150624642 El Alternador

Generadores de corriente alterna

en automocin

EL ALTERNADOR

Qu tipo de mquina elctrica necesitaremos?

Mejores condiciones de

Seguridad y Confort: Mayor

demanda de potencia para

equipos elctricos y

electrnicos.

Incremento del trfico en las

ciudades: Mayor funcionamiento

al ralent y en circunstancias

ms desfavorables.

Generadora de corriente para MANTENER LA BATERIA

en buen estado de carga y SUMINISTRAR CORRIENTE

INMEDIATA Y CONSTANTE A LOS SERVICIOS.

Anlisis de las caractersticas energticas

Luego nuestra mquina ser:

Dnamo o Alternador?

Carga a menor

nmero de r.p.m.

Nmero de revoluciones por minuto (r.p.m.)

Estabiliza la corriente

Carga a mximo

nmero de r.p.m.

El Alternador frente a la Dnamo.

De donde provienen las ventajas.?

Del desarrollo de los DIODOS

como elemento de

rectificacin, ya que:

1. Suprimen la rectificacin

mecnica tanto la realizada

por el colector y escobillas

en la dnamo, como en los

reguladores mecnicos del

alternador.

2. Soportan altas revoluciones

sin estar sometidos a

desgaste.

Alternador: Ventajas

Mayor gama de velocidad de giro.

Conjunto rotor muy compacto.

Un solo elemento regulador de tensin.

Menor espacio y peso.

Trabajo en ambos sentidos de giro.

Vida til superior.

Mayor gama de velocidad de giro

Las revoluciones de giro van de 500 a 7.000 r.p.m. La corriente de la dnamo solo es efectiva a partir

de 1.500 r.p.m.

En el alternador la corriente es efectiva a partir de ralent, garantizando la alimentacin de batera y los servicios.

En la dnamo, a altas r.p.m. sufre chisporroteo el colector y las escobillas con elevado desgaste y temperatura.

En el alternador, al estar las bobinas del inducido en el estator se evitan los desgastes producidos en el colector de la dnamo.

Conjunto rotor muy compacto

Las masas polares y la bobina inductora forman un conjunto motor

muy compacto.

La corriente de excitacin es muy pequeo.

Escobillas y anillos rozantes son unidireccionales.

No existe formacin de arco a altas velocidades.

Velocidades de rotacin de 14.000 r.p.m.

Un solo elemento regulador de tensin

El regulador para el alternador slo necesita un elemento regulador de tensin, dado que los diodos se hacen cargo de la funcin de disyuntor para:

Desconectar el alternador de la batera y los servicios al caer la tensin del alternador por debajo de la tensin de la batera, impidiendo la circulacin de corriente en sentido contrario.

No es necesario regulador de intensidad dado que es el propio inducido el que limita la intensidad mxima admisible.

Menor espacio y peso

Los alternadores son ms ligeros y de menor tamao que los

generadores de corriente continua:

Para una misma potencia nominal, el tamao es de un 25 a 35% menor.

El peso puede rondar entre el 40 y 45% menos.

(P.e. Dinamo = 7 Kg, Alternador = 4 Kg).

Trabajo en ambos sentido de giro

Puede trabajar en ambos sentidos sin necesidad de

modificacin:

Es necesario asegurarse el sentido de rotacin del ventilador

para una perfecta refrigeracin.

Vida til superior

La vida del alternador es superior porque:

Es ms robusto y compacto Ausencia de colector en el inducido. Mantenimiento superior a los 100.000

Km.

Soporta mejor altas temperaturas, inclemencias meteorolgicas, suciedad y vibraciones.

Principio Electrodinmico

El principio se basa en el hecho de que cuando un conductor elctrico corta las lneas de fuerza de un campo magntico, se induce en dicho conductor una tensin elctrica. Los valores de la aguja del

voltmetro indican los valores mximos correspondientes a cada media vuelta.

Con giro uniforme del motor, la curva de

tensin entre los valores mximos es senoidal

Generacin de una onda monofsica

alterna senoidal.

El alternador elemental monofsico

Segn la Ley de LENZ, la corriente inducida se

debe a la variacin del

flujo en el conductor y

se opone a la causa

que la ha creado. Por

tanto:

El alternador se basa en el principio de un campo

magntico que GIRA

delante de un

CONDUCTOR FIJO.

