Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio Del Alternador

5/9/2018 Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio Del Alternador

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3. Estudio del alternador


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al girar el lrnan,en la bobina lijase genera una corriente

1 bobinas de corriente alterna2 polos3 bobina de campoFig. 3.1A Fundamento del elternedor.

OBJETIVOSConocer las diferencias esenciales que hay entre el alternador y la dinamo.Identificar al alumna con los elementos que componen un alternador.Conocer como se genera y rectifica la corriente en estos generadores.Establecer las caracter/sticas electrices de los diferentes tipos de alter-nadores comercieles.

- Analizar las aver/as que pueden praducirse en estas msquines y saberrepararias.

EXPOSICION DEL TEMA

3.1 Introducci6nEI alternador, al igual que la dinamo, es un generador de corriente que trans-forma la energia rnecanica que recibe en su arbol en energia electrica que serecoge en sus bornes.La incorporacion de este tipo de generador en los vehiculos actuates se

debe al gran incremento de aparatos electricos que se han ido instalando enlos mismos; al ir aurnentando la demanda de corriente en el generador, unadinamo normal se ve incapacitada para satisfacer las necesidades actuales desuministro de la corriente necesaria para alimentar todos estos accesorios y alrnismo tiempo cargar la baterla. Por esta razon. se ha sentido la necesidad deincorporar dinamos de mayor potencia, aumentando el volumen y el peso de lasmisrnas, con 1 0 cual se reduce la potencia uti] del motor terrnico.EI mayor inconveniente de las dinamos es su regimen de funcionamiento,ya que, como se via en sus velocidades crlticas no suministra corriente hastaun numero determinado de revoluciones, alrededor de unas 1 500, y tampocose puede emplear una multiplicaci6n en la transmision para obtener la cargaa un bajo regimen del motor; cuandoeste funcionase a un regimen alto en ca-rretera, la velocidad de la dinamo sobrepasaria sus limites criticos de maximavelocidad.Este inconveniente, hasta hace unos afios, no tenia gran importancia; perohoy dla, debido al gran incremento de trafico urbane. los motores se yen obli-gados a girar a un reducido regimen de revoluciones; esto hace que las dinamosno alcancen su potencia nominal, obligando a satisfacer las necesidades delvehiculo tomando corriente de la bate r ia, cuya descarga continua obliga a unmayor entretenimiento de la rnisrna fuera del vehiculo. Este defecto se fue pa-liando al principio, incorporando baterias de mayor capacidad; perc entoncesla dinamo se vela incapacitada para mantenerlas, en un regimen de carga acep-table, para obtener un buen servicio en el arranque.La posibilidad de giro en los alternadores permite su acoplarniento, deforma que inicie la carga y entrega de corriente con el motor funcionando aralentf, consiquiendose su potencia nominal a un reducido regimen de revolu-ciones; esto perrnite alirnentar todos los serviclos instalados en el vehlculo.aun en condiciones adversas, quedando la bateria como elemento reservadopara la puesta en marcha del mismo, y encontrandose siempre con carga sufi-ciente para una buena prestaci6n de servicio.

3.2 Caracteristicas del alternadorAunque la produccion de corriente en esta rnaquina es analoqa a la de ladinarno, se diferencia esencialmente en que las bobinas inducidas permanecenestetices, siendo el campo inductor el que se mueve con el rotor, (fig. 3,1 A)al imentado con corriente continua procedente del mismo generador a travesde dos anillos rozantes situados en el eje del rotor.Esta disposici6n de los elementos del alternador proporciona grandes ven-tajas al rnismo, tales como el poder girar a grandes revoluciones sin deterioroen sus elementos moviles, cosa que no ocurria en la dinamo, cuya velocidadmaxima quedaba limitada por efecto de su colector y de sus escobillas. Con elalternador se consigue una mayor potencia util para un rnismo volumen y pesoque en la dinamo.

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3.2.1 Ventajas del alternadar sabre la dinamoLas caracterlsticas constructivas y de funcionamiento en un alternador 10diferencian esencialmente de la dinamo, teniendo el alternador una serie de veri-tajas sobre la dinamo que se pueden resumir en los siguientes puntos:1. EI alternador no !leva col ector para la conmutaci6n de la corriente,pues la rectificaci6n de la misma se consigue en un paso posterior a su prcduc-cion. eliminando por tanto el peligro de centrifugaci6n del colector a altas re-

voluciones.2. Las escobillas en el alternador s610 se utilizan para alimentar la bo-bina inductora y, como la corriente de excitaci6n es pequefia (unos 2 ampe-rios). la secci6n de las mismas es mucho mas reducida, no sufriendo apenasdesgaste, debido a la superficie continua de los anillos rozantes.3. La bobina inductora va fuertemente asegurada entre las masas po-lares, formando un conjunto compacto que, unido a la ausencia de colector,el rotor puede girar a grandes revoluciones sin peligro alguno.4. Tiene menor volumen y peso que la dinamo para una misma potenciautil, entregando su potencia nominal a un reducido regimen de revoluciones(fig. 1.1 B); esto Ie hace particularmente apto para vehfculos que circulan fre-cuentemente por ciudad, ya que el alternador carga la bateria incluso con elmotor funcionando a ralenti.5. La polaridad de la corriente es independiente del sentido de giro delalternador, pues cualquier alternancia en su curva caracteristica es rectificadaa la salida del misrno por un puente rectificador.6. EI alternador no necesita limitador de intensidad: a tension reguladaconstante, la corriente se autolimita por saturaci6n rnaqnetica del campo in-ductor. Tampoco necesita disyuntor en su gruporegulador, ya que los diodosdel puente rectificador impiden la descarga de la bater ia a traves de los arrolla-mientos del estator 0 inducido.7. Por sus caracteristicas constructivas anteriormente resefiadas, el al-ternador tiene una mayor duraci6n en servicio, con un menor entretenimientodel mismo y de la baterfa.3.3 Descripcion y caracteristicas de sus componentes

Un alternador tipo de los utilizados en automoci6n (fig. 3.2A) esta consti-tuido por los siguientes elementos:Un conjunto inductor formado en el rotor 0 inductor (5) del alternador.Un conjunto inducido formado en el estator (4).Un conjunto puente rectificador (6) y (7).Carcasa y dernas elementos complementarios de la rnaquina.

En la figura 3.2B y C pueden verse con detalle el despiece de dos tiposdiferentes de alternadores de la casa FEMSA y en la figura 3.2D el conjuntoseccionado de otro modelo de alternadcor.

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Fig. 3.1B Grsticos comparativos deproduccion de corriente en ambosgeneradores con respecto al numerode revoluciones.

1 poJea2 ventilador3 soporte Jado accionamiento4 estator5 rotor a inductor6 ouente rectificador7 soporte lado anillos rozantes y equiporectificado r

bridaFig. 3.2A Componentes de! alternador: 1, conjunto montedo: 2, despiece.

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borne de salidade corriente

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1 polea2 ventilador3 soportelado accionamiento4 inducido (estator)5 rotor6 puente rectificador7 soporte lado anillos rc-zantes8 portaescobillas y escobillas9 bcbina inductora (rotor)10 bobina del estator11 anillos rozantes12 rodamiento

1 polea2 venti lador3 soporte lado accionamiento4 inducido (estator)5 rotor6 puente rectificador7 soporte lado anillos rozantes8 portaescobillas y escobillas9 bobina inductora (rotor)10 bobina del estator11 anil los rozantes12 rodamiento

Fig. 3.28 Despiece del alternador tipo ALB con puente rectificadorhexadiodo (sets diodes),

Fig. 3.2C Alternador tipo ALE con regulador incorporedo.

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1 polea2 venti lador3 soporte lado accionamiento4 inducido estator5 rotor6 rectificadores7 soporte lado anillos rozantes8 portaescobillas y escobillas9 bobina del rotor10 bobina del estator11 anillos rozantes12 rodamiento13 carcasa

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II

Fig. 3.2D Conjunto de un alternador seccionedo.

