permutador

Un permutador es una máquina eléctrica rotativa que convierte corriente alterna en corriente continua utilizando un conmutador estacionario contactado por escobillas giratorias, invirtiendo la disposición habitual que se encuentra en los generadores de CC estándar. En lugar de imanes permanentes o bobinas de campo excitadas por separado, el campo magnético del permutador es inducido por la corriente alterna que fluye a través de un núcleo en cortocircuito, típicamente hierro laminado, que se encuentra en el centro de la máquina. Este diseño autoexcitado permitía a los permutadores operar eficientemente a frecuencias industriales, particularmente a principios del siglo XX, cuando las redes de distribución de CA se estaban expandiendo pero los motores y cargas de CC aún predominaban.

El principio de funcionamiento se basa en que el núcleo magnético en cortocircuito actúa como un secundario de transformador. A medida que la corriente alterna pasa a través del devanado primario, induce un campo magnético variable en el tiempo en el núcleo. Este campo luego impulsa la corriente a través de los devanados en cortocircuito, creando un patrón de flujo magnético giratorio que, combinado con la disposición del conmutador y las escobillas, rectifica la entrada de CA en una salida de CC aproximada. El conmutador, fijo al bastidor, contacta las escobillas montadas en un eje rotor. A medida que las escobillas giran, cambian progresivamente la polaridad de los pulsos rectificados, produciendo una salida de CC con contenido de rizado que depende de la configuración de polos y la frecuencia de la máquina.

Variantes y compensaciones de rendimiento

Los permutadores se presentaban en varias configuraciones, desde máquinas de entrada monofásica de alrededor de 5 a 50 kilovatios hasta unidades trifásicas que manejaban varios cientos de kilovatios. El voltaje de salida típicamente oscilaba entre 110 y 250 voltios de CC. Las máquinas eran más silenciosas y compactas que los grupos motor-generador equivalentes, pero su eficiencia era moderada, generalmente en el rango del 80 al 90 por ciento, dependiendo de la carga. El contenido de rizado en la salida de CC era mayor que en las máquinas de conmutador verdaderas, lo que requería inductores de suavizado más pesados en cargas sensibles a la pulsación de voltaje. Los permutadores también generaban más calor que los generadores de CC equivalentes porque el enfoque de campo inducido disipaba energía en el núcleo en cortocircuito y la fricción de las escobillas era ineludible.

A mediados del siglo XX, los permutadores fueron reemplazados por rectificadores de arco de mercurio y, posteriormente, por convertidores de diodos y tiristores semiconductores, que ofrecían mayor eficiencia, menor rizado y ausencia de partes móviles. Sin embargo, los permutadores permanecieron en servicio en algunas plantas industriales hasta las décadas de 1960 y 1970, particularmente donde el suministro de CA era la distribución principal y los circuitos de CC aislados alimentaban accionamientos de motor antiguos, equipos de soldadura o instalaciones de galvanoplastia. El término en sí es ahora en gran parte histórico; las instalaciones modernas utilizan electrónica de potencia de estado sólido en su lugar.

El nombre 'permutador' refleja la acción de la máquina de permutar, o reorganizar, las fases y la polaridad de la corriente alterna entrante en una salida de CC unidireccional a través del mecanismo de escobillas giratorias. A diferencia de un generador estándar donde las escobillas son fijas, el diseño de escobillas giratorias del permutador era tanto su característica definitoria como su responsabilidad de mantenimiento; el desgaste de las escobillas y el seguimiento del conmutador degradaban el rendimiento con el tiempo y requerían inspección y reemplazo regulares de los bloques de escobillas y el eventual re-rectificado de la superficie del conmutador.