Rectificacin del alternador monofsico

La rectificacin de la onda alterna senoidal se realiza a travs de diodos, mediante:

Un diodo obteniendo ondas variables continuas de solo el semiperiodo positivo

Cuatro diodos obteniendo ondas variables continuas, tanto de los semiperiodos positivos y negativos. (En puente)

Alternador trifsico elemental

El alternador trifsico

elemental est compuesto

por:

1 imn

3 bobinados (120)

Obtenemos as 6 semiperiodos por vuelta del

imn

1

2

3

4

5

6

Conexionado de los bobinados

Estrella: La tensin de cada fase es

igual a la suma de la tensin

de dos bobinados.

Vrojo + Vazul = V fase.

I rojo = I azul = I fase.

Triangulo: La Intensidad de la fase es

igual a la suma de la

intensidad de dos bobinados.

Vrojo = Vazul = V fase.

I rojo + I azul = I fase.

Rectificacin del alternador trifsico

Cuando la tensin va en el sentido del grfico, la corriente sale por el diodo 1, alimenta a la batera y vuelve al bobinado por la masa y el diodo 5.

Invertido el sentido de la tensin en el bobinado,

la corriente sale por el

diodo 2, y vuelve por la

masa y el diodo 4.

Sin embargo el sentido de la corriente no ha cambiado en la batera.

Mejoras para el alternador trifsico

elemental.

A) 1 Imn y 6 Bobinados.

B) 2 Imanes y 12 Bobinados.

C) 6 Imanes y 36 Bobinados.

Existen dos

posibilidades

para obtener una

corriente menos

ondulada.

1.- Girar el alternador

a mayor velocidad

estando limitados a

regmenes muy altos

2.- Aumentar la

cantidad de

bobinados, estando

limitados por el

tamao del alternador De la solucin 2 veamos que

soluciones tenemos:

Mejora A): 1 imn y 6 bobinados

Los seis bobinados debern agruparse de dos en dos en serie. Sus corrientes se adicionan,

pero no hay mas de 6 alternancias por vuelta.

Vuelta a anlisis de mejoras

Mejora B): 2 imanes y 12 bobinados

Multiplicados por dos del caso anterior, los 12 bobinados debern agruparse de 4 en 4 y en

serie. Sus corrientes se adicionan existiendo 12

alternancias por vuelta.


Mejora C): 6 imanes y 36 bobinados Bobinados de 3 grupos y 12 bobinados.

Cada grupo de bobinados van enrollados en sentido inverso, para adicionar corrientes y bajo influencias

magnticas inversas (N-S-N-S...).

Se obtiene as una corriente importante y poco ondulada.

36 alternancias por vuelta.


Mejoras en el Alternador: Resumen

Que hemos obtenido a mayor cantidad de imanes

y bobinados en una vuelta.?:

A. Una corriente muy importante.

B. Una corriente poco ondulada.

LIMITACIN:

TCNICO

CONSTRUCTIVAS

El Alternador: Esquema conceptual

ALTERNADOR

Excitacin

Regulador

BATERA

(V)

Circuitos del Alternador:

Circuito de Carga o Potencia Es la corriente generada para cargar la batera y alimentar los

consumidores elctricos. Se toma del borne B+.Analizando el

circuito para 120 de la fase u, tendremos el siguiente

recorrido: Bobinado U, diodo U (+), B+ alternador, diodo w (-),

bobinado W, punto neutro.

Animado

Circuitos del Alternador: Circuito de Excitacin Es la corriente necesaria para formar el campo magntico,

derivada del devanado estatrico y rectificada por tres diodos

especiales de excitacin. Su recorrido ser: Bobinado U (+),

diodo de excitacin, borne D+ alternador, borne D+ del regulador,

borne DF del regulador, borne DF del alternador, devanado de

excitacin del alternador, borne D- del alternador, diodo del lado

negativo, bobinado W (-), punto neutro.

Animado

Circuitos del Alternador: Circuito de Preexcitacin

Durante el arranque

hay que preexcitar el

alternador, ya que el

campo magntico

remanente del rotor es

muy escaso.

Conectado el

interruptor de

encendido la corriente

pasa por la batera,

atraviesa la lmpara de

control de carga, el

regulador y el

devanado de

excitacin.

