El Alternador

                    El Alternador                     

Cotenido:

• Definicion Del Alternador.
• Generalidades.
• Partes Del Alternador.
• Caracteristicas de Construción.
• Principio de Funcionamiento.
• Principio Físico
• Diagramas Electricos.
• Causas De Fallo.
• Problemas Tipicos De Los Alternadores.

Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión 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. Funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía.

                               

    En Costa Rica se utilizan                Pero en europa la frecuencia es de

                    alternadores con una frecuencia              50Hz. Por eso los dispositivos
                    de 60Hz, es decir, que cambia su             electricos y electronicos se fabrican

                    polaridad 60 veces por cada segundo.     para ambas frecuencias o solo para una.

     

Alternador de un automóvil

 seccionado: en azul las masas

 polares inductoras (rotor), en rojo las bobinas

del inducido (estátor), a la derecha la polea de

 arrastre por correa con ventilador de

refrigeración, a la izquierda la placa de diodos de

rectificacion y exitacion.

 



Alternadores de principios del siglo XX
 en una central hidroeléctrica de Budapest.

                                   Generalidades

El generador es el encargado de producir la electricidad para el consumo del automóvil y para reponer las pérdidas de carga en los acumuladores.
Hasta los comienzos de los años 1960s se usaba un generador de corriente directa conocido como dinamo, el que producía directamente corriente directa para la carga de las baterías de acumuladores. Con la invención y desarrollo de los diodos rectificadores, empezó a utilizarse un generador de corriente alterna con diodos rectificadores incorporados para rectificar la corriente de salida, conocido como alternador.



Dinamo Típico

Alternador Tipico

                                                       Partes De Alternador



Tanto el alternador que presente un generador eléctrico, como el ruido que emita, lo harán apto para algunas funciones, e inepto para otras. Por este motivo, a la hora de pensar en la adquisición de un generador eléctrico, estos dos factores, entre otros, deberán ser tenidos en cuenta.

                              Características De Construcción

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Inductor

El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.

• Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.

• Devanado inductor: Es el conjunto de espiras de cable o material ferromagnético destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.

• Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.

• Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

• Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.

Dicho inductor genera un campo magnético variable, al girar o al moverse (aplicando en él una energía mecánica), que afecta a la parte fija del alternador, el estator o inducido.

Inducido

El inducido o estator, es donde se encuentran una serie de pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce.

La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos de elio, se haga 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.

  Además los alternadores constan también de partes importantes como:

• Puente rectificador de diodos: La corriente generada por el conjunto rotor-estator no es adecuada para el funcionamiento electrico de la mayoría de las cosas entonces es por eso que 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 6 o 9 diodos de silicio, conexionados a cada una de las fases del estator, formando un puente rectificador, obteniendose a la salida del mismo una tensión de corriente continua. Los diodos se montan en un placa de manera que tres de ellos quedan conectados a masa por uno de sus lados y los otros tres al borne de salida de corriente del alternador, también por uno de sus lados . El lado libre de los seis queda conectado a los extremos de las fases de las bobinas del estator. Con esto se consigue transformar la corriente alterna en corriente continua.

• Carcasa lado de anillos rozantes: Es una pieza de aluminio donde se monta el portaescobillas, de esta carcasa salen los bornes de conexión del alternador y en su interior se aloja el cojinete que sirve de apoyo al extremo del eje del rotor. En su parte de delante hay unos orificios que dan salida o entrada a la corriente de aire provocada por el ventilador.

• Carcasa lado de accionamiento: Al igual que la otra carcasa es de aluminio, y en su interior está el otro cojinete de apoyo del eje del rotor. En su cara frontal, lleva practicados también unos orificios para el paso de la corriente de aire provocada por el ventilador.

Las 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: Constituyen una parte de los alternadores, sobretodo en los que son utilizados en los motores de automoviles o en motores que sufran variaciones bruscas de temperatura, esta ideado para que los componentes del alternador no se extravíen por el calor provocado, introducen aire del medio que lo rodea y refrigera los componentes.

                        Principio De Funcionamiento

El Generador de corriente eléctrica alterna,convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo.El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna, excepto en que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en movimiento.


La corriente que se genera mediante los alternadores

aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende

hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias

 veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cualesestará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente sedenomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armaduraen ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocidacomo corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamo eléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.

