Igual que la antigua dinamo, es un
generador de corriente eléctrica que transforma la energía mecánica que recibe
en su eje en energía eléctrica que sirve ademas de cargar la batería, para
proporcionar corriente eléctrica a los distintos consumidores del vehículo como
son el: el sistema de alimentación de combustible, el sistema de encendido, las
luces, los limpias etc.
El alternador sustituyo a la dinamo
debido a que esta ultima tenia unas limitaciones que se vieron agravadas a
medida que se instalaban mas accesorios eléctricos en el automóvil y se
utilizaba el automóvil para trayectos urbanos con las consecuencias sabidas
(circulación lenta y frecuentes paradas). La dinamo presentaba problemas tanto
en bajas como en altas revoluciones del motor; en bajas revoluciones necesita
casi 1500 r.p.m. para empezar a generar energía, como consecuencia con el motor
a ralentí no generaba corriente eléctrica; una solución era hacer girar a mas
revoluciones mediante una transmisión con mayor multiplicación pero esto tiene
el inconveniente de: que a altas revoluciones la dinamo tiene la limitación que
le supone el uso de escobillas y colector.
Para elegir el alternador adecuado
para cada vehículo hay que tener en cuenta una serie de factores como son:
La capacidad de la batería
(amperios/hora).
Los consumidores eléctricos del
vehículo
Las condiciones de circulación
(carretera/ciudad, paradas frecuentes).
Los fabricantes de vehículos
determinan el tamaño del alternador teniendo en cuenta los factores expuestos
anteriormente y sabiendo que en cualquier situación el alternador debe
suministrar suficiente energía eléctrica para alimentar a los consumidores y
para cargar la batería, garantizando que el coche vuelva a arrancar la próxima
vez que se le solicite sin problemas.
Si la demanda de energía es elevada.
por ejemplo por haber incorporado en el vehículo diversos consumidores
adicionales, puede resultar conveniente sustituir el alternador previsto de
serie por otro de mayor potencia, sobre todo cuando el vehículo circula
preferente en ciudad, con recorridos cortos y frecuentes paradas. En este caso,
es conveniente verificar el consumo de todos los aparatos eléctricos instalados
y sus tiempos medios de utilización, al tiempo que se valora el tipo de
circulación del vehículo (carretera o ciudad). En general el balance energético
del alternador se realiza sumando la potencia eléctrica de todos los
consumidores para determinar posteriormente, con ayuda de unas tablas la intensidad
nominal mínima necesaria. Como ejemplo diremos que se determina a través de
esta tabla aproximadamente que la intensidad del alternador será una décima
parte de la suma de potencias de todos los consumidores. Por eso tenemos, si en
una determinada aplicación la suma de consumidores es igual a 500 W. la
intensidad nominal del alternador necesario debe ser de 50 A.
Curva característica del alternador
La intensidad de corriente que puede
proporcionar un alternador girando a distintas revoluciones a que es sometido
por parte del motor de combustión, se representa generalmente por medio de
curvas características que están en función del régimen de giro, las cuales
están referidas siempre a una temperatura definida y una tensión constante. En
estas curvas se destacan algunos puntos que son de particular importancia en
cuanto a las características del alternador.
no: Es la velocidad del rotación
(aprox. 1000 rpm) a la que el alternador alcanza la tensión nominal sin
suministrar corriente.
nL: Velocidad de rotación del
alternador cuando el motor de combustión alcanza el régimen de ralentí. En el
diagrama de la curva se representa como una zona, ya que el valor exacto
depende cual sea la relación de desmultiplicación fijada respecto con el motor de combustión.
A esta velocidad, el alternador debe
suministrar como mínimo la corriente necesaria para los consumidores de
conexión prolongada, El correspondiente valor se indica en la designación de
tipo del alternador.
La velocidad (nL) suele estar
comprendida entre 1500 y 1800 r.p.m. según sea el tipo de alternador.
IL: Es la intensidad que suministra el
alternador al ralentí.
nN: La velocidad de rotación nominal,
a la que el alternador entrega su corriente nominal, esta establecida en nN =
6000 rpm. La corriente nominal debería ser superior a la que requiere la
potencia conjunta de todos los consumidores eléctricos. Esta corriente se
indica también en la designación de tipo.
