Simulación de un Generador de Corriente Alterna por Elementos Finitos.
Animación 2D.
En este apartado se describe un procedimiento que le permitirá obtener una animación
de un Generador de Corriente Alterna simulado por Elementos Finitos con FEMM 4.0.
Empezamos abriendo el fichero FEMM que pretendemos animar.
Crearemos un grupo ( group ) con los componentes del rotor, para lo que seleccionaremos
sus componentes uno a uno, e indicaremos el mismo valor para el campo
"In Group" en el cuadro de diálogo "Properties of the selected Block". Esto nos permitirá seleccionar
el rotor dentro de un fichero Lua Script ( acgen.lua ). En este caso al rotor le
he asignado el grupo "1".
El fichero Lua es el siguiente:
La idea consiste en crear un bucle que guarde la imagen de la simulación a medida
que va girando el rotor.
Ajustaremos la ventana del FEMM al area que queremos ver en la animación, y abriremos
el fichero Lua, mediante la opción "Open Lua Script" del menú "File".
Esperaremos un momemto, mientras se realizan las simulaciones y se guardan
las imagenes..
Si todo es correcto, ahora ya tenemos una serie de ficheros BMP: acgen_0.bmp, acgen_18.bmp,
acgen_36.bmp, etc... Que podemos convertir facilmente a GIF utilizando el software
gratuido IrfanView.
En cuanto tenemos los ficheros en formato GIF, sólo nos queda juntarlos en un gran
fichero del mismo formato mediante el Microsoft Gif
Animator, que también es gratuito.
Para hacer esto, hacemos una copia del fichero acgen_0.gif y la renombramos acgen.gif.
Abrimos este último fichero con el MS Gif Animator.
Intertamos los restantes ficheros GIF, en el orden correspondiente.
Configuramos la diración de la imagen "Image Duration" a 10 para todas las imágenes,
y definimos el bucle de animación "Animation Looping" a repetir para siempre "Repeat
Forever".
Ahora ya podemos guardar la animación, que podreis poner en vuestra página web.
Tensión de Salida en Circuito Abierto.
En este otro apartado se presenta un algoritmo que le permitirá determinar la tensión
de salida en circuito abierto del generador modelado en FEMM, con la ayuda del lenguaje de programación Lua.
La idea consiste en determinar la tensión inducida aplicando la expresión matemática
Vind = N * d Phi / dt. Donde Vind es la tensión inducida en los bobinados del generador,
N el número de espiras del bobinado y Phi el flujo magnético a través del bobinado.
El resultado es el siguiente, la tensión inducida respecto del tiempo, Vind(t):
Con este modelo, puedes cambiar las dimensiones y forma de los imanes permanentes
del rotor, la dimensiones del generador, la velocidad de rotación, el número de
espirar de las bobinas del estator, etc... , y ver como afect a la Tensión Inducida,
es decir, a la Tensión de Salida en Circuito Abierto de tu diseño de generador y
ajustar el diseño a las especificaciones de tu aplicación.
Por ejemplo:
Cuendo he cambiado la forma del rotor por la siguiente:
He obtenido una tensión de salida senoidal.
Veamos ahora que ocurre al cambiar las unidades de milímetros a centímetros, incrementar en número
de polos del rotor de 2 a 4, incrementar el nº de polos del estator de 2 a 4, incrementar el número de
espiras del bobinado a 5000 ( 2 x 2500 ) e incrementar la velocidad de rotación a 5500 rpm. Se ha
obtenido un resultado más acorde con lo estamos aconstumbrados.
Es decir una tensión de salida senoidal de 313 V de pico, es decir 220 V eff, aproximadamente.
Aunque la frecuencia es de sólo 18.3 Hz, para cargar una baterías, o bién hacer funcionar unas
bombillas o estufas eléctricas de 220 V, ya vale.
De todos modos, para aumentar la frecuencia no ha más que incrementar la velocidad y/o el
el número de polo del rotor. Entonces, podemos reducir el número de espiras del bobinado para
obtener la misma tensión de salida.
Fuerza de Rotación en Circuito Abierto.
Otro ejemplo de lo que es puede hacer mediante el Análisis por Elementos Finitos.
Calcular la Fuerza de Rotación en condiciones de Circuito Abierto, es decir, sin nada
conectado a nuestro generador. Esta Fuerza de Rotación en Circuito Abierto es debida
a la fuerza de atracción entre los imanes permanentes del rotor y la material
ferromagnñetico del estator, ya que la corriente por el bobinado es nula.
