El alternador utiliza el principio de inducción electromagnética para convertir la energía mecánica generada por el motor, que hace girar el eje del generador, en energía eléctrica para su salida.
Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando cambia el flujo magnético (el número de líneas de campo magnético) que atraviesa el área encerrada por una espira cerrada (existe un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético), se genera una fuerza electromotriz inducida en la espira. Si la espira es un conductor cerrado, se genera una corriente inducida.
El alternador se diseña y fabrica según el principio descrito anteriormente, pero su campo magnético es un campo electromagnético. Al hacer pasar una corriente de dirección fija a través de dos escobillas de carbón (por ejemplo, la corriente entra por la escobilla A y sale por la escobilla B), se genera un campo magnético cerca de la bobina. La dirección de este campo magnético se determina mediante la regla de la mano derecha. Para aumentar su intensidad, se inserta un núcleo de hierro dulce en el centro de la bobina. Al hacer pasar corriente a través de él, se forma un imán. Las líneas de campo magnético alrededor del imán parten del polo norte y regresan al imán desde el polo sur, formando un bucle. Un eje está conectado fijamente al núcleo de hierro dulce. Cuando el motor hace girar este eje, se genera un campo magnético giratorio que provoca un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético.
Las características de un alternador
Características de los generadores de corriente alterna (en comparación con los generadores de corriente continua):
Se caracteriza por su pequeño tamaño, peso ligero y ahorro de material de cobre.
2. Estructura simple, funcionamiento fiable, mantenimiento sencillo y larga vida útil;
3. El motor tiene un buen rendimiento de carga a baja velocidad (la fuerza electromotriz se establece mediante excitación externa).
4. Ventajas como baja interferencia de radio;
5. La estructura del regulador utilizado es simple (solo un regulador de voltaje, que a su vez tiene las funciones de limitación y corte de corriente).
Clasificación de los alternadores
(1) Según diferentes estructuras generales
① Alternador ordinario
② Alternador integral
③ Generador de corriente alterna con bomba
④ Alternador sin escobillas
⑤ Alternador de imán permanente
(2) Según las diferentes estructuras de rectificadores
① Generador de seis tubos
② Generador de ocho tubos
③ Generador de nueve tubos
④ Generador de once tubos
(3) Según los diferentes tipos de puesta a tierra de los devanados del campo magnético
① Tipo de plancha integrada
② Tipo de hierro externo
La estructura de un alternador
1. Rotor: Es la parte del campo magnético del generador (que genera un campo magnético giratorio), compuesto principalmente por dos polos de garra, bobinados de campo magnético, ejes y anillos colectores, etc.
Dos polos de garra se ajustan a presión al eje del rotor. La cavidad de los polos de garra está equipada con una yugo magnética y bobinada con un devanado de campo magnético. Los dos conductores del devanado de campo magnético están soldados respectivamente a dos anillos colectores de cobre aislados del eje. Dos escobillas están en contacto con los anillos colectores, introduciendo una fuente de alimentación de CC en el devanado de campo magnético. Cuando se hace pasar una corriente de excitación a través del devanado de campo magnético, se genera un campo magnético. Entre los polos de garra magnetizados, uno es el polo norte y el otro el polo sur, formando así de 4 a 8 pares de polos magnéticos (el alternador de la serie JF nacional tiene 6 pares de polos magnéticos).
El objetivo de diseñar los polos de las garras del rotor con forma de pico de pájaro es lograr que el campo magnético presente una distribución sinusoidal, de modo que la fuerza electromotriz inducida generada por el devanado de la armadura tenga una forma de onda sinusoidal más adecuada.
2. Estator: Es la parte del inducido del generador (también conocido como armadura, que genera corriente alterna trifásica), compuesto por el núcleo del estator y los devanados simétricos trifásicos del inducido, fijados entre las dos tapas de los extremos. El núcleo del estator está compuesto por láminas de acero al silicio anulares, aisladas entre sí, con ranuras en el círculo interior, apiladas unas junto a otras. Los devanados trifásicos del inducido se conectan generalmente en configuración estrella, aunque también existen algunos alternadores conectados en configuración delta.
