la ESR es (12.5v-7.5V) / 1000A = 5 mΩ de la prueba estándar en caída a 7.5V y la Ley de Ohm. Entonces, ¿cuál es la corriente máxima para elevar la batería de 12 V (con poca carga) a 14,2 V? Nuevamente de la ley de Ohm, (14.2-12) V / 5mΩ = 440 amperios !! Afortunadamente, los diodos pueden manejar breves períodos de corriente y el alternador débil podría freír sus diodos, mientras que uno más fuerte podría necesitar más RPM para elevar el voltaje a 14.2 hasta que aumente el nivel de carga.
Por lo tanto, la corriente del alternador y el CCA de la batería están diseñados para que cada vehículo aumente la longevidad al menor costo mediante la selección cuidadosa de la ESR del diodo correspondiente y la diferencia de ESR de la celda de la batería debido al envejecimiento. Es por eso que a veces no duran mucho después de reemplazar uno u otro. Esto se suma a los ajustes excesivos del regulador V y las baterías de mal tamaño o mantenidas. (placas deformadas de breves pantalones cortos), el exceso de temperatura ambiente se hornea al sol en Arizona. etcétera etcétera.
Perdón por la respuesta larga, espero que esto haya aumentado tu coeficiente intelectual en alternadores. Es más complicado ya que el bucle de control es una fuente de corriente controlada por corriente (CCCS) con una referencia de voltaje para obtener una salida de 14,2 V +/- 0,1. Esto da como resultado que se convierta en una fuente de voltaje regulado. Las otras respuestas en este momento, no mencionan esto en absoluto.
Recuerda que tienes autorización de explicar si te fue útil.