                                  Funcionamiento Físico

El 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 será:
Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una F.E.M. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,
El signo menos delante de E expresa que, según la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.
Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotiz total (E_TOT) es igual a:
siendo n el número 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 (número de vueltas por segundo) del inductor por el número de pares de polos del inducido.

                                Diagrama Eléctrico

                         

 

 

                                    Tipos de Alternadores

Los Alternadores pueden ser que generen tensión monofasica, bifasica o trifasica, el mas comunmente usado es el trifasico en las empresas ya que la demanda asi los pide y tambien los encontramos en todos los autos o maquinas mecanicas de combustion que tengan cargas o dispositivos electricos por que estas maquinas se necesitan retroalimentar por si mismas para poder mantenerse encendidas.



                                  Causas De Fallo

En un alternador solo hay una pieza en movimiento, el rotor, este está montado en cojinetes de bolas (uno en cada extremo) y tiene acoplado en el eje de salida la polea de donde recibirá el movimiento desde el motor a través de la correa.
Otra parte vulnerable del alternador son las escobillas de deslizamiento, como funcionan deslizándose sobre los anillos colectores transmitiendo la corriente al rotor, es natural que se desgasten con el uso.
El resto de las piezas tienen "teóricamente" una vida ilimitada (o extremadamente larga) y rara vez son causa de fallo del alternador.
Por este motivo la reparación del alternador en caso de fallo, puede ser ejecutado por cualquiera, ya que en la inmensa mayoría de los casos se limita a la sustitución de las escobillas, elemento con un 5-10% del valor de un nuevo alternador. Estas escobillas en muchos casos pueden sustituirse incluso, sin desmontar el alternador del coche.
Un caso menos frecuente es la rotura de los cojinetes de bolas, para esto hay que separar las tapas de la carcasa y sustituirlos. Los cojinetes de bolas tienen en general una larga vida.
Solo son necesarias una pocas herramientas para hacer la reparación, siendo en algunas ocasiones lo mas difícil la extracción de la polea.
                       Problemas típicos de los alternadores

• Escobillas desgastadas

Como lo explicamos anteriormente, el rozamiento provoca un desgaste irreversible con la única solución de recambiar las viejas escobillas por escobillas nuevas.
Los síntomas suelen ser una disminución progresiva de la tensión, detectándose saltos en el amperímetro. Desde hace ya varias décadas cambiar las escobillas es algo sencillo ya que no es necesario desarmar el alternador sino simplemente desmontar una tapa y cambiarlos.

• Rotor dañado

Un daño en el rotor provoca una baja de tensión o tensión nula.
Es necesario corroborar que el colector no este dañado y que la bobina no tenga fugas de tensión al rotor. Para alternadores de 24V la resistencia correcta es de 18,8-19,2 ohmios si poseen regulador externo, mientras que para los de regulador incorporado es de 8,8-9,2 ohmios.

• Daños en puente rectificador

El puente rectificador es el encargado de convertir la corriente alterna en continua y está formado por diodos. Si algunos de éstos diodos sufren fallas provocarán fallos en la tensión, no convertir adecuadamente la corriente e incluso la desaparición total de la tensión.
Un diodo básicmaente conduce la electricidad en una dirección mientras que no le permite pasar en el sentido opuesto.
Los diodos pueden ser medidos con un polímetro usando la escala de ohmios y colocando el cable rojo y negro variandolos para medir los dos sentidos. Debemos entonces corroborar la resistencia en ambos sentidos y los que no estén abiertos, tomando como regla que un diodo en buen estado tendrá una elevada resistencia en un sentido mientras que en el otro sentido ésta sera mas baja.

• Estator dañado

Provoca la pérdida total o parcial de la tensión.
Su chequeo implica la medición de la resistencia y aislamiento, estando la resistencia entre los terminales de salida en el rango de de 0,1-0,2 ohmios, y corroborar que no exista continuidad entre los terminales de salida y el cuerpo del estator.

• Regulador averiado

Debido a la variedad de reguladores existentes (reguladores externos mecánicos con reles, transistorizados, etc) la forma más práctica de saber si están averiados es cambiarlos por uno que funcione bien.
Si el regulador es de rele debemos fijarnos que éste no posea piezas quemadas o contactos dañados.