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3.3.1 Rotor a inductorEI rotor, 0 elemento m6vil del alternador (fig. 3.3A), es el encargado decrear el campo maqnetico inductor, el cual en su desplazamiento de giro creala variaci6n de flujo necesaria en las espiras del estator. para generar en eliasla fusrza electromotriz inducida y, por tanto, la corriente electrica,

3.3.1.1 Constitucion del conjuntoEI conjunto esta formado por un eje 0 arbol (1) sobre el cual va montadoun nucleo magnetico (2) formado por dos piezas de acero forjado que lIevanunos salientes 0 dedos entrelazados sin lIegar a tocarse. que constituyen lospoles del campo maqnetico inductor. Cada una de las dos mitades del nucleolleva 4 6 6 sallentes, con 1 0 que se obtiene un campo inductor formado por 86 12 polos.En el interior de los poles, va montada una bobina inductora (3) de hilode cobre aislado y de muchas espiras, bobinada sobre un carrete de materialtermoplastico.En uno de los lados del eje, va montada una pieza de material termoestablefija al eje del rotor, en la que se encuentran moldeados dos anillos rozantesde cobre (4), a los cuales se unen los extremos de la bobina inductora. A travesde estos anillos (fig. 3.2D), y por medio de dos escobillas de carbon grafitadola bobina recibe la corriente de excitaci6n generada por el propio alternador

a traves del equipo rectificador (autoexcitaci6n).Este equipo m6vil perfecta mente equilibrado dinarnicarnente, para evitarvibraciones, constituye un conjunto extraordinariamente robusto que puedegirar a gran velocidad sin peligro alguno, al no tener como la dinamo elementosque pueden ser expulsados por efecto de la fuerza centrifuga, como ocurrecon el colector y bobinas inducidas.3.3.1.2 Esquema de conexion

En la figura 3.3B se representa el esquema de conexionado de la bobinainductora (3).3.3.2 Estator 0 inducido

EI estator es el elemento donde van alojados los conductores inducidosque generan la corriente electrica.3.3.2.1 Armaz6n del estator

Esta formado (fig. 3.4A y B) por un paquete ensamblado de chapas mag-neticas (1) de acero suave laminado en forma de corona circular, troqueladasinteriormente para formar en su uni6n las ranuras donde se alojan (as bobinasinducidas (2); tienen mecanizado el diametro exterior para su encaje y acopla-miento en la carcasa. que cierra el conjunto del alternador.3.3.2.2 Devanado del estator

EI devanado de los conductores que forman el inducido esta constituidogeneralmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfecta mente ais-lades en las 36 ranuras que forman el estator. Estos tres arrollamientos. 0 fasesdel alternador, pueden ir conectados sequn el tipo, en estrella (fig. 3.4C) 0 entrianqulo (fig. 3.4D), obteniendo de ambas formas una corriente alterna trifa-sica, a la salida de sus bornes.36 ranuras

Fig. 3.4B Forma de las chapas mag-netices.Fig. 3.4C Conexionado del es-tator en estre//a.

3las garras entrecruzadas hacen como si fueseun iman grande. pero formado por variespequefiosFig. 3.3A Rotor a inductor.

2 3 2 4

Fig. 3.3B

Fig. 3.4A Esta-tor del alterna-dar.

Fig. 3.4D Conexionado del estetoien trieruiulo.

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Fig. 3.5 Alojamiento de los diodosen la tapa posterior, 1, 2 y 3 diodesrectificadores de corriente.

Fig. 3.68 Puente rectificador hexa-diodo (seis diodos),

\+)

Fig. 3.8 Esquema de conexionadode un puente rectificador nonadiodo.

3

3.3.3 Equipo reetifieadorEste conjunto, formado por 6 6 9 diodes de silicic. puede ir montado di-rectamente en la carcasa /ado snillos rozantes (fig. 3.5) 0 en un soporte enforma de corona circular cortada (fig. 3.6A y B), conexionados a cada una delas fases del estator (fig. 3.7A y B), formando un puente rectificador de ondaeomp/eta en las tres fases del alternador, obteniendo a la salida del mismo unacorriente continua.Los alternadores, con equipo rectificador de 9 diodos (puente rectificador

nonadi6dico), incorporan tres diodos mas al puente normal (fig. 3.8), utili-zandose esta conexi6n auxiliar para el control de la luz indicadora de carga ypara la alimentaci6n del circuito de excitaci6n.

1 diodos para recti ficar la parte negativa2 diodos para rectifica r Ia parte positiva3 diodos larnpara de control4 salida de control. larnpara 0 sefializacion decarga5 casquillo metallco6 casquil los aislantes7 borne salida de corriente

Fig. 3.6A Puente rectificador nonadiodo (nueve diodos).

\+1

Fig. 3.7A Conexionado de unpuente rectificador hexadiodo aun estator conexionado en trien-gulo: 1, bobinas del estator; 2,diodos rectificadores.

Q l+)

equipo- -rectificador

Fig. 3.78 Conexionado de unpuente rectificador hexadiodo aun estator conexionado en es-trella.-)3.3.3.1 Diodo

EI diodo esta formado por un envase rnetalico (1) (fig. 3.9A), con un cris-tal de silicio (2) en su interior, unido a un vastaqo de conexi6n (3) y rellenode silicona (4). Tiene la misi6n de rectiticer la corriente alterna obtenida en elestator. por su propiedad de dejar circular la corriente electrica en un s610 sentido.3.3.3.2 Tipos de diodes segun e/ tipo de Impureza eiiedide

Este elemento se caracteriza por la propiedad que tienen ciertos cuerpossemiconductores, como el silicic y el germanio, que en estado puro son aislan-tes. pero al lIevar mezclada alguna impureza, por pequefia que sea, se con-vierten en conductores; y, sequn el tipo de impureza agregada, se comportan72


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de un modo diferente. Si la impureza es a base de antimonic 0 ersenico, se ca-racteriza porque recibe electrones libres, siendo entonces de variedad (N) 0negativo; pero si la impureza afiadida es a base de indio 0 galio, entonces el se-miconductor es de variedad (P ) 0 positivo; un semiconductor puede ser posi-tivo 0 negativo sequn el tipo de impureza afiadida.Un diodo, por tanto, no es mas que la uni6n de dos cristales de este tipo(fig. 3.9A); consiste en afiadlr al cristal de silicio: por un lade hasta su mitad,sustancias que Ie hagan positivo; y por el otro. sustancias que Ie hagan negativo.Los diodos comerciales aplicados en automoci6n pueden ser de dos tipos(fig. 3.9B) sequn la parte del crista! de silicio que esta en contacto con el en-VAse rnetalico que 10 recubre y sirve de sujeci6n en el soporte:Diodo de catodo base (-.t-jll )- Diodo de anode base (-14-111 )

Los diodos de cetodo base dejan pasar la corriente desde el vastaqo alsoporte rnetalico: y los de snodo base dejan pasar la corriente en sentido delsoporte al vastaqo, quedando definidos por la direcci6n de la flecha y el sentidode paso de la corriente:- Diodo de catodo base

- Diodo de anode base

' : : : : . . A l l~ I'~

+~ I__ conduce....... - no conduce

Fig. 3.9C Situaci6n de los diodosen un alternador tritesico.

3.3.4 Carcasa y elementos complementariosLa carcasa, 0 cuerpo del alternador (fig. 3.2A, B, C y D) esta formada pordos semicuerpos 0 mitades de aluminio fundido (3) y (7), sirviendo de cierreal conjunto donde se alojan los componentes del mismo y soporta los roda-mientos a bolas sobre los que se mueve el eje 0 arbo) del rotor (5).

