motor-generador

Un grupo electrógeno (o conjunto motor-generador ) es un dispositivo para convertir energía eléctrica en otra forma de energía. Los grupos electrógenos se utilizan para convertir la frecuencia , el voltaje o la fase de la energía. También pueden utilizarse para aislar cargas eléctricas de la red de suministro eléctrico. Los grupos electrógenos de gran tamaño se utilizaban ampliamente para convertir grandes cantidades de energía a nivel industrial, mientras que los grupos electrógenos más pequeños (como el que se muestra en la imagen) se utilizaban para convertir la energía de las baterías a voltajes de CC más altos.

Si bien un grupo electrógeno puede constar de un motor y un generador independientes acoplados, un dinamotor (de dinamo -motor) tiene las bobinas del motor y del generador enrolladas alrededor de un único rotor; por lo tanto, tanto el motor como el generador comparten las mismas bobinas o imanes de campo externo. ^{[ 1 ]} Normalmente, las bobinas del motor se accionan desde un conmutador en un extremo del eje, mientras que las bobinas del generador proporcionan la salida a otro conmutador en el otro extremo del eje. El conjunto completo de rotor y eje es más pequeño, ligero y económico que un par de máquinas, y no requiere ejes de transmisión expuestos.

Los dispositivos de consumo de baja potencia fabricados antes de 1933, como los receptores de radio para vehículos con tubos de vacío , no utilizaban generadores-motores costosos, ruidosos y voluminosos. En su lugar, empleaban un circuito inversor compuesto por un vibrador (un relé autoexcitado) y un transformador para generar los voltajes más altos necesarios para los tubos de vacío a partir de la batería de 6 o 12 V del vehículo. ^{[ 2 ]}

En el contexto de la generación de energía eléctrica y los grandes sistemas eléctricos fijos, un motor-generador consta de un motor eléctrico acoplado mecánicamente a un generador eléctrico (o alternador ). El motor funciona con la corriente eléctrica de entrada, mientras que el generador produce la corriente eléctrica de salida, fluyendo la potencia entre ambas máquinas en forma de par mecánico ; esto proporciona aislamiento eléctrico y cierta amortiguación de la potencia entre los dos sistemas eléctricos.

Uno de sus usos es eliminar picos y variaciones en la "energía sucia" ( acondicionamiento de energía ) o proporcionar coincidencia de fase entre diferentes sistemas eléctricos.

Los motores-generadores pueden utilizarse para diversas conversiones, entre ellas:

• Corriente alterna (CA) a corriente continua (CC)
• CC a CA
• Convierte corriente continua de un voltaje a corriente continua de otro voltaje. (También llamado dinamotor, abreviatura de motor de dinamo)
• Creación o equilibrado de un sistema de CC de tres hilos .
• CA a una frecuencia a CA a otra frecuencia armónicamente relacionada
• Corriente alterna a voltaje fijo a corriente alterna de voltaje variable
• Corriente alterna monofásica a corriente alterna trifásica

Antes de que la regulación de voltaje de CA de estado sólido estuviera disponible o fuera rentable, se utilizaban grupos electrógenos para proporcionar un voltaje de CA variable. El voltaje de CC que llegaba al inducido del generador se variaba manual o electrónicamente para controlar el voltaje de salida. Cuando se utiliza de esta manera, el grupo electrógeno equivale a un transformador variable aislado.

Un alternador Alexanderson es un alternador de alta frecuencia accionado por motor que proporciona energía de radiofrecuencia . En los inicios de las comunicaciones por radio, la onda portadora de alta frecuencia debía generarse mecánicamente mediante un alternador con múltiples polos que giraban a alta velocidad. Los alternadores Alexanderson producían RF de hasta 600  kHz, con unidades de gran tamaño capaces de alcanzar una potencia de salida de 500  kW. Si bien los convertidores electromecánicos se utilizaban habitualmente para las transmisiones de onda larga durante las tres primeras décadas del siglo XX, se requerían técnicas electrónicas para frecuencias más altas. El alternador Alexanderson fue reemplazado en gran medida por el oscilador de tubo de vacío en la década de 1920.

Incluso se han utilizado grupos electrógenos con corrientes de entrada y salida prácticamente idénticas. En este caso, la inercia mecánica del grupo electrógeno se emplea para filtrar las fluctuaciones de la corriente de entrada. La corriente eléctrica de salida puede ser muy limpia (sin ruido) y soportar breves cortes de energía y transitorios de conmutación en la entrada del grupo electrógeno. Esto permite, por ejemplo, una transición sin problemas de la red eléctrica a la corriente alterna suministrada por un grupo electrógeno diésel .

