Un alternador es una máquina eléctrica, eléctrica , capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica,, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnétic eléctrica electromagnéticaa . Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa. Un alternador es un generador de corriente alterna que funciona cambiando constantemente la polaridad para que aya movimiento y genere energía. !n !spa"a se utilizan alternadores con una frecuencia de #$ %z, es decir, que cambia su polaridad #$ veces por segundo. &'('&)!(*+)*&'+ Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor no confundir con inductor o o bobina, pues en la figura las bobinas act-an como inducido, que es el que crea el campo magnético y magnético y el inducido que que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dico campo magnético.
*nductor !l rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.
*nducido !l inducido o estator es donde se encuentran unos cuantos pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un n-cleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente ierro dulce. La rotación del inductor ace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se aga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina. 'plicación La principal aplicación del alternador es la de generar energía eléctrica de corriente alterna para entregar a la red eléctrica, aunque también, desde la invención de los rectificadores de silicio, son la principal fuente de energía eléctrica en todo tipo de veículos como automóviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico. /U01'2!0)3 /*+*&3
1iagrama de un alternador simple con un n-cleo magnético rotante rotor y alambre estacionario estátor mostrando además la corriente inducida en el estátor al acer rotar el campo magnético del rotor. !l flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será4
&omo por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una /.!.2. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,
!l signo menos delante de E e5presa que, seg-n la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera. +i la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (ETOT ) es igual a4
+iendo n el n-mero total de espiras del inducido. La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales de la máquina se obtiene multiplicando la velocidad de rotación n-mero de vueltas por segundo del inductor por el n-mero de pares de polos del inducido en el caso ilustrado, 6.
Descripción y características de sus componentes El alternador utilizado en automoción está constituido por los siguientes elementos: •
Un conjunto inductor que forman el rotor o parte móvil del alternador.
•
Un conjunto inducido que forman el estator o parte fija del alternador.
•
El puente rectificador de diodos.
•
Carcasas ventilador y demás elementos complementarios de la máquina.
Rotor o inductor
El rotor o parte móvil del alternador es el encargado de crear el campo magn!tico inductor el cual provoca en el "o"inado inducido la corriente el!ctrica que suministra despu!s el alternador. El rotor está formado a su vez por un e je o ár"ol so"re el cual va montado el n#cleo magn!tico formado por dos piezas de acero forjado que llevan unos salientes o dedos entrelazados sin llegar a tocarse que constituyen los polos del campo magn!tico inductor. Cada uno de las dos mitades del n#cleo llena $ o % salientes. con lo que se o"tiene un campo inductor de &' o &$ polos. En el interior de los polos va montada una "o"ina inductora de (ilo de co"re a islado y de muc(as espiras "o"inada so"re un carrete material termoplástico.
En uno de los lados del eje va montada una pieza material termoesta"le fija al eje del rotor en la que se encuentran moldeados dos anillos rozantes de co"re a los cuales se u nen los e)tremos de la "o"ina inductora. * trav!s de los anillos y por medio de dos esco"illas de car"ón grafitado la "o"ina reci"e la corriente de e)citación generada por el propio alternador a trav!s del equipo rectificador +autoe)citación,. Este equipo móvil perfectamente equili"rado dinámicamente para evitar vi"raciones constituye un conjunto e)traordinariamente ro"usto que puede girar a gran velocidad sin peligro alguno al no tener como dinamo elementos que pueden ser e)pulsados por efecto de la fuerza centrífuga como ocurre con el colector y "o"inas inducidas.
Estator o inducido
El estator es la parte fija del alternador la que no tiene movimiento y es donde están alojadas las "o"inas inducidas que generan la corriente el!ctrica. El estator tiene una armazón que esta formado por un paquete ensam"lado de c(apas magn!ticas de acero suave laminado en forma de corona circular troqueladas interiormente para formar en su unión las ranuras donde se alojan las "o"inas inducidas. -as "o"inado que forman los conductores del inducido esta constituido generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las $ ranuras que forman el estator. Estos tres arrollamientos o fases del alternador pueden ir conectados seg#n el tipo: en estrella o en triángulo o"teniendose de am"as formas una corriente alterna trifasica a la salida de sus "ornes.