3.3.4.1 Portaescobillas y equipo rectificadorLa parte de carcasa lade anillos rozantes (7) !leva sujeto en su interior elportaescobillas (8), sobre el que se deslizan las mismas perfects mente aisladas

y que reciben corriente directamente del equipo regulador. Sobre esta partede carcasa se monta, sujeto a ella, el equipo rectificador y las tomas de corrientedel alternador, asi como el equipo de regulaci6n electr6nica en los alternadoresque lIevan este tipo de regulaci6n incorporado (fig. 3.2C).

Fig. 3.9A Diodos de silicio.

Fig. 3.98 Tipos de diodos. t: diodode cetodo base; 2, diodo de {modobase.

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3.3.4.2 Rodamientos de apoyoEI rodamiento de este lado de la tapa va montado a presion sobre el ejeo arbol del rotor y se aloja en el soporte de la carcasa. con un ajuste deslizante,por medio de un anillo torico de goma alojado en una ranura circular para evitarque la pista exterior del rodamiento pueda girar y permitir al mismo tiempo sudeslizamiehto axial. EI otro rodamiento va alojado en la tapa opuesta.

3.3.4.3 Soportes de apoyoLa parte de carcasa (3) lado accionamiento (fig. 3.2A) Ileva las bridas 0soportes para la sujecion del alternador al motor y para el tensado de la correa.En su interior se aloja un rodamiento a bolas anclado a la tapa mediante dosarandelas elasticas, capaces de absorber la inercia de tiro de la transmision.

3.3.4.4 Venti/ador y poleaPor el exterior del conjunto y sobre el arbot del rotor en el lado opuestoal de los anillos rozantes, va montado el venti/ador (2), disef\ado para moverel caudal de aire necesario para la ventilacion del alternador y la polea de mando(1), fabricada en chapa de acero 0 en aluminio, con una garganta trapezoidalpara alojar la correa de mando de la transmision.

3.4 Funcionamiento elect ricoEI funcionamiento y qeneracion de la corriente en los alternadores estabasado en los rnismos principios de induccion electrornaqnetica que la dina-mo. de forma que un conductor situado bajg li: l influenciacl!: 'JJ_gsJineas_deiu_erzad.e.. ,lD campo. inductor gellera en una fuerza electromo!r.i?:_lDducld.a_c.uandof3xiste una. vari.acio[1 ..de fL l, ljQ . . ... E n los alternadores (fig. 3.10), el campo rnaqnetico inductor 1 0 crea labobina de/ rotor, al ser alimentada por corriente continua a traves de sus ani-Ilos rozantes; y la disposicion de sus masas polares crea un campo rnaqnetico.cuyas Ifneas de fuerza atraviesan en toda su periferia los conductores situadosen el estator.

Fig. 3.10 Distribucion del campomeqnetico inductor.AI girar el rotor, los conductores situados en el estator van cortando el flujo

emitido por las masas polares, cuyo corte de llneas de fuerza estara en funci6ndel giro producido por el rotor; asl crean la variaci6n de flujo necesaria para in-ducir en los conductores del estator una fuerza electrornotriz, que sera proper-clonal al campo rnaqnetico inductor y a lavelocla-ad -de-grf ()( l6lar l11RfUi l la:". _ "" , _ _ r . e . _ _r"" _ _ , ,_~,_w . _ __.__.~___ _"_".,___,,~_ .J"~__"_""_ ._,_v_ "" " ,_ __ _L i < I > . 10-8e= ~ [3.1]

EI rotor en su giro va enfrentando sucesivamente sus polos de signo con-trario con los conductores del estator. creando en ellos corrientes, cuyo sentidoo direcci6n va cambiando, sequn el polo que tenga enfrente (fig. 3.11); la co-rriente generada y obtenida a la salida de los arrollamientos del estator serauna corriente alterna sinusoidal, cuya frecuencia (f) 0 numero de alternanciaspor segundo estara en funci6n del nurnero de polos (p) y de la velocidad deregimen en r. p. m. (n) de la rnaquina:f p > ; 0 en hercios [3.2]

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Fig. 3.11 Generecion de t. e. m.

r p . r n .

cu rva ca racteristica

- Rectificaci6n de /a corriente. La corriente a/tema obtenida a la salidade los arrollamientos inducidos es rectificada por medio de un puente recti-ficador, a base de diodos de silicio (fig. 3.7); se obtiene de esta forma una co-rriente continua en los bornes del alternador.3.4.1 Fuerza electromotriz generada por un a/temador

- Fuerza e/ectromotriz producida en un conductor. Se via al estudiar ladinamo que la f. e. rn . (e ) generada en un conductor era proporcional a la in-duccion maqnetica emitida por las masas polares (8), a la longitud del con-ductor (I) que cortaba dichas lineas de fuerza y a la velocidad de corte (v) delas mismas.e = B . I . v108 (en voltios) [3.3]

Numero de conductores ectivos. Siendo (N) el numero de conductorestotales situados en el estator, y suponiendo estos conectados en serie en ununico arrollamiento y teniendo en cuenta, como en las dinamos, que no todoslos conductores producen f. e. rn.. sino solamente aquellos que estan situadosbajo la influencia del campo maqnetico, el numero total de conductores activossituados en e l estator sera:N a N 2p . ap7t,O [3,4J

(ver apartado 2.4.4).- Fuerza electromotriz media. Se genera una fuerza electromotriz totalmedia de:

E m = N a . e N 2p . ap7t,O

B . I . v108 [3.5J

- Fuerza e/ectromotriz generada en e/ a/temador. Siendo Q ) = B . I ' apy poniendo la velocidad lineal en funci6n del numero de revoluciones,v n : 7t . 0/60, al sustituir estos valores en la f6rmula [3.5], queda como va-lor de la fuerza electromotriz (Em ) generada en el alternador:

I E m = N . 2p . < I > n60 x 108 (en voltios) I [ 3 . 6 ]Para el calculo de la f. e. m. se ha supuesto que todos los conductores si-tuados en el estator estaban unidos en serie, formando un arrollamiento unico:can 10 cual, la fuerza electromotriz obtenida corresponde a un alternador mo-

nofasico. Como se puede apreciar, la formula obtenida es identica a la de ladinamo, considerando en este caso que el arrollamiento esta formado por unasola rarna en paralelo (2a = 1).75


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EJEMPLO RESUELTOProblema 1

(Cual sera la f. e. m. generada por un alternador monofasico dodecapolar (2p = 12).girando a 1 500 r. p. rn., y sabiendo que las masas polares emiten un flujo. de 20000 maxweliossobre los 360 conductores situados en el estator?

Soluci6n:Aplicando la f6rmula obtenida [3.6]. y sustituyendo valores en la misma, se tiene:

E =m 2p . < J ) N . n60 x 10812 x 20000 x 360 x 1500

60 x 108 = 21,6 voltios

Valor de la fuerza electromotriz media par fase en los alternadores tri-iesicos. Como los alternadores trifasicos estan formados por tres arrollamien-tos separados independientes, cuyas bobinas situadas en el estator forman trescircuitos abiertos, quedando libres los extremos de cada fase, se puede consi-derar el sistema como Uri generador que produce tres fuerzas electromotricesrnonotasicas, de igual valor y frecuencia, desfasadas 1200 electricos. cuyo va-lor medio por fase sera, teniendo en cuenta que el numero de conductores in-ducidos en cada fase es Nt = N/3:

E m c j) . n . 2p60 X 108 N3 [3.7]en la que:

E m valor de la f. e. m. media por fase< J ) f lujo emit ido per las masas polares2p numero de polos del rotorN nurnero total de conductores situados en el estatorEn estes sistemas trifasicos debe cumplirse siempre que todas las fases

tengan el mismo numero de conductores en serie, la misma resistencia y pro-ducir la rnisrna f. e. m.