El grupo motor-generador puede contener un volante de inercia grande para mejorar su capacidad de funcionamiento continuo; sin embargo, debe tenerse en cuenta que, en esta aplicación, el grupo motor-generador perderá velocidad y puede consumir una corriente elevada cuando se restablezca la energía o se vuelva a cerrar el interruptor automático. Si la pérdida de velocidad es excesiva (el corte de energía es demasiado prolongado), la corriente de reconexión disparará los interruptores automáticos de protección, lo que provocará una parada. La corriente de irrupción durante la reconexión dependerá de muchos factores. Por ejemplo, un grupo motor-generador de 250 kVA que opera a 300 amperios de corriente a plena carga requerirá 1550 amperios de corriente de irrupción durante una reconexión después de cinco segundos. Este ejemplo utilizó un volante de inercia de montaje fijo dimensionado para obtener una velocidad de cambio de 1/2 Hz  por segundo . El grupo motor- generador era una máquina vertical de dos cojinetes con cojinetes en baño de aceite.

Los motores y generadores pueden acoplarse mediante un eje no conductor en instalaciones que necesitan controlar de cerca la radiación electromagnética, ^{[ 4 ]} o donde se requiere un alto aislamiento de sobretensiones transitorias.

Los grupos motor-generadores han sido reemplazados por dispositivos semiconductores para ciertas aplicaciones. En el pasado, un uso común de los grupos motor-generadores era en ascensores . Dado que se requería un control preciso de la velocidad de la máquina de elevación, la impracticabilidad de variar la frecuencia de un motor de CA de alta potencia hacía que el uso de un grupo motor-generador con un motor de CC para el elevador fuera una solución casi estándar en la industria. Los modernos sistemas electrónicos de accionamiento de frecuencia variable de CA con motores compatibles han sustituido progresivamente a las instalaciones de ascensores tradicionales accionadas por grupos motor-generadores, ya que los accionamientos electrónicos de CA suelen ser un 50 % o más más eficientes que la maquinaria alimentada por CC con grupos motor-generadores. ^{[ 5 ]}

Otro uso de los conjuntos MG fue en la región sur de British Rail . Se usaban para convertir la tensión de alimentación de la línea de 600 V CC – 850 V CC del tercer carril a 70 V CC para alimentar los controles del material rodante EMU en uso. Estos han sido reemplazados desde entonces por convertidores de estado sólido en el nuevo material rodante. ^{[ 6 ]} Las locomotoras MG también se han utilizado comúnmente para la transmisión de locomotoras diésel de larga distancia en todo el mundo, debido a problemas de fiabilidad y desgaste con las transmisiones mecánicas y de fluidos, pero esto generalmente se está reemplazando por motores más pequeños con transmisión convencional o MG en cada vagón. Las locomotoras eléctricas de larga distancia con alimentación de alta tensión aérea usaban transmisión MG, pero esto generalmente se está reemplazando por accionamiento de motor distribuido en cada vagón con control y conversión de potencia electrónica. ^{[ 7 ]}

De manera similar, en el tranvía PCC se utilizaron grupos electrógenos MG para generar una salida de 36 V CC a partir de la alimentación de tracción de 600 V CC. Esta salida de bajo voltaje carga las baterías del tranvía y suministra corriente para el control y los equipos auxiliares (incluidos los faros, los timbres, los motores de las puertas y los frenos electromagnéticos de vía).

Los grupos electrógenos se utilizaban con frecuencia para proporcionar la corriente continua de alta intensidad a las lámparas de arco de carbono en los grandes proyectores de cine durante las décadas de 1950 y 1960, antes de que la luz de arco de electrodo de carbono fuera reemplazada por los modernos sistemas de proyección con lámparas de arco de xenón (a partir de 1963 en los EE. UU.).

En entornos industriales donde se requiere cancelación de armónicos, conversión de frecuencia o aislamiento de línea, los grupos electrógenos (MG) siguen siendo una solución popular. Una característica útil de los grupos electrógenos es que pueden manejar grandes sobrecargas de corta duración mejor que los dispositivos semiconductores de la misma capacidad de carga promedio. Considérese que los componentes con limitación de corriente térmica de un inversor semiconductor grande son interruptores de estado sólido que pesan unos pocos gramos con una constante de tiempo térmica a sus disipadores de calor que probablemente supere los 100 ms, mientras que los componentes con limitación de corriente térmica de un grupo electrógeno son bobinados de cobre que a veces pesan cientos de kilogramos y que están intrínsecamente unidos a su propia gran masa térmica. También tienen una excelente resistencia inherente a las descargas electrostáticas (ESD).