IN: Es la intensidad nominal que
suministra el alternador a la velocidad de rotación nominal.
nmax: Es la velocidad de rotación
máxima del alternador que se ve limitada por los rodamientos, escobillas y
anillos colectores, así como por el ventilador. Esta velocidad según sea el
tipo de alternador utilizado va desde las 8000 r.p.m. (vehículos industriales)
hasta las 20.000 r.p.m. (automóviles).
Imax: Es la intensidad que proporciona
el alternador a la velocidad de rotación máxima
nA: Es la velocidad de rotación
inicial. A esta velocidad, el alternador comienza a entregar corriente cuando
aumenta por primera vez la velocidad de rotación. La velocidad inicial es
superior a la velocidad de ralentí. y depende de la potencia de excitación
previa, de la remanencia del rotor, de la tensión de la batería y de la rapidez
de variación de la velocidad de rotación.
Curva característica de la potencia de
accionamiento (P1)
Esta curva es decisiva para el calculo
de la correa de accionamiento, ya que proporciona información sobre cuanta
potencia debe proporcionar como máximo el motor del vehículo para accionar el
alternador a una velocidad de rotación determinada. Ademas, a partir de la
potencia de accionamiento y de la potencia entregada, puede determinar el grado
de rendimiento de un alternador. El ejemplo de la gráfica muestra que la curva
característica de la potencia de accionamiento, tras un recorrido plano en el
margen medio de revoluciones, asciende de nuevo considerablemente al alcanzarse
mayores velocidades de giro.
Los alternadores son maquinas
sincronas trifasicas que en principio generan corriente alterna, como se sabe
el automóvil funciona con corriente continua, para solucionar este
inconveniente se incorpora un puente de diodos en el alternador que tiene como
misión convertir la corriente alterna en corriente continua. Ademas el
alternador debe ir acompañado de un regulador de tensión que se encargara de
estabilizar la tensión que proporciona en un valor fijo que será de 14V, para
turismos y 28V. para vehículos industriales.
Las características esenciales del
alternador trifasicos son las siguientes:
Entrega de potencia incluso en
ralentí.
Los diodos ademas de convertir la
corriente alterna en corriente continua, evitan que la tensión de la batería se
descargue a través del alternador cuando el motor esta parado o el alternador
no genera corriente (avería).
Mayor aprovechamiento eléctrico (es
decir, a igualdad de potencia, los alternadores son mas ligeros que las
dinamos).
Larga duración (los alternadores de
turismos presentan una vida útil a la del motor del vehículo; hasta 150.000 km,
por lo que no requieren mantenimiento durante ese tiempo).
Los alternadores mas resistentes para
vehículos industriales, se fabrican en versiones sin anillos colectores, bien
sea con posibilidades relubricación o provistos de cojinetes con cámaras con
reserva de grasa.
Son insensibles a influencias externas
tales como altas temperaturas, humedad, suciedad u vibraciones.
Pueden funcionar en ambos sentidos de
giro sin requerir medidas especiales, siempre que la forma del ventilador que
lo refrigera, sea adecuado al sentido de giro correspondiente.
El rendimiento del alternador aumenta
con la velocidad de giro del motor; por eso debe procurarse que la relación de
desmultiplicación entre el cigüeñal del motor y el alternador sea lo mas alta
posible. En el sector de turismos, los valores típicos están entre 1:2 y 1:3
(por cada vuelta del cigüeñal, da dos vueltas del alternador); en el sector de
vehículos industriales llegan hasta 1:5.
Tipos de alternadores
Para la selección del alternador son
determinantes, principalmente:
La tensión del alternador (14 V/28 V).
La entrega de potencia (V x I) posible
en todo el margen de revoluciones.
La corriente máxima
De acuerdo con estos datos se
determinan el dimensionado eléctrico y el tamaño requerido por el alternador.
El fabricante de alternadores BOSCH
usa como distintivo de identificación de los tamaños constructivos de
alternadores "las letras". El orden sucesivo alfabético indica el
tamaño ascendente del alternador.