(Cual sera la f. e. m. generada en el ejemplo anterior, suponiendo los conductores situa-dos en el estator y devanados en un sistema trifasico ?

Soluci6n:Siendo el nurnero de conductores por fase de:

NNt = 3 3603 120 conductoresla fuerza electromotriz generada por fase es:

2p . < J ) n . Nf60 x 108

12 x 20 000 x 1 500 x 12060 x 108 7,2 voltios

3.4.2 Valor media y eficaz de la f. e. m.Como se puede apreciar en la curva caracterlstica de la fuerza electromo-

triz (fig. 3.11), esta va tomando valores maximos V minimos en cada semipe-rlodo, cuvos valores instantaneos son diferentes en cada posicion de giro delrotor. En las dinamos, esta pulsacion se deshacla por medio del colector, colo-cando espiras desfasadas con respecto a la prirnera, de forma que la f. e. m.obtenida en cada semiperiodo no bajaba a su valor cere. va que enlazaba conla onda siguiente, quedando de esta forma sensiblemente rectificada V conun valor que se aproximaba a! valor maximo obtenido.76


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3.4.2.1 Valor medio de la fuerza electromotrizComo en los alternadores la f. e. m. obtenida a la salida de los arrollamien-tos sigue siendo pulsatoria y alterna, con valores maximos y minimos, se tieneque considerar. para valor de la f. e. m. obtenida en cada onda, el valor mediade cada una de las f. e. m. instantaneas obtenidas; este valor es la media aritrne-tica de cada uno de los valores instantaneos obtenidos en cada onda de la se-noide, a sea, durante medio cicio, la cual toma un valor en funci6n de la f. e. m.maxima de cresta:

_L_ Emax. (f. e. m. media) [ 3 . 8 ]


lCual sera el valor medio de la f. e. rn., sabiendo que la tensi6n maxima de cresta obte-nida en una curva sinusoidal es de 21,6 voltios?Solucion:

E = 2m ---,-'.=- 13,75 voltios3.4.2.2 Valor eticez de la fuerza electromotriz

EI valor eficaz (El) de una f. e. m. alterna, es el valor que se obtiene parmedici6n a la salida de los arrollamientos en los bornes del alternador antesde rectificar, cuyo valor representa el valor nominal en las caracterlsticas de lamaquina, el cual se toma en los calculos electricos de la misma para alimenta-ci6n del circuito exterior.En su proceso generativo, este valor de (EI), viene determinado por el va-lor cuadratico medio de las ff. ee. mm. maximas instantaneas, obtenidas durantelos sucesivos ciclos de funcionamiento, can un valor de:[ 3 . 9 ]

Comparando este valor eficaz can el valor medio obtenido en los arrolla-rnientos de la rnaquina:Emax. V2 . Ef 1 V2' E r "" __Ir_. EmEm' =:_71:_ Em 2ax. 2

tendremos para valor eficaz de un alternador en funci6n del valor media obte-nido por fase:

I Ef = - 2 . > < T z Em = 1,11 . Em I [3.10]EJEMPLO RESUELTOProblema 4

lCual sera el valor eficaz de la f. e. m. obtenida en el ejemplo anterior?Soluci6n:

1,11 x 13,76 i5,3 voltios

3.5 Tipos de alternadores y caracteristicas electricasde los mismosMuchos son los model os de alternador existentes en el mercado construi-des por diversos tabricantes: se diferencian unos de otros esencialmente por

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regulad~r

Fig. 3.12 A/ternador monotesico condevanado unico y rectificaci6n de

onda comp/eta.

EX C,.-------,-----0 (+ 1

regulador\

5Fig. 3.13 A/ternador monotesico condos devanados y rectificaci6n en do-

ble onda.

la tension e intensidad que son capaces de proporcionar, as! como por el tipode reguladar acoplado, y que este venga 0 no incorporado al alternador.Clasificaci6n de los alternadores. Sequn la disposicion y conexionado delos arrollamientos situados en el estator. los alternadores utilizados en auto-moci6n pueden ser: monotesicos 0 tritesicos: conexionados estes ultirnos enestrella 0 en triang-ufo~se- obtienen--aistintas caracteristicas electricas en losmismos.Las caracterlsticas electricas de un alternador, al igual que las de la dina-mo. vienen determinadas por la tensi6n y potencial nominal en bornes, siendola tensi6n nominal aquella a la cual funcionan los circuitos instalados en elvehiculo; y la potencia nominal, la necesaria para alimentar todos los circuitosinstalados. estando comprendida generalmente en los dos tercios de la potenciamaxima capaz de suministrar el alternador. La potencia maxima viene deter-minada por la corriente maxima que puede circular por los arrollamientos delestator sin perjuicio de los mismos. en funci6n de su resistencia interna parauna tensi6n regulada en bornes.

3.5.1 Alternadares monoiesicos1. Alternador monotesico can devanado unico y rectificaci6n de ondacompleta. E I alternador monoiesico (fig. 3.12) puede estar formado por unsolo arrollamiento (1) con todas sus bobinas en serie 0 formando dos circuitosen paralelo (2a = 2); sus extremos I ibres (2) se unen a un puente rectificador(3) con cuatro diodos (4), en cuya rectificaci6n de onda complete se obtienea los bornes del mismo una corriente continua.2. Alternador monoiesico con das devanados y rectiticecion en dableonda. Otro tipo de alternador monoiesico, muy utilizado en la actualidad (fi-gura 3.13), es el formado por dos devanados rnonofasicos en el estator (1)y (2), unidos en serie, Con una toma intermedia (3) para la salida de corriente;los dos extremos libres (4) del arrollamiento se unen ados diodos (5) que rec-tifican la corriente en doble onda, es decir un semiciclo de cada uno de los de-vanados.3. Paten cia en un alternadar monotesico. La poten cia mextme obtenidaen estos alternadores esta en funci6n de la tension regulada en bornes y de laresistencia interna de la maquina :

Wmax. __Eregulada 2R j [3.11 J

EJEMPLOS RESUELTOSProblema 5

Un alternador monofasico. con un solo arrollamiento situado en el estator, esta formadopor 540 conductores inducidos y un rotor inductor octopolar (2p 8) que emite un flujo de12000 maxwelios. Calcular:

1. La f. e. m. generada por la maquina a 1 500 r. p, m.2. La f. e. m. eficaz obtenida en bornes a esas revoluciones.3. La potencia maxima y nominal del alternador, para una f. e. m. regulada en bornes

a 13,5 voltios, sabiendo que la resistencia interna dej circuito vale Rj = 0,5 n.Soluci6n:1. Dando val ores a la formula [3.6J se obtiene un valor medio de la f. e. m. a esas re-

voluciones.

2p . C D . N . n60 x 108

8 x 12 000 x 540 x 1 50060 x 108 12,96 V

2. Dando valores a la formula [3.10] se obtiene una f. e. m. eficaz en bornes.

Ef = 1,11 . Em = 1,11 x 12,96 = 14,4 V78


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3. o En funci6n de la f. e. m. regulada en bornes, la potencia maxima y nominal del al-ternador, sequn la f6rmula [3.11] es:

Wmax. E 2 13,52 364,5 vatios0,5

W 2 Wmax. 2 364,5 243 vatios-3-' = -3-x

Problema 6Si en el alternador monofasico del ejemplo anterior. se colocan los 540 conductores, en

dos arrollamientos separados, con la mitad de conductores cada uno de ellos (ver fig. 3.13),calcular:

1. La f. e. m. media generada ahora por la rnaquina, a las mismas revoluciones.2. La f. e. m. eficaz obtenida en bornes.3. La velocidad de regimen necesaria que tendria que Ilevar la maqulna, para alcanzar

la misma tension de regulaci6n (13.5 voltios).4. La potencia maxima capaz de desarrollar el alternador, con este tipo de devanado,a la tensi6n de regulaci6n.