Estructura del Alternador La estructura bsica de un alternador esta formada por :

1. Devanado estatrico trifsico como parte fija.

2. Devanado de excitacin en el rotor, con dos anillos rozantes

como parte mvil.

3. Dos escobillas que pasa la corriente de excitacin del

devanado estatrico al devanado giratorio de excitacin.

4. Seis diodos de potencia (B+)

5. Tres diodos de excitacin (D+)

Estructura del Alternador: Seccin parcial

1

2

3

4

5 6

7

8

9

10

1. Tapa cojinete lado

anillos rozantes.

2. Rectificador.

3. Diodo de Potencia.

4. Diodo de excitacin.

5. Regulador

portaescobillas y

escobillas de carbn

6. Estator

7. Rotor.

8. Ventilador.

9. Polea.

10. Tapa cojinete lado

accionamiento.

Estructura del Alternador: Por piezas

Tapa

protectora

Placa de

Diodos

Tapa Porta

diodos

Regulador

Sistema

Tensor

Rodamiento

Rotor

Estator

Rodamiento

Carcasa

Polea

Estructura del Alternador: Estator Armadura formada por un conjunto de lminas de

acero troqueladas en forma de corona circular.

El devanado inducido o estatrico est compuesto por un conjunto de espiras formando tres series o fases

conexionadas en estrella o tringulo.

Estructura del Alternador: Rotor Eje de acero sobre el que es montan:

Dos mitades de masa o ruedas polares, tambin llamados colectores de flujo, formado por dos discos de acero forjado de donde salen un

nmero de polos en forma de almena. Uno se aloja en los huecos del

otro, consiguiendo polos intercalados.

Un cilindro aislante termoestable donde se instala dos anillos rozantes, que conecta con mediante soldadura a la bobina inductora.

El alternador: Comprobacin de

funcionamiento sobre el vehculo (1).

Antes de desmontar el alternador, se deben realizar las siguientes pruebas y comprobaciones:

Comprobar que el acumulador o

batera se

encuentra

completamente

cargado.



Colocar un voltmetro entre el borne de salida de corriente B+ y masa. En caso que el alternador

est aislado, entre B+ y (-)



Medir con un ampermetro la corriente entre el alternador y la batera. Esta comprobacin se puede hacer con una pinza amperimtrica y multmetro.

Accionar la llave de contacto sin arrancar el motor del vehculo. La luz de control debe

encenderse, de no ser as es sntoma de avera.





I > 0

15,2 > V > 13.8

Con los servicios desconectados, arrancar el motor y ponerlo a ralent. La luz de control se debe apagar. Si permanece encendida y el ampermetro no marca carga es seal de avera.

La lectura del tensin de B+ y masa debe estar entre 13,8 y 15,2 V.



V = constante.

Acelerar lentamente el motor.

La lectura del tensin de B+ y masa debe ser constante. Si aumenta al aumento de revoluciones

el regulador trabaja defectuosamente.



I entre 15 a 20 A.

Parar el motor del vehculo y descargar un poco la batera, encendiendo luces y accesorios (3-5 min).

Arrancar y acelerar el motor, comprobando que el alternador carga la batera. El ampermetro debe de

marcar de 15 a 20 A, segn fabricante y modelo.

El alternador: Comprobacin de la

Corriente de Excitacin La corriente de excitacin puede estar limitada por el

desgaste de las escobillas, provocando que la corriente de

carga del alternador sea baja.

Para realizar la

comprobacin

realizar:

a) Pinza amperimtrica

sobre el cable de

excitacin.

b) Acelerar hasta 2.000

r.p.m.

c) El mltmetro entre

3 y 7 A.

Solo para reguladores montados en carrocera.


Tensin de Rizado Para medir el rizado de la corriente de salida del alternador:

Ajustaremos el multmetro para medir corrientes alternas (AC), escala de voltaje.

Puntas de prueba: Roja a B+ y Negra a una buena masa.

Lecturas superiores de 0.5 V, diodos en mal estado.