Puente rectificador de diodos
Como se sa"e la corriente generada por el alternador trifasico no es adecuada para la "atería ni tampoco para la alimentación de los consumidores del ve(ículo. Es necesario rectificarla. Una condición importante para la rectificación es disponer de diodos de potencia aptos para funcionar en un amplio intervalo de temperatura. El rectificador esta formado por un puente de $ o / diodos de silicio puede ir montado directamente en la carcasa lado anillos rozantes o en un soporte +placa, en forma de 0(erradura0 cone)ionados a cada una de las fases del estator formando un puente rectificador o"teniendose a la salida del mismo una tensión de corriente continua. -os diodos se montan en esta placa de manera que tres de ellos quedan conectados a masa por uno de sus lados y los otros tres al "orne de salida de corriente del alternador tam"i!n por uno de sus lados . El lado li"re de los seis queda conectado a los e)tremos de las fases de las "o"inas del estator.
-os alternadores con equipo rectificador de / diodos +nanodiodo, incorporan tres diodos mas al puente rectificador normal utilizandose esta cone)ión au)iliar para el control de la luz indicadora de carga y para la alimentación del circuito de e)citación. El calentamiento de los diodos esta limitado y por ello de"e evacuarse el calor de las zonas donde se alojan tanto los de potencia como los de e)citación. Con este fin se montan los diodos so"re cuerpos de refrigeración que por su gran superficie y "uena conductividad t!rmica son capaces de evacuar rápidamente el calor a la corriente de aire refrigerante. En algunos casos para mejorar esta función están provistos de aletas. -a fijación de la placa portadiodos a la carcasa del alternador se realiza con interposición de casquillos aislantes como se ve en la figura
En la figura de a"ajo tenemos otra variante de puente de diodos mas moderno.
1o vamos a entrar en el modo de funcionamiento de los diodos simplemente decir que un diodo se comporta idealmente como una válvula antirretorno en un circuito neumático e (idráulico seg#n como están polarizados los diodos en sus e)tremos deja pasar la corriente el!ctrica o no la deja pasar. -os diodos utilizados en el automóvil pueden ser de dos tipos: de 0anodo com#n0 son los que tienen conectado el ánodo a la parte metálica que los sujeta +la (erradura que (emos visto antes, y que esta conectada a masa. De 0cátodo com#n0 son los diodos que tienen el cátodo unido a la parte metálica que los sujeta +masa,.
El diodo rectificador (ace que se supriman las semiondas negativas y solo se dejan pasar las semiondas positivas de forma que se genere una corriente continua pulsatoria. * fin de aprovec(ar para la rectificación todas las semiondas incluso las negativas suprimidas se aplica una rectificación do"le o de onda completa. 2ara aprovec(ar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase +rectificación de onda completa, se dispone de dos diodos para cada fase uno en el lado positivo y otro en e l negativo siendo necesarios en total seis diodos de potencia en un alternador trifasico. -as semiondas positivas pasan por los diodos del lado positivo y las semiondas negativas por los diodos del lado negativo quedando así rectificadas. -a rectificación completa con el puente de diodos origina la suma de las envolventes positivas y negativas de estas semiondas +gráfica del medio, por lo que se o"tiene del alternador una tensión levemente ondulada. -a corriente el!ctrica que suministra el alternador por los terminales 34 y 35 no es lisa como seria lo ideal +linea roja de la gráfica inferior, sino que es ligeramente ondulada +gráfica inferior,. Esta ondulación se reduce por efecto de la "atería conectada e n paralelo con el alternador y en su caso por medio de condensadores instalados en el sistema el!ctrico del ve(ículo.