Soluci6n:1. La f. e. m. media generada por el alternador en este caso es:

6,48 V

2. Dando una f. e. m. eficaz en bornes.1.11 . Em 1,11 x 6,48 = 7,2 V

3. EI nurnero de revoluciones que debe Ilevar el alternador, para conseguir en este casola tensi6n de regulaci6n es:

E . 60 x 108 13.5 x 60 x 108n = --Zp.-ij)-:-N = --sx1Tooo x 270 = 3 125 r. p. m .4. Siendo en este caso la resistencia interna, la correspondiente a uno solo de los arro-

Iiamientos, igual a 0,5/2, la potencia maxima capaz de desarrollar el alternador es:W. =.-- 13,52 729 .max . R i =0;25- = vatios

3.5.2 Alternadores tritesicosLos alternadores tritesicos estan formados por tres arrollamientos separa-dos en su estator, constituvendo un sistema de tres corrientes alternas mono-fasicas de igual valor eficaz, V desfasadas 1200 electricos, Estos tres arrolla-mientos pueden conexionarse en estrella 0 en trisnqulo, teniendo cada unode ellos caracteristicas diferentes en cuanto a la tension e intensidad, asi como

en su resistencia interna resultante, la cual deterrninara la intensidad maximadel mismo.3.5.2.1 Alternador triiesico conexionado en estrella

La conexion en estrel/a (fig. 3.14) consiste en unir en un punto cornun losfinales de cada fase del estator, conexionando los principios a un puente recti-ficador hexadiodo.En esta conexi6n, la f. e. m. en linea (1) (fig. 3.15A) es distinta de la f. e. m.obtenida en fase (1), va que esta formada por la suma geometrica de dos fasesen serie, pero desfasadas 1200 electricos. Considerando la representaci6n vec-torial de las dos f. e. m. eficaces de cada fase (fig. 3.158), se puede ver quela f. e. m. en linea obtenida es:2 . E r cos 300 [3.12]

Y como el cos 300 vale , se tiene para el valor resultante de la f. e. m.

E X C,----------------------Q{+,

R

Fig. 3.14 Alternador tritesico cone-xionado en estrelle.

Fig. 3.15A

Fig. 3.15879


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EX C,------------0(+1

R

Fig. 3.16 Alternador tritesico cone-xionado en trisnauto.

resistencia en faseR 2 = R 3 R fFig. 3.17

eficaz en bornes del alternador conexionado en estrella:

I E I = 2 . E f .4V3' E f I [3.13A]siendo la intensidad obtenida en linea, al estar las dos fases en serie:

[3.138]con una resistencia interna formada por los dos arrollamientos en serie:

2 . Rf [3.13C]

E JEMPLO RESUE LTOProblema 7

Siendo la f. e. m. eficaz obtenida en cada fase de un alternador trifasico de 12 V, con unaresistencia interna por fase de 0,2 ohrnios, calcular la f. e. m. obtenida a los bornes del gene-rador. si se conexionan sus arrollamientos en estrella, y la intensidad maxima que se puedeobtener en el mismo.

Soluci6n:Sequn la f6rmula [3.13A], la fuerza electromotriz obtenida en linea es:

EI = V 3 ' Ef = 1,73 x 12 = 20,78 voltiosSiendo la resistencia resultante del acoplamiento en serie de las dos fases igual a:

Rj = 2 . Rf = 2 x 0,2 = 0,4 ohmiosla intensidad maxima que puede pasar par elias y , par 10 tanto, la que puede suministrar el ge-nerador es:

I = _EI_ = 20,2.~_ = 51 9 amperiosmax. Rj 0,4 r3.5.2.2 Altemador tritesico conexionado en trienqu!o

Consiste esta conexi6n (fig. 3.16) en unir el principle de cada fase con elfinal de la siguiente V los tres puntos de conexi6n con el puente rectificadorhexadiodo.La f. e. m. obtenida en linea es la misma que por fase, va que los bornesde toma de corriente estan unidos a los extremos de cada fase.[3.14AJ

Sin embargo, la corriente obtenida esta formada por un sistema paralelo.cuvas corrientes desfasadas 1200 electricos dan como en el caso anterior unaintensidad resultante en linea:[3.148]

La resistencia entre dos bornes de conexi6n sera la resultante de un aco-plamiento en paralelo (fig. 3.17) formado por dos resistencias en serie (R f + Rr).con otra en paralelo (Rt), obteniendose en este acoplamiento:1 +_1_ + 1 R f + 2 . RfRi- R f + R f R t 2 R t R f ---2-~-

De donde:Rj 2 R f-3- [3.14C]

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EJEMPLO RESUELTOProblem a 8

Calcular las caracteristicas del alternador indicado en el problema 7, pero conexionan-do ahora sus arrollamientos en trianqulo.

Solucion:Siendo en este acoplamiento E f = E I, la fuerza electromotriz obtenida en bornes del al-

tarnador es:E I = E f = 12 voltios

Siendo la resultante de la resistencia interna:

R ; 2-3-' Rf 2-3-x 0,2 0,133 ohmiosla intensidad maxima obtenida as:

E fI, =-max. R i 120,133 ... 90,2 amperios

3.5.2.3 Polen cia de un elternedor triissicoEn todo sistema polifasico. la potencis total obtenida a la salida del ge-nerador es equivalente a la suma de las potencias obtenidas en cada una delas fases, par 10que la potencia total desarrollada par un alternador tritasico sera:W = 3 . Wf = 3 . Vf . If

Teniendo en cuenta los valores eficaces obtenidos, sequn el tipo de cone-xi6n efectuada, y sustituyendo los valores en esta ecuaci6n, resulta un valoreficaz de la potencia en barnes de un alternador trifasico.Conexion estrella:

W 3 . VI . II V 3' VI . IIy'JConexion trianqulo:

W 3 . VI II y'3 . VI . II\/3

[3.15AJ

[3.15B]

Como se puede observer, la potencia en barnes de un alternador trifasicoes identica. sea cual sea el tipo de conexion efectuada; sin embargo, para unamisma tensi6n de regulaci6n, lascaracteristicas de ambos son diferentes.En los alternadores conexionados en estrelle, al ser mayor la f. e. m. eficazobtenida en barnes, la tension de requlacion se alcanza antes, es decir, a menorregimen de revoluciones de la maquina: sin embargo, admiten una potenciamaxima menor.

Wmax. [3.16AJ

Para los alternadares conexionados en trienqulo, can una misma tensionde requlacion. la carriente obtenida es mucho mayor y par tanto 10 es tarnbiensu potencia maxima.

Wmax. [3.16B}

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Siendo la tensi6n de regulaci6n en bornes de un alternador trifiisico de 13,5 voltios, conuna resistencia por fase de 0,3 ohmios. calcular la potencia maxima obtenida al conexionarlos devanados del estator en estrella 0 en trianqulo respectivamente.