Corriente de Fuga Para comprobar la corriente de fuga de los diodos de potencia:

A vehculo parado y batera desconectada. Ajustaremos el multmetro para medir Amperios. Puntas de prueba: Roja a B+ y Negra al terminal de conexin. Lecturas de corriente como mximo 2 mA. (Normal: 0.5 mA)

El alternador: Comprobacin de piezas y conjuntos

Antes de proceder a la comprobacin de piezas y conjuntos, realizar una

limpieza escrupulosa de stos,

eliminando toda grasa, polvo, barro, etc

adherida a los mismos.

Las comprobaciones sern: Visuales

Mecnicas

Elctricas

Comprobaciones del ROTOR Visuales y mecnicas:

Buen estado de las muequillas del eje y los colectores de flujo comprobando que no hay un excesivo desgaste, ni

rayas, grietas, golpes ni signos de oxidacin.

La seales de chispeo, excesivo desgaste y aspecto rugoso pueden ser corregidos por un mecanizado en torno cuya

excentricidad mxima no debe sobrepasar los 0.05 mm y el

dimetro mnimo no debe ser inferior al indicado por el

fabricante (sobre 1 mm.)

Comprobaciones del ROTOR Elctricas:

Comprobacin de aislamiento a masa: Colocaremos una lmpara serie (p.e. 15W 220V) y comprobaremos aislamiento a masa entre anillo rozante y el eje.

Comprobacin de la resistencia entre anillos rozantes: Mediremos resistencias entre anillos. El valor segn fabricante. (4 7 Ohmios). Si la lectura es menor, cortocircuito entre espiras; si es mayor conexin defectuosa o soldadura deficiente en los anillos. Si es infinito bobina del rotor cortada (circuito abierto)

Comprobaciones del ESTATOR

Visuales y mecnicas: Comprobar que no existen

deformaciones ni deterioros en

bobinados y en el aislamiento.

Elctricas Comprobacin de aislamiento a

masa: Colocaremos una lmpara

serie (p.e. 15W 220V) y

comprobaremos aislamiento entre

cada uno de los terminales de las

fases y masa.

Comprobacin de la resistencia entre fases: Mediremos resistencias

entre fases. El valor de las

resistencias es muy pequeo (0.18 a

0.35 ohmios) segn fabricante.

R < 0.3

Comprobaciones de los DIODOS Pueden ser de dos tipos:

Independientes anclados en armaduras formando puente rectificador Integrados como puente rectificador compacto.

La comprobacin de los diodos independientes se hacen desconectados del estator y por medio de polmetro con funcin de comprobacin de diodos o continuidad con seal sonora.

Podemos encontrar dos tipos de diodos segn figuras: Diodo positivo ctodo base y Diodo negativo nodo base

Comprobacin de Puente Rectificador

Uso generalizado: Puentes rectificadores con diodos integrados.

Pueden ser de dos tipos Puente rectificador hexadiodo (seis diodos)

Puente rectificador nanodiodo (nueve diodos)

Puente Rectificador Hexadiodo.

Verificacin de este tipo de puente: Tipo de puente con una masa (A) o tres masas (B).

Comprobacin diodos inferiores de potencia: con lmpara de pruebas, borne (+) a conexiones de masa y borne (-) a

conexiones del estator. Una prueba por cada fase.

Comprobacin de diodos superiores de potencia: borne (+) a conexiones del estator y borne (-) a conexin salida de corriente

B+.

Puente Rectificador Nanodiodo.

Verificacin de este tipo de puente: Tipo de puente con una masa (A) o tres masas (B).

La comprobacin de los diodos de potencia es idntica al puente hexadidos.

Comprobacin de diodos auxiliares o de excitacin: borne (-) a salida de comn de diodos de excitacin y borne (+) a

conexiones de terminales de bobinas inducidas del estator.

Invirtiendo el orden no debe encender la lmpara de pruebas.

Comprobacin Conjunto portaescobillas

Visuales y mecnicas: Buen deslizamiento de las escobillas (A) y su desgaste. Sus alojamientos (C), sin golpes ni suciedades. Sus muelles (B), flexibles y sin suciedad.

Elctricas: Aislamiento: entre ambas escobillas, escobilla positiva y

masa (borne de excitacin y masa).

Continuidad: entre terminales y escobillas.

Y hasta aqu el alternador...

En el tema siguiente analizaremos la funcin del regulador en el alternador y los distintos tipos de

reguladores (electromecnicos y electrnicos)

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