Automoción

FUNDAMENTOS TEÓRICOS SOBRE EL GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA


1.- FUNDAMENTO DE LOS GENERADORES ROTATIVOS.

Energía Mecánica Energía Eléctrica Figura

1. Funcionamiento como generador de una máquina eléctrica.

     Un generador eléctrico transforma la energía mecánica (que recibe en su eje) desde un elemento motor, en energía eléctrica (en bornes de salida), que suministra a una carga o circuito eléctrico de utilización. En los alternadores la forma de esta energía eléctrica es de corriente alterna y en las dinamos se manifiesta en forma de corriente continua.

          

                           El principio de funcionamiento de estas máquinas, en líneas generales, es el siguiente: Su eje recibe energía mecánica de un elemento que le proporciona este giro; acopladas al mismo se encuentran una serie de espiras en forma de bobina. Este bloque de bobinas se encuentra solidario al eje y bajo la acción de un campo magnético creado por algún imán permanente o electroimán. Al girar estas bobinas en el interior del campo magnético y sometidas por lo tanto a una variación de flujo, en virtud del principio de inducción electromagnética de Faraday, se induce en ellas una fuerza electromotriz que será proporcional a:

    -La intensidad del campo magnético.

     -Velocidad con que se mueve la espira en el interior del campo.

     -Número de espiras existentes en cada bobina.

 

 

El valor de la tensión inducida responde a la siguiente expresión:

 

 

 

 

  Siendo:

FEM = Tensión máxima inducida en cada bobina en voltios.

φi = Flujo magnético en Maxwell

N = Número de espiras de cada bobina.

n = Velocidad del motor en r.p.m.

P = Número de pares de polos.

a = Número de circuitos paralelos del inducido.

G ~ 3 B = Valor de la inducción en Gauss.

l = Longitud del conductor sometido al campo en cm..

v = Velocidad periférica de la espira en cm/s.

 

           Esta f.e.m. inducida aplicada a un circuito exterior da lugar a la circulación de una corriente que, por extensión, también se conoce como corriente inducida

      El campo magnético puede ser de imán permanente o electromagnético. El primero prácticamente no se usa, salvo en casos muy específicos. El segundo es generado a partir de una corriente continua que se hace pasar por una bobina compuesta por un determinado número de espiras que envuelve a unos elementos de baja reluctancia que reciben el nombre de piezas o masas polares. El conjunto pieza polar y bobina recibe el nombre de polo magnético y su número ha de ser siempre par.

 

                           La intensidad del campo magnético depende:

- Número de espiras de la bobina.

- Intensidad de corriente que se haga pasar por la bobina.

- De la longitud del circuito magnético

 

                                          H = 1,25 N I / L

 

     La inducción magnética depende de la intensidad de campo y del coeficiente de permeabilidad magnética del hierro del circuito magnético

 

                                              Β=μH

 

         La corriente que se hace pasar para la generación de este campo recibe el nombre de corriente de excitación.

 

                   En los alternadores esta corriente es continua y procede de una dínamo colocada en el mismo eje del alternador, que recibe el nombre de excitatriz.

 

 

            En las dinamos, si esta corriente continua procede de una fuente exterior, la máquina recibe el nombre de dinamo de excitación independiente. Cuando la corriente de excitación proviene de la misma máquina que la genera ésta recibe el nombre de dinamo autoexcitada.

 

          Otra forma de obtener el valor de la f.e.m. inducida, sabiendo que depende de la variación de flujo respecto del tiempo, es la siguiente:

                           e = dΦ/d t                en valor instantáneo y

                      E = Φ/t = B S / t = B l a/t = B l v            siendo

E valor máximo de la f.e.m. en voltios

B el valor de la inducción en Teslas

l la longitud de la masa polar en metros a la anchura de la masa polar o arco polar en metros

v la velocidad de la espira en m/s.

- APARAMENTA.

                     En esta práctica utilizaremos nuevos dispositivos de los que es necesario tomar conocimiento, como son los convertidores. Genéricamente llamamos convertidores a los dispositivos que aseguran las diversas transformaciones posibles de las características de la energía eléctrica.     Dentro de este grupo podemos considerar:

a.- Los transformadores y autotransformadores. Permiten la conversión de una corriente alterna de tensión determinada en otra corriente alterna de distinta tensión. El autotransformador.

            - Es un elemento regulador de tensión, en el que hay una borne de entrada (E), una común para la entrada y salida (C), y otra para la salida (S), que es el eje o cursor. Las tensiones de entrada se aplican entre E y C, obteniéndose la salida entre S y C.(figura 2.)

 

 

 

Figura 2. Autotransformador

 

 

 

            Utilizando los autotransformadores de regulación continua monofásicos y trifásicos, con fuentes de alimentación en corriente alterna, obtendremos las correspondientes fuentes de corriente alterna regulables. Podemos obtener tensiones comprendidas entre el intervalo en el que trabaje dicho autotransformador, dependiendo de las relaciones de transformación. En cada caso las intensidades vienen limitadas por la potencia de los autotransformadores.

             El autransformador trifásico no es más que, una asociación en "tandem" de tres monofásicos. La conexión de estos tres autotransformadores se hace, por regla general, en estrella. b.- Rectificadores.- son elementos que están formados por asociaciones de diodos, de forma tal que rectifican la corriente alterna, pudiéndola convertir en pulsatoria, continua. Los diodos vienen representados por la siguiente figura.2.3.

 

 

Figura 3. Diodo

 

      c.- Onduladores.- son los convertidores de corriente continua en corriente alterna. Los inversores pueden funcionar indistintamente como rectificadores o como onduladores.

 

 

Figura 4. Ondulador (Inversor)

 

                  Si al autotransformador que hemos conectado a una fuente de tensión en alterna le añadimos puentes rectificadores obtendremos fuentes de tensión continua pulsatoria cuyo rizado (forma de onda) dependerá del tipo de puente.

 

                     El conjunto representado en la siguiente figura 5, está constituido por un autotransformador trifásico de regulación continua conectado en estrella, y un puente de Graetz trifásico. Si el E S C 5 conjunto lo conectamos a una fuente de alimentación alterna dicho sistema será considerado como una fuente de corriente continua regulable.

 

 

 

      Figura 5. Autotransformador trifásico conectado en estrella y un puente Graetz trifásico

 

     Otros elementos a conocer son los variac, reostatos y potenciómetros.

 

      Un variac no es más que una bobina con nucleo toroidal de chapa magnética y con un cursor, que permite tomar parte de la tensión producida por autoinducción en la misma. Se trata pues de un autotransformador de regulación continua como los citados en el apartado de fuentes de alimentación.                 

                             Recibe el nombre de reostato, toda resistencia intercalada en un circuito eléctrico, sea en serie o en derivación, a fin de regular la intensidad o disminuir la tensión. Son resistencias bobinadas sobre núcleos toroidales aislantes (de porcelana) con un cursor que permite modificar la resistencia del mismo, y con ello las condiciones de carga del circuito.

 

Figura 6. Reostato

 

                  Si se conecta el cursor con uno los extremos de la resistencia el montaje se denomina potenciómetro. Por lo tanto con el montaje en potenciómetro de una resistencia, se obtiene una tensión variable desde el valor de alimentación hasta cero.