Soluci6n:La potencia obtenida en estrella es:

13,52 303,75 vatios2 x 0,3Y, al conexionar en trianpulo, se tiene:

Wmax. 3 X 13,522 x 0,3 911,25 vatios

3.6 Comprobaciones en el alternadorEI alternador, al igual que la dinamo, debe responder en su funcionamiento

a las caracterlsticas indicadas por el fabricante para cada tipo de alternador:de ahf que si por cualquier causa ha tenido que ser desmontado del vehfculoo ha sido reparado, debe someterse a una verificacion de funcionamiento enel banco de pruebas con el objeto de garantizar su perfecto y eficaz compor-tamiento en el vehfculo.3.6.1 Control en el banco de pruebas

Las pruebas de funcionamiento a realizar en los alternadores consisten enobtener sus curvas caracterlsticas de tension y potencia, de acuerdo con losdatos suministrados por el fabricante; para ello se monta el alternador en elbanco, en su posicion de funcionamiento, y con un sistema de amarre al mismosimilar al del vehiculo, realizando el conexionado a un circuito exterior de carga,y conexionando su circuito de excitaci6n, segun el tipo de alternador, y siguien-do las especificaciones del fabricante.Sea cual sea el tipo de alternador. convencional 0 con regulador incorpo-rado, las pruebas a realizar son las siguientes:

Prueba de tension.Prueba de funcionamiento del regulador.Prueba de carga y maxima potencia.3.6.1.1 Alternadores convencionales

Acoplado el alternador al banco, y conexionado el rnismo autoexcitadocon un circuito de carga exterior y con un voltirnetro y un amperlmetro (fig. 3.18),se pueden realizar las siguientes pruebas de funcionamiento:- Prueba de tension. Hacer girar el alternador a 800 0 900 r. p. m. y

comprobar en el voltfmetro la tension alcanzada en bornes del mismo, la cual

EXC

Fig. 3.18 Esquema de! conexionado de a/gun tipo de slternedorpara realizar las pruebas sobre el banco: A, alternador tritesicoen trienauto, con puente hexadiodo; S, alternador tri tesico enestrelle con puente hexadiodo; C, a/temador tritesico en es-trella con puente nonadiodo.


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debe ser igual (0 mayor) a 13,5 6 27 voltios, sequn la tensi6n nominal de lamaquina (fig. 3.19).- Prueba de carga y mextme intensidad. Se hace girar el alternador a2500 Y 5 000 r. p. m. sucesivamente, ajustando con el re6stato la tensi6n enbarnes, a 13,5 6 27 V, obtenidos anteriormente, y se comprueban en el ampe-

r imetro las corrientes de carga y maxima potencia obtenidas a esas revoluciones(fig. 3.19); corrientes que deben responder a las establecidas para el mismo,sequn las caracteristicas del fabricante (de 25 a 40 arnperios).

v Vd(n)

Fig. 3.19 Curves cerecteristices delalternador: A, curva de tension entuncion del ntimero de revoluciones;S, curva de intensidad a V = cte.

3.6.1.2 Altemadores con regulador incorporadoEstos alternadores suelen lIevar incorporado un tipo de regulador electro-nico formando un solo conjunto con la maquina, debiendose realizar las prue-bas sin desconectar las conexiones que los unen; adernas han de ajustarse alconexionado de las caracteristicas indicadas por el fabricante para cada tipo dealternador (fig. 3.20), ya sea con el positive 0 con el negativo a rnasa, para evitarel deterioro del regulador.

regulador EXC{+)

Fig. 3.20 Alternadorescon regulador incorpo-redo, conexionados pararealizar pruebas en elbanco: A, alternador co-nexionado en estrelle ypuente rectificador he-xadiodo; B, a/ternadorconexionado en estrellay puente rectificador no-

nediodo.

reguladorI 1+1

B

Las pruebas a realizar en estos alternadores son las siguientes:- Prueba de funcionamiento del regu/ador. Establecido el conexionadocorrespondiente sequn el tipo de alternador (fig, 3.20), poner en marcha elmotor del banco y flacer girar lentamente el alternador hasta su velocidad decierre (inicio de carga) (fig. 3.21); se observara c6mo la tensi6n en el voltfmetrova subiendo hasta alcanzar la tensi6n de regulaci6n (unos 14,1 V); tension afa cual la lampara de control, Sl la hay, debe apagarse.Aumentar la velocidad hasta 4000 r. p. m. y regular por medio def reostatola corriente de carga a unos 5 amperios, comprobando que la tensi6n de regu-lacion se mantiene constants. Si la corriente de carga inicial es superior a la pre-

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Fig. 3.22 Mecanizado de los anillosrozentes.

Fig. 3.23 Comprobaci6n de la ex-centricidad de los ani/los,

vista, indicada en el cuadro de caracterlsticas de la maquina para esta prueba.por estar muy descargada la bateria del banco, desconectar esta y regular laintensidad con el re6stato.- Prueba de carga y maxima potencia. Para obtener la curva caracterls-tica del alternador, hacer funcionar el mismo a 2500 y 5 000 r. p, m. sucesiva-mente, regulando en ambas velocidades por medio del re6stato la tension enbornes a 13,5 0 27 voltios. y leer en el amperimetro Jas corrientes de carga y

maxima potencia obtenidas a dichas revoluciones. las cuales deben correspon-derse con las especificadas en las caracterlsticas de la rnaquina para cada tirode alternador (fig, 3.21).

Fig. 3.21 Caracterfsticas del elteme-dar can regula dar incorporedo.

3.6.2 Dieqnostico de averfasSi durante las pruebas de funcionamiento en el banco los valores obteni-dos no se ajustan a las caracterlsticas dadas por el fabricante para ese tipo dealternador. se puede establecer a la vista de los resultados obtenidos el siguientediaqnostico de posibles averias en el rnismo.

3.6.2.1 Alternadores sin regu!ador1. Si el alternador no carga, el defecto debe localizarse en el circuitoinductor 0 en el equipo rectificador. EI circuito inductor puede tener la bo-bina cortada 0 existir un falso contacto de las escobillas sobre los anillos ro-zantes. con 1 0 cual, al no haber campo inductor, el alternador no genera f. e. m.Puede ocurrir tarnbien que la placa 0 grupo rectificador este derivado amasa 0 tener los diodes perforados, con 1 0 cual la f. e. rn. generada no lIegaa los bornes delgenerador.2. Si la f. e. m, en bornes no alcanza la tension nominal 0 la corrientede carga es baja. el defecto debe localizarse en alguno de los arrollamientosdel estator 0 en alguno de los diodos perforados, 1 0 cual hace que el alterna-dor no alcance toda su potencia nominal.

3.6.2.2 Alternadores con regulador incorporado1. Si el alternador no carpa. adernas de los defectos posibles resefiadosanteriorrnente, la causa de la averla debe localizarse en el regulador 0 en al-guna de las conexiones entre alternador-regulador.2.0 Si la corriente de carga suministrada por el alternador esta por encimade los valores asignados al misrno, el defecto esta en el tarado del requlador,o que hay alguna derivaci6n a masa en las conexiones del mismo 0 esta deri-vada amasa la bobina inductora.3,0 Si la corriente de carga es baja, el defecto puede localizarse en el re-gulador 0 en alguno de los elementos ya descritos para este tipo de avena (verapartado 3.6.2.1).4. En los alternadores con larnpara de control. si esta permanece en-cendida durante su funcionamiento, indica que el alternador no carga, locali-zandose la averia en alguno de los elementos resefiados anteriorrnente.Cualquiera que sea la causa de la averia observada durante el funciona-

miento del alternador en el banco de pruebas, el alternador debe ser desmon-tado y sorneter a una comprobaci6n rigurosa el elemento 0 elementos diag-nosticados como posible causa de averla.84


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3.6.3 Comprobecion de los elementos del a/temadorPara estas pruebas debera desmontarse previa mente el alternador y Iirn-piar escrupulosamente cada uno de sus componentes, eliminando la grasa ysuciedad que se encuentre adherida a los mismos.

3.6.3.1 Comprobecion del rotor1. Comprobar la ausencia de grietas en el eje y en las masas polares,as! como la ausencia de puntos de oxidaci6n en los mismos.2. Las mufiequillas de apoyo del eje sobre los rodamientos deben ofrecerbuen aspecto Y no presenter senates de excesivo desgaste en las mismas.3. Limpiar los anillos rozantes con un trapo impregnado en alcohol, de-biendo presentar una superficie lisa y brillante. En caso de aparecer serialesde chlspeo, rugosidad 0 excesivo desgaste, deberan ser repasados al tome(fig. 3.22) con cuchillas especiales para esta operaci6n, teniendo especial cui-dado de no rebasar los Iimites minimos de diarnetro. indicado para cada tipode alternador en su cuadro de caracteristicas.La superficie debe quedar pulida despues del mecanizado, con una ex-centricidad maxima de 0,05 mm (fig. 3.23).4.0 Por medio de un 6hmetro, comprobar la resistencia de la bobina in-ductora (fig. 3.24), aplicando las puntas de prueba sobre los anillos rozantes

V levendo en la escala del aparato la resistencia obtenida, la cual debe coin-cidir con los valores indicados en el cuadro de caracterlsticas de la maquina(de 4 a 5 ohmios).