Carcasa lado de anillos rozantes
Es una pieza de aluminio o"tenida por fundición +se ve en la figura del despiece del alternador de arri"a, donde se monta el portaesco"illas fijado a ella por tornillos. De esta misma carcasa salen los "ornes de cone)ión del alternador y en su interior se aloja el cojinete que sirve de apoyo al e)tremo del eje del rotor. En su cara frontal (ay practicadas unos orificios que dan salida o entrada a la corriente de aire provocada por el ventilador. Carcasa lado de accionamiento
*l igual que la otra carcasa es de aluminio fundido y en su interior se aloja el otro cojinete de apoyo del eje del rotor. En su periferia lleva unas "ridas para la sujeción del alternador al motor del ve(ículo y el tensado de la correa de arrastre. En su cara frontal lleva practicados tam"i!n unos orificios para el paso de la corriente de aire provocada por el ventilador. -as dos carcasas aprisionan el estator y se unen por medio de tornillos quedando en su interior alojados el estator y el rotor así como el puente rectificador.
Ventilador
-os componentes del alternador e)perimentan un considera"le aumento de la temperatura de"ido so"re todo a las perdidas de calor del alternador y a la entrada de calor procedente del compartimento motor. -a temperatura má)ima admisi"le es de %6 a &667C seg#n el tipo de alternador. -a forma de refrigeración mas utilizada es la que coge el aire de su entorno y la (ace pasar por el interior del alternador por medio de ventiladores de giro radial en uno o am"os sentidos. De"ido a
que los ventiladores son accionados junto con el eje del alternador al aumentar la velocidad de rotación se incrementa tam"i!n la proporción de aire fresco. *sí se garantiza la refrigeración para cada estado de carga. En diversos tipos de alternadores las paletas del ventilador se disponen asim!tricamente. De esta forma se evitan los sil"idos por efecto sirena que pueden producirse a determinadas velocidades. 8entilador de un solo flujo -os alternadores que montan un ventilador en el lado de la carcasa de accionamiento se refrigeran mediante una ventilación interior. El aire entra por el lado de la carcasa de anillos rozantes refrigerando el puente de diodos el rotor el estator para despu!s salir por la carcasa del lado de accionamiento. 2or lo tanto el aire refrigerante es aspirado por el ventilador a trav!s del alternador.
8entilador interior de do"le flujo -os alternadores que montan este sistema de refrigeración llevan dos ventiladores en su interior en su eje a am"os lados del rotor. *m"os flujos de aire entran a)ialmente por a"erturas de la carcasa de accionamiento y la carcasa de anillos rozante. -os flujos de aire son aspirados por am"os ventiladores y salen radialmente por las a"erturas de l contorno de la carcasa. -a ventaja esencial de la configuración es la posi"ilidad de utilizar ventiladores mas peque9os rediciendo así el ruido aerodinámico generado por los ventiladores. Una variante de alternadores en lo que se refiere a su refrigeración es el que utiliza aire fresco procedente del e)terior del compartimento motor. * trav!s de un tu"o fle)i"le se aspira aire fresco y con poco polvo. El aire entra por la "oca de aspiración pasa por el interior del alternador y sale por las a"erturas de la tapa del lado de accionamiento. En este caso tam"i!n el aire refrigerante es aspirado por el ventilador a trav!s del alternador. -a aspiración de aire fresco es especialmente conveniente cuando la temperatura en el compartimento motor supera el valor limite de %6 7C y en los alternadores de gran potencia.
Circuito de excitación del alternador
El alternador para generar electricidad ademas del movimiento que reci"e del motor de com"ustión necesita de una corriente el!ctrica +corriente de e)citación, que en un principio antes de arrancar el motor de"e tomarla de la "atería a trav!s de un circuito el!ctrico que se llama 0circuito de pree)citación0. Una vez que arranca el motor la corriente de e)citación el alternador la toma de la propia corriente que genera es decir se autoe)cita a trav!s de un 0circuito de e)citación0. El circuito de pree)citación que es e)terno al alternador lo forman la "atería el interruptor de la llave de contacto y la lampara de control. Este circuito es imprescindi"le por que el alternador no puede crear por si solo +durante el arranque y a "ajas revoluciones del motor, campo magn!tico suficiente en el rotor el cual induce a su vez en el estator la tensión de salida del alternador que es proporcional a la velocidad de giro.
Una vez que el motor de com"ustión esta en marc(a y el alternador alcanza una tensión superior a la que suministra la "atería entonces la lampara de control +-, se apaga. El alternador ya no
necesita del circuito de pree)citación a(ora se vale por si mismo +autoe)citación, y utiliza la propia tensión que genera.