Con el tercer modelo de generador se ha obtanido la siguiente gráfica de fuerza en el rotor.
Que ahora también és senoidal, ya que no hay separación entre los imanes
permanentes del rotor, y la varación del campo magnético es más suave y constante.
Mediante el Análisis por Elementos Finitos, podemos apreciar los efectos de la modificación
de las dimensiones y forma en la fuerza aplicada al rotor, es decir la fuerza necesaria
para hacerlo girar para generar dicha tensión salida en circuito abierto. Para obtener
la fuerza necesaria para girar un generador con carga no nula, es decir corriente
de salida distinta de cero, tendremos que utilizar postprocesado un poco más complicado.
Simulación de un Generador con Carga.
Podemos modelar Calentadores Eléctricos y Bombillas mediante simples resistencia eléctricas,
que podemos utilizar para observar el efecto que producen sobre el rotor de nuestro diseño de generador.
Modelado de Calentadores Eléctricos y Bombillas.
Para éste propósito necesaitamos obtener la resistencia eléctrica a partir de la Potencia y la Tensión Nominal
del dispositivo en questión, mediante la expresión R = V^2 / P, que hemos obtenido de I = V /R and P = V * I.
Donde P es Potencia en Watios, V es Voltage en Voltion, I es Corriente en Amperios y
R es la Resistencia en Ohmios.
Ejemplos de Bombillas:
- 24 V, 50 W, 11.52 Ohmios
- 24 V, 20 W, 28.8 Ohms
- 12 V, 10 W, 14.4 Ohms
- 12 V, 20 W, 7.2 Ohms
- 12 V, 50 W, 2.88 Ohms
- 12 V, 75 W, 1.92 Ohms
- 6 V, 10 W, 3.6 Ohms
- 6 V, 20 W, 1.8 Ohms
Ejemplos de Calentadores Eléctricos:
- 4.5 kW, 240 V, 12.8 Ohmios
- 2.2 kW, 240 V, 26.2 Ohmios
- 1.5 kW, 240 V, 38.4 Ohmios
- 250 W, 240 V, 230.4 Ohmios
- 350 W, 240 V, 164,5 Ohmios
- 450 W, 240 V, 128 Ohmios
- 540 W, 240 V, 106.6 Ohmios
- 635 W, 240 V, 90.7 Ohmios
- 750 W, 240 V, 76.8 Ohmios
Con lo que poremos ajustar nuestro diseño según las carga eléctrica de nuestra aplicación,
y por tanto ajustar la velocidad, forma, material ferromagnético, dimensiones, imanes
permanentes del rotor, etc... para obtener un diseño que se ajuste perfectamente
a nuestra aplicación.
O simplemente experimentar con modificaciones de diseño a ver que pasa.
Te invito a visitar esta página periódicamente, este algoritmo pronto estará disponible.
Bueno, si el tiempo y las donaciones lo permiten. Disculapa las molestias.
Ficheros para el Crimson Editor
El Crimson Editor es un software gratuito, Freeware que pede ayudarte a escribir tus
propios ficheros Lua Script para el FEMM, BELA y MIRAGE.
Puesdes descargarte el Crimson Editor en http://www.crimsoneditor.com/
Y mis ficheros Specification Language y Keywords para FEMM, BELA y MIRAGE haciendo Click Aquí!
Instalación:
Copiar todos los ficheros en contenidos en el crimson.zip en el directoria "spec"
de la instalación del Crimson Editor.
Ir al menu del Crimson Editor, seleccionar Document - Syntax Type - Customize.
Seleccionar y un rempty slot y rellenarlo con:
- Description: FEMM
- Lang. Spec: FEMM.SPC
- Keywords: FEMM.KEY
Seleccionar otro slot vacío y rellernarlo con:
- Description: BELA
- Lang. Spec: BELA.SPC
- Keywords: BELA.KEY
Seleccionar otro slot vacío y rellenarlo con:
- Description: MIRAGE
- Lang. Spec: MIRAGE.SPC
- Keywords: MIRAGE.KEY
En la sección Filters:
- Description: FEMM Files
- Extensions: *.lua
- Default Ext: lua
Si encuentras que la información de esta página es de interés, puedes invitar a un amigo a visitar esta página, y añadir un enlace hacia esta página en tu página web. Grácias.