Alternadores de polos intercalados con
anillos colectores
A esta clasificación pertenecen la mayoría de
los alternadores vistos en la tabla menos el monobloc N3 y el Estándar U2. La
construcción de estos alternadores 
Alternadores compactos GC, KC, NC
Están destinados a turismos con gran
demanda de potencia
Son especialmente apropiados para los
modernos motores de vehículos con régimen de ralentí. reducido. La velocidad de
giro máxima aumentada del altenador (20.000 r.p.m. durante breve tiempo)
permite una mayor desmultiplicación, por lo que estos alternadores pueden
entregar hasta un 25% mas de potencia con una misma velocidad de giro del motor
que los alternadores del tipo monobloc.
Estructura
Los alternadores compactos son
alternadores trifasicos autoexcitados, de 12 polos, con rotor sincrono de
garras polares, anillos colectores pequeños y diodos de potencia Zenner, con
doble flujo de ventilación. En el estator se encuentra el devanado trifasico
con 12 polos y en el rotor el sistema de excitación con el mismo numero de
polos. Dos ventiladores interiores refrigeran el alternador desde las carcasas
frontales. Esto reduce el ruido de la ventilación y permite una mayor libertad
de elección del punto de montaje en el motor.
Los anillos colectores presentan un
diámetro sensiblemente menor, con lo cual disminuye también la velocidad
periférica de los mismos. Con ello disminuye el desgaste, tanto de la
superficie de los anillos colectores como de las escobillas, gracias a lo cual
la vida útil del alternador ya no esta determinada por el desgaste de estas .
El regulador electrónico de tensión esta integrado en el portaescobillas.
Un revestimiento de plástico protege
de la corrosión al rectificador, realizado en versión estratificada, con diodos
Zenner. Los diodos Zenner ofrecen una protección adicional contra sobretensiones
y picos de tensión.
Alternadores compactos de segunda
generación (serie constructiva B)
La serie B de alternadores compactos
para turismos y vehículos industriales es una versión perfeccionada del
alternador compacto, con mayor vida útil, menores dimensiones, peso mas
reducido y potencia inicial aumentada. La serie se compone de seis tamaños
constructivos con 14 V de tensión nominal y tres tamaños con una tensión
nominal de 28 V. El estrecho escalonamiento permite una optima adaptación a la
demanda de potencia y al espacio disponible en el compartimento motor de los
automóviles modernos.
Estructura
La estructura fundamental de la serie
constructiva B no se diferencia de la de un alternador compacto convencional.
Una nueva ejecución del rectificador (puente de diodos) permite un mayor caudal
de aire con lo que se mejora la refrigeración. Ademas estos alternadores están
equipados con un regulador de tensión multifuncional que explicaremos mas
adelante.
Alternadores monobloc G1, K1 y N1
Aplicación
El extenso numero de modelos de
alternadores trifasicos en versión monobloc, series constructivas G1, K1 y N1,
permite utilizarlos en turismos y vehículos industriales, aunque los turismos
se equipan cada vez mas con alternadores compactos.
Estructura
Los alternadores un versión monobloc
tiene un funcionamiento igual al de los alternadores compactos. Los monobloc
son alternadores trifasicos con un solo flujo de ventilación, autoexcitados, de
12 polos. En las chapas de refrigeración de la tapa de anillos colectores van
montados a presión 6 diodos de potencia para la rectificación de la tensión del
alternador. En la mayoría de las versiones, el regulador electrónico de tensión
va montado formando una unidad con el portaescobillas, directamente en la cara
frontal de la tapa de anillos colectores.
Para condiciones de utilización
especiales, los alternadores K1 y N1 están provistos del siguiente
equipamiento:
A través de un adaptador de conexión
de tubos flexibles se aspira aire fresco por un manguito si la temperatura
ambiente es muy elevada.
La velocidad máxima de giro puede
aumentar hasta 18.000 r.p.m.
Para condiciones de montaje muy
desfavorables existe una protección especial contra la corrosión.
