Excitación (magnética)
Para una máquina que utiliza bobinas de campo, como es el caso de la mayoría de los grandes generadores, el campo debe ser establecido por una corriente para que el generador produzca electricidad. Aunque parte de la propia producción del generador puede utilizarse para mantener el campo una vez que se pone en marcha, se necesita una fuente externa de corriente para arrancar el generador. En cualquier caso, es importante poder controlar el campo ya que así se mantendrá la tensión del sistema.
Principio de amplificaciónEditar
A excepción de los generadores de imanes permanentes, un generador produce una tensión de salida proporcional al campo magnético, que es proporcional a la corriente de excitación; si no hay corriente de excitación no hay tensión.
Una pequeña cantidad de potencia suministrada como corriente de campo puede así controlar una gran cantidad de potencia generada y puede utilizarse para modularla. Este principio es muy útil para el control de la tensión: si la tensión de salida del sistema es inferior a la deseada, se puede aumentar la corriente de excitación; si la tensión de salida es alta, se puede disminuir la excitación. Un condensador síncrono funciona según el mismo principio, pero no hay entrada de potencia del «motor principal»; sin embargo, la inercia rotativa significa que puede enviar o recibir potencia durante cortos periodos de tiempo. Para evitar que la máquina se dañe por cambios erráticos de corriente, se suele utilizar un generador de rampa. Así pues, un generador puede considerarse como un amplificador:
Excitación separadaEditar
Para los generadores grandes, o más antiguos, es habitual que se alimente una dinamo de excitación separada en paralelo con el generador de potencia principal. Se trata de una pequeña dinamo de imán permanente o excitada por batería que produce la corriente de campo para el generador más grande.
AutoexcitaciónEditar
Los generadores modernos con bobinas de campo suelen ser autoexcitados; es decir, parte de la potencia de salida del rotor se utiliza para alimentar las bobinas de campo. El hierro del rotor conserva un grado de magnetismo residual cuando el generador está apagado. El generador se pone en marcha sin carga conectada; el débil campo inicial induce una débil corriente en las bobinas del rotor, que a su vez crea una corriente de campo inicial, aumentando la intensidad de campo, incrementando así la corriente inducida en el rotor, y así sucesivamente en un proceso de retroalimentación hasta que la máquina «se acumula» a plena tensión.
ArranqueEditar
Los generadores autoexcitados deben arrancarse sin ninguna carga externa conectada. La carga externa consumirá la energía eléctrica del generador antes de que pueda aumentar la capacidad de generar energía eléctrica.
Intermitencia del campoEditar
Si la máquina no tiene suficiente magnetismo residual para alcanzar la tensión máxima, normalmente se hace una provisión para inyectar corriente en el rotor desde otra fuente. Ésta puede ser una batería, una unidad doméstica que proporcione corriente continua o una corriente rectificada procedente de una fuente de alimentación de corriente alterna. Dado que esta corriente inicial se requiere durante un tiempo muy corto, se denomina «flash de campo». Incluso los pequeños grupos electrógenos portátiles pueden necesitar ocasionalmente el destello de campo para volver a arrancar.
La resistencia de campo crítica es la máxima resistencia del circuito de campo para una velocidad determinada con la que el generador en derivación se excitaría. El generador en derivación acumulará tensión sólo si la resistencia del circuito de campo es menor que la resistencia de campo crítica. Es una tangente a las características del circuito abierto del generador a una velocidad determinada.
Excitación sin escobillasEditar
La excitación sin escobillas crea el flujo magnético en el rotor de las máquinas eléctricas sin necesidad de escobillas de carbón. Se suele utilizar para reducir los costes de mantenimiento periódico y para reducir el riesgo de incendio de las escobillas. Se desarrolló en la década de 1950, como resultado de los avances en los dispositivos semiconductores de alta potencia. El concepto consistía en utilizar un rectificador de diodos giratorios en el eje de la máquina síncrona para recoger las tensiones alternas inducidas y rectificarlas para alimentar el devanado del campo del generador.
La excitación sin escobillas ha carecido históricamente de la desregulación rápida del flujo, lo que ha sido un inconveniente importante. Sin embargo, han surgido nuevas soluciones. Los circuitos rotativos modernos incorporan componentes de desexcitación activos en el eje, ampliando el puente de diodos pasivo. Además, sus recientes desarrollos en comunicación inalámbrica de alto rendimiento han realizado topologías totalmente controladas en el eje, como los rectificadores de tiristores y las interfaces de chopper.