- Si la resistencia obtenida esta por debajo del valor especificado. indicaque existe cortocircuito entre espiras.Si la resistencia es elevada, indica alguna conexi6n defectuosa de labobina con los anillos rozantes.- Si el medidor no indica lectura alguna, significa que la bobina estacortada.De darse cualquiera de estas anornallas, es conveniente cambiar el rotorcomplete. ya que cualquier operaci6n en el mismo es contraproducente parael buen funcionamiento de la maquina, debido al equilibrado dinarnico delmismo.5.0 Por medio de un comprobador de aislamiento (fig. 3.25A) 0, en sudefecto. una lampara serie 220 V/15 W (fig. 3.258), comprobar el aislamientoa masa de la bobina inductors. aplicando la serie entre uno de los anillos ro-zantes y el eje del rotor. En caso de estar comunicada amasa, debera cambiarseel rotor completo por las razones va indicadas.

3.6.3.2 Cornprobeclon del estator1. Comprobar que los arrollamientos situados en el estator se encuen-tran en buen estado, sin deformaci6n y sin deterioro en el aislamiento.2.0 Por medio del comprobador de aislamiento 0, en su defecto, con unalampara serie 220 V/15 W (fig. 3.26), comprobar el aislamiento a masa de cadauna de las fases del estator.3. Por medio de un 6hmetro (fig. 3.27A) 0 con voltimetro y amperime-tro (fig. 3.278) conectado a una fuente de alimentaci6n de 6 voltios. compro-

bar la resistencia entre dos salidas del estator, debiendo corresponder a losvalores indicados en las caracterlsticas de la maquina (0,2 a 0,350hmios) sequn

Fig. 3.27A Control de te continuided y medida de Ie resistencie de los arrollamientosen e/ estetor.

Fig. 3.24 Comprobaci6n de fa re-sistencie de Ie bobins inductors.

Fig. 3.25A Comprobaci6n del eisle-miento de un rotor, con un ohtnetro.

15W

Fig. 3.258 Comprobecion del eisle-miento de un rotor con una tempersindica dora.

Fig. 3.26 Cornprobecion del aislemiento a meso de un estetor. pcmedio de una Iempere indicadora.85


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Fig. 3.278 Medida de la resistenciadel arrollemiento del estetor. con eyu-da de un voltimetro y emperimetro.

Fig. 3.28 Comprobecion de los dio-dos (cetodo base).

Fig. 3.29 Comprobecion de los dio-dos (enodo base).

el tipo de conexionado de los arrollamientos. Esta medida ha de hacerse entodas las fases del estator. debiendo ser identicas las tres medidas efectuadas.L6gicamente esta verificacion tarnbien puede hacerse sobre el banco de pruebas.3.6.3.3 Comprobaci6n de los diodos

Los diodos deberan cornprobarse, montados en su soporte V desconec-tados de los arrollamientos del estator, utilizando para ella una tempere seriecon una fuente de alimentacion de corriente continua, de tension igual a lanominal de funcionamiento del alternador.

1. Diodos con cetodo base. Conectar la punta de pruebas negativa dela fuente de alimentaci6n a la placa soporte (fig. 3.28) y la punta posit iva acada uno de los terminates aislados de los diodes. debiendo encenderse la 18m-para, ya que en esta conexi6n los diodes permiten el paso de corriente.Si enalguno de los diodos la lampara no se enciende, indica que este esta perforado.

Invertir las conexiones, conectando la punta de pruebas positiva a la placasoporte y la negativa a los terminales de los diodos; con ello la larnpara deberapermanecer apagada; en caso contrario, indica que el diodo esta en cortocir-cuito.

De haber alqun diodo perforado 0 en cortocircuito, debera reemplazarseel mismo 0 cambiar el conjunto soporte, en el caso de que los diodos sean in-desmontables.

2. Diodos con snodo base. Conectar la punta de pruebas negativa alsoporte (fig. 3.29) y la punta positiva a cada uno de los terminales aisladosde los diodos. La larnpara debe permanecer apagada, va que los diodos no per-miten el paso de corriente en este sentido; en caso de encenderse la larnparaen alqun diodo, indica que esta en cortocircuito.

Invertir las conexiones como en el caso anterior V comprobar que la lam-para se enciende; en caso negativo, es que el diodo esta perforado.

Como en la prueba anterior, si alqun diodo esta perforado, 0 en cortocir-cuito, debera reernplazarse 0 cambiar el soporte, si los diodos son indesmon-tables.3.6.3.4 Comprobaci6n del puente rectificador

En la mayoria de los alternadores, el equipo rectificador esta formado poruna placa soporte, en cuvo interior se encuentran montados seis 0 nueve dio-dos, unidos en puente rectificador hexadiodo 0nonadiodo, utilizandose parasu comprobaci6n el mismo equipo de pruebas empleado en la verificaci6n delos diodos sueltos, debiendo estar tarnbien el puente desconectado de los arro-Ilamientos del estator,

1 . Puente rectificador hexadiodo.- Conectar la punta de pruebas positiva de la fuente de alimentaci6n

(fig. 3.30) al borne de conexi6n de masa y la punta negativa a los bornes deconexi6n de los arrollamientos. En cada una de las pruebas, la larnpara debeencenderse; en caso contrario, indica que el diodo esta perforado.

conexi6nde sal idade corriente

bornes de conexi6na los arrol iamientosdel estator

conexi6n amasa

Fig. 3.30 Comprobecion del puente rectif icador hexadiodo.- Conectar ahora. para comprobar los otros tres diodes. la punta negativa

de la fuente de alimentaci6n al borne de salida de corriente, y la punta posi-tiva a cada uno de los bornes de conexi6n de los arrollamientos (fig. 3.31), de-86


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conexi6nde salidade corriente

barnes de conexi6na los arrollamienlosdel estator

Jri:':)Fig. 3.31 Cotnprobecion del puente rectificador hexadiodo.

zona de conexi6nsin aislar conexi6n amasa

biendo lucir la lampara en ambos casos; si no, como en el caso anterior, el diodoesta perforado.- Realizar nuevamente las dos pruebas anteriores pero invirtiendo el sen-tido de la corriente, con 10 cual ahora en ambos casos la lampara debe perrna-necer apagada; en caso contrario, el diodo correspondiente esta en cortocir-cuito.

En caso de haber alqun diodo en cortocircuito 0 perforado, debera susti-tuirse el puente completo.2.0 Puente rectificador nonadiodo. En estes puentes, ademas de efec-tuar las pruebas correspondientes a su equipo hexadiodo vistas anteriormente,debera comprobarse la salida cornun del equipo auxiliar rectificador.- Conectar la punta de prueba negativa (fig. 3.32) a la salida cornunde los diodos auxiliares y la punta positiva a las conexiones destinadas a losarrollamientos del estator. debiendo iucir la larnpara de prueba; en caso con-trario, el diodo correspondiente esta perforado.- Invertir el senti do de la corriente y realizar la misma prueba, cornpro-

bando que la larnpara permanece apagada; en caso contrario, el diodo corres-pondiente estara en cortocircuito.

conexi6nde la salidade corrien!e

barnes de conexi6na los arrollamientosdel estator- conexi6n amasa

~ zona de conexi6n"~ sin ais larFig. 3.32 Cotnprobecion de los diodos auxiliares de un puente rectiiicedornonadiodo.