Para la protección de componentes
sensibles a los picos de tensión en caso de desconexión repentina de la carga y
funcionamiento sin batería, se utilizan diodos de potencia Zenner para la
rectificación
Alternadores monobloc (serie
constructiva T1)
Estos alternadores están previstos
para vehículos con elevado consumo de corriente, sobre todo para autobuses. Los
autobuses urbanos requieren una elevada entrega de potencia dentro de un margen
amplio de revoluciones, que abarca también el ralentí. del motor. El
funcionamiento es idéntico al de los alternadores de la versión monobloc de las
series constructivas G1, K1, y N1.
Estructura
Los alternadores T1 son alternadores
trifasicos con un solo flujo de ventilación, autoexcitados y de 16 polos, con
diodos rectificadores incorporados y anillos colectores encapsulados. En el
estator va alojado el devanado trifasico, y en el rotor, el sistema de
excitación.
Los alternadores T1 en versión de
brazo giratorio, con brazo de fijación hacia la izquierda o a la derecha, para
fijación elástica o rigida. Rodamientos especialmente anchos con grandes
reservas de grasa, permiten largos tiempos de utilización y mantenimiento. Los
alternadores están refrigerados por ventiladores independientes del sentido de
giro y protegidos en invierno contra las salpicaduras de agua dulce y agua con
sal mediante medidas anticorrosión especiales. En caso de funcionamiento en
condiciones extremas (calor y polvo) puede aspirarse aire fresco, seco y exento
de polvo, a través de un adaptador y un tubo flexible dispuesto con ese fin.
Dentro de los alternadores T1 tenemos
una versión especial que es el DT1 se trata de un doble alternador que sirve
para satisfacer las mayores demandas de potencia que se dan en los autobuses
actuales. El DT1 se trata de un doble alternador que se compone de dos
alternadores de la serie constructiva T1, acoplados eléctrica y mecánicamente
en una carcasa común.
El regulador electrónico de tensión
esta montado en el alternador. Las escobillas y los anillos colectores se
encuentran dentro de una cámara de anillos colectores protegida contra el
polvo. Una resistencia de 100 ohmios entre D+ y D-, hace que se encienda la
lampara de control del alternador en caso de interrupción del campo.
Alternadores de polos individuales con
anillos colectores (serie constructiva U2)
Se utilizan preferentemente para
vehículos grandes con gran demanda de corriente (> 100 A) y tensiones de
batería de 24 V. Son especialmente apropiados, por lo tanto, para autobuses,
vehículos sobre railes, embarcaciones y grandes vehículos especiales.
Se trata de un alternador de 4 polos
autoexcitado. En cada vuelta del rotor tienen lugar cuatro pasos polares,
induciendose cuatro semiondas por devanado. Es decir, para tres fases, 4 x 3 =
12 semiondas por vuelta.
Estructura
La disposición del devanado estatorico
trifasico y la variación de corriente son idénticas a las del alternador de
polos intercalados. Sin embargo, el rotor de este tipo básico del alternador
difiere del sistema del rotor de garras polares.
El rotor de garras presenta un
devanado de excitación central que actúa conjuntamente para todos los polos. El
de polos individuales, por el contrario, lleva cuatro o seis polos individuales
a los que esta aplicado directamente el devanado de excitación.
Cada uno de estos bobinados esta
individualmente. La forma característica del rotor determina la forma
cilíndrica alargada del alternador de polos individuales. En la carcasa cilíndrica
del alternador esta dispuesto el estator con el devanado estatorico trifasico.
La carcasa esta cerrada por una tapa de anillos colectores y una tapa de
cojinete de accionamiento. El rotor de polos individuales alojado en el
interior lleva el devanado de excitación. La corriente de excitación se conduce
a través de los anillos colectores y las escobillas. El rectificador y el
regulador son componentes externo que se montan separados del alternador en un
lugar protegido contra el calor del motor, la humedad y la suciedad. La
conexión entre el alternador y el regulador se realiza mediante el juego de
cables de seis conductores.
Gracias al encapsulamiento de los
anillos colectores y a un rodamiento de bolas con cámara de grasa ampliada,
este alternador es apropiado para funcionar largo tiempo ininterrumpidamente.