3. Tapa final y ventilador de refrigeración
Las tapas de los extremos se dividen en la tapa del extremo delantero (tapa del extremo de transmisión) y la tapa del extremo trasero (tapa del extremo rectificador).
Su función es instalar cojinetes y otros componentes, soportar el eje del rotor y sellar los componentes internos.
Se fabrica mediante fundición a presión de aleación de aluminio o fundición en molde de arena. Dado que la aleación de aluminio es un material no magnético, reduce las fugas magnéticas y ofrece las ventajas de ser ligera y tener una buena disipación de calor.
Características de funcionamiento de un alternador
Características de funcionamiento de un alternador: Se refiere a la relación entre la tensión continua, la corriente y la velocidad de rotación generadas por el generador tras la rectificación, incluyendo las características de salida, las características en vacío y las características externas. Entre ellas, las características de salida revisten gran importancia.
I. Características de salida
Las características de salida de un alternador, también conocidas como características de carga o características de corriente de salida, se refieren a la relación entre la corriente de salida de un generador y su velocidad de rotación cuando la tensión de salida del generador es constante (14 V para un sistema de 12 V y 28 V para un sistema de 24 V). Es decir, la curva I=f(n) cuando la tensión de salida U es constante. Las características de salida del alternador (que pueden medirse experimentalmente) se muestran en la figura.
II. Características en vacío
La relación entre la tensión en los terminales del generador y su velocidad de rotación cuando el generador está en vacío se denomina característica en vacío. Es decir, la relación funcional U=f(n) cuando I=0.
iii. Características externas
Cuando la velocidad de rotación es constante, la relación entre el voltaje en los terminales del generador y la corriente de salida se denomina característica externa, es decir, la relación funcional U=f(I) cuando n es una constante.
La curva característica de salida I = f(n) indica que:
1. Velocidad de rotación <” A n1, la tensión en los terminales del generador es inferior a la tensión nominal y no puede suministrar energía al exterior. Cuando la velocidad de rotación es n1, la tensión alcanza el valor nominal. Cuando la velocidad de rotación es superior a n1, el generador suministra energía externamente a la tensión nominal.
n1: velocidad en vacío (cuando I=0 y U=tensión nominal). El valor de la velocidad en vacío n1 es la base principal para elegir la relación de velocidad entre el generador y el motor. Generalmente, n1 debe ser igual o ligeramente superior a la velocidad de ralentí del motor.
Cuando la velocidad de rotación es mayor que n1, la corriente de salida del generador aumenta a medida que aumenta la velocidad de rotación y también aumenta a medida que disminuye. Cuando la velocidad de rotación es n2, el generador entrega la potencia nominal (el producto de la tensión nominal y la corriente nominal) o la corriente nominal.
n2: Velocidad a plena carga (o velocidad nominal). Generalmente, la n2 seleccionada debe ser inferior a la velocidad máxima del motor e igual o ligeramente superior a la velocidad de uso habitual del motor.
Cuando la velocidad de rotación del generador alcanza un valor determinado, la corriente de salida deja de aumentar con el incremento de la velocidad de rotación o con la disminución de la resistencia de carga. Es decir, el generador posee un mecanismo de autoprotección que limita automáticamente la corriente. El valor de la corriente en ese momento se denomina corriente de salida nominal o corriente límite del generador (aproximadamente 1,5 veces la corriente nominal).
La velocidad en vacío y la velocidad a plena carga son los principales indicadores de rendimiento de los alternadores, y ambos se especifican en el manual del producto. Si se miden estos dos datos durante el uso y se comparan con los valores indicados, se puede determinar si el rendimiento del generador es óptimo.
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Fecha de publicación: 26 de diciembre de 2025