Como en el caso anterior, si algun diodo esta perforado 0en cortocircuito,debera cambiarse el puente.3.0 Alternadores con positivo a masa. En estos alternadores, hay quetener en cuenta que los diodos de la placa son del tipo anode base, preparados

y conexionados para la puesta a masa del borne positivo; par tanto, al verificarestes puentes, como en los casos anteriores. el encendido y apagado de la lam-para se realizara en sentido contrario.87


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bateria

Fig. 3.33 Comprobecion de las es-cobilles.

2

Fig. 3.34 Montaje del alternador sa-bre vehfculo.

3.6.3.5 Comprobecion de las escobillasComprobar que las escobillas se deslizan suavemente en su alojamientodel soporte y que el cable de toma de corriente no esta roto 0 desprendido dela escobilla.- Comprobar que las escobillas asientan perfectamente sobre los anillosrozantes y que su longitud es superior a 10 mm; de ser inferior esta longitud,carnbiar el conjunto soporte con escobillas.

- Con una larnpara serie (fig. 3.33), comprobar la continuidad entre suborne del portaescobillas y la escobilla, y adernas el aislamiento entre ambascon respecto amasa.

+

3.7 Montaje del alternador sobre vehiculoLa sujecion del alternador (1) (fig. 3.34) sobre el motor del vehiculo (2)se realize mediante bridas de acoplarniento (3), que suelen formar parte delos soportes del mismo, realizandose el montaje de una forma basculante parafacilitar el tensado de la correa (4); una vez tensada la correa se bloca el con-junto por medio de los tornillos y tuercas (5). La transmisi6n se realiza por me-dio de correas trapezoidales norrnalizadas. con pequefio coeficiente de alar-gamiento.EI conexionado del mismo a la instalacion del vehlculo debe realizarsesequn el tipo y de acuerdo a las caracterlsticas del mismo indicadas por el tabri-cante, en funcion del tipo de regulador, sea incorporado 0 independiente delalternador.En los vehiculos instalados con alternador, deberan tenerse en cuenta.edemas, ciertas normas de seguridad, para evitar el deterioro del mismo suequipo regulador. Entre ellos se pueden destacar las siguientes:- AI montar el alternador, tener en cuenta su polaridad antes del cone-xionado. ya que, si se invierte la polaridad en la baterla, los diodos pueden re-sultar dafiados,- El alternador no debe funcionar nunca en vacio. 0 sea, a circuito abierto.- Antes de desmontar un alternador del vehiculo, para su cornprobacion reparacion, debera desconectarse la baterla.- Si se van a realizar operaciones de soldadura electrica en el vehlculo,desconectar previa mente el alternador.

3.8 Entretenimiento del alternadorLos alternadores no requieren practicamente ninqun tipo de entretenimiento,sobre todo los instalados en turisrnos, consistiendo simplernente, 10 mismo queen las dinarnos. en comprobar cada cierto nurnero de krn los siguientes puntos:- Mantener limpia la superficie exterior del alternador.- Observar que las ranuras de ventilacion no esten sucias. 10 cual irnpideel paso de aire por su interior, y que los alabes del ventilador no esten rotos 0deformados.- Comprobar el tensado de la correa de transmision, una vez montadoen el vehiculo.- Asegurarse de que los terminales de conexion estan en buen estadoy bien sujetos y que realizan un buen contacto en los bornes de conexion.- Cada 100000 krn en los vehlculos industriales, es conveniente com-probar e' estado de las escobillas y de los anrllos rozantes.- Cada 200000 km desmontar el alternador del vehiculo y comprobar afondo sus elementos.

CUESTIONARIO3.1 Caracteristicas que diferencian al alternador de la dinamo.3.2 Ventajas esenciales del alternador.3.3 Elementos que componen un alternador. Descripci6n de los mismos.3.4 lC6mo esta formado el campo inductor en los alternadores?3.5 lC6mo esta constituido el estator 0 inducido de un alternador?3.6 C6mo estan formados los diodos y caracteristicas de los mismos.

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3.7 Tipos de diodos y en que se diferencian.3.8 Dibujar un puente rectificador hexadiodo y explicar c6mo funciona.3.9 lQue tipos de conexionados se emplean en los alternadores trifasicos ?3.10 Determinar la f. e. m. generada por un alternador monofasico.3.11 (Que se entiende por valor medio y eficaz de una fuerza electromotriz alterna?3:q2 Caracteristicas de un alternador tritasico conexionado en estrella.3.13 Caracteristicas que se obtienen en un alternador tritaslcc conexionado en trianpulo.3.14 Formas de conexi6n en los alternadores monofasicos y caracteristicas obtenidas

en los mismos.3.15 Potencia nominal y maxima de los alternadores trifasicos.3.16 Conexionado y prueba de un alternador en el banco.3.17 Averias en un alternador convencional.3.18 Averias en un alternador con regulador incorporado.3.19 Comprobaciones a realizar en el rotor.3.20 Comprobaciones a realizer en el estator.3.21 Comprobaci6n de un puente rectificador.3.22 lQue ocurre en un diode que deja pasar la corriente en ambos sentidos?3.23 lQue ocurre en un diodo que no deja pasar la corriente en ninqun sentido?3.24 lQue ocurre en un alternador trifasico. si uno de los diodes de su puente rectifi-

cador hexadiodo esta perforado?3.25 Entretenimiento del alternador.

EJERCICIOS1.0 Un alternador monofasico octopolar tiene un inducido formado por 12 bobinas,

con 10 conductores por bobina, recibiendo un flujo de 20000 maxwelios. Calcular la f. e. m.media, maxima y eficaz a un regimen de 2 000 r. p. m.

2. Calcular la f. e. m. obtenida en bornes de un alternador trifasico conexionado enestrella, con un rotor dodecapolar (2p = 12), que emite un flujo maqnetico de 20000 maxwe-lios. sabiendo que el numero de conductores por fase es de 144, y sabiendo que gira a 1 500r. p. m.

3. Un alternador trifasico formado por tres arrollamientos, con una resistencia internapor fase de 0,3 ohmios, se regula en bornes a 14,5 voltios. Calcular la intensidad nominal ymaxima, sequn se Ie conexione en estrella 0 en trianqulo.

4.0 Un alternador monofiisico, con una resistencia interna de 0,3 ohmios y una resis-tencia inductora de 6 ohmios, alimenta un circuito exterior de 324 vatios, con una tensionregulada en bornes de 13,5 voltios. Calcular la corriente que pasa por los arrollamientos delestator, la corriente total suministrada y la intensidad maxima que puede admitir el generador.

5. Un alternador tritasico conectado en estrella esta formado por tres arrollamientos,con 120 conductores cada uno, que tienen una resistencia de 0,6 ohmios, inducidos por unrotor dodecapolar (2p = 12), el cual emite un flujo de 25000 maxwelios. Calcular la poten-cia generada en el alternador sabiendo que gira a 2 500 r. p. m. y la f. e. m. eficaz en bornes.

6.0 Un alternador trifiisico conexionado en triiingulo y regulado en bornes a 13,5 vol-tics tiene una resistencia interna por fase de 0,3 ohrnios y una resistencia en la bobina indue-tora de 6 ohmios. Calcular la potencia maxima que admite el alternador y la consumida envacio con una carga de 5 amperios.

7.0 Dibujar la curva caracteristica del alternador indicado en el problema 6.8.0 Dibujar el circuito interno de un alternador trifasico conexionado en trianqulo. ali-

mentando su circuito de excitaci6n por tres diodos rectificadores auxiliares.9.0 Dibujar el circuito interno y conexionado de un alternador trifasico en estrella. con

puente rectificador hexadiodo y negativo amasa.10.0 Dibujar el esquema interne de un alternador rnonofasico. con dos arrollamientos

separados y puente rectificador en doble onda.

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Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio Del Alternador

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