Alternadores con rotor-guia sin
anillos colectores (serie constructiva N3)
Las únicas piezas sujetas a desgaste
de estos alternadores son los rodamientos. Se utilizan en los transportes donde
la larga duración sea un factor decisivo (maquinaria de construcción, camiones
para largos recorridos y vehículos especiales para grandes esfuerzos. La
importancia de los alternadores de rotor-guia estriba en que permiten recorrer
distancias extremadamente grandes en condiciones difíciles. Su principio
constructivo se basa en la idea de emplear en el alternador el menor numero de
piezas posibles sometidas a desgaste, para conseguir así prolongados tiempos de
servicio sin mantenimiento. Este alternador esta prácticamente exento de
mantenimiento.
Funcionamiento y estructura
El alternador se autoexcita por medio
del devanado de excitación fijo situado sobre el polo interior. Como la
remanencia es lo suficientemente grande, no es necesaria la preexcitación del
alternador. El campo de excitación magnetiza los dedos polares, dispuestos
alternadamente, del rotor-guia giratorio. El campo magnético giratorio de estos
polos induce a su vez una tensión alterna trifasica en el devanado estatorico.
El flujo magnético discurre desde el núcleo polar del rotor giratorio a través
del polo interior fijo hasta la pieza guía, y luego a través de sus polos hasta
el paquete del estator fijo. A través de la mitad de las garras de polos
intercalados, de polaridad opuesta se cierra el circuito magnético en el núcleo
del polar del rotor. Al contrario que en el rotor de anillos colectores, el
flujo magnético debe superar dos entrehierros adicionales entre la rueda polar
giratoria y el polo interior fijo.
Normalmente, ademas de la carcasa con
el paquete del estator, las chapas de refrigeración con los diodos de potencia
y el regulador transistorizado de montaje adosado, pertenecen también a la
parte fija de la maquina el polo interior con el devanado de excitación. La
parte giratoria consta únicamente del rotor con la rueda polar y su pieza guía.
Seis dedos polares de igual polaridad forman respectivamente una corona polar
como polos norte y sur
Las dos coronas, como mitades por
polos en forma de garras, se mantienen juntas mediante un anillo no magnético
dispuesto bajo los polos, engarzados entre si.
Alternador compacto de refrigeración
liquida
El ventilador necesario para la
refrigeración es la causa determinante del ruido del flujo en los alternadores
refrigerados por aire. Una reducción considerable del ruido con una entrega de
corriente mayor solo puede lograrse con un alternador de refrigeración liquida,
para cuya refrigeración se utiliza el liquido refrigerante del motor.
En los vehículos modernos de clase
media y superior, la utilización de un alternador totalmente encapsulado y de
refrigeración liquida es hasta ahora la única posibilidad de reducir la rumorosidad
en el vehículo. La insonorización de la envoltura del liquido refrigerante
actúa sobre todo a altas revoluciones, régimen en el que es especialmente
acusado el ruido de flujo de los alternadores refrigerados por aire.
El calor disipado del alternador bajo
la correspondiente carga del mismo (p. ejem. mediante resistencias calefactoras
en la entrada de aire al habitáculo) favorece el calentamiento del agua
refrigerante durante la fase de calentamiento, lo cual luego contribuye sobre
todo en los modernos motores Diesel con grado de rendimiento optimizado, a
reducir la fase de calentamiento del motor y el rápido calentamiento del
habitáculo.
Estructura
El alternador totalmente encapsulado
esta ejecutado con un rotor-guia sin anillos colectores, porque en un sistema
de escobillas y anillos colectores no ofrecería una vida útil suficiente debido
a las altas temperaturas del interior.
El alternador esta fijado en una
carcasa de inserción. La envoltura de liquido refrigerante entre la carcasa del
alternador y la carcasa del alternador y la carcasa de inserción esta en
comunicación con el circuito de refrigeración del motor. Todas las fuentes de
perdidas esenciales (estator, semiconductor de potencia, regulador y devanado
de excitación fijo) están acoplados a la carcasa del alternador de forma que
pueda producirse una buena condición del calor. Las conexiones eléctricas se
encuentran en el lado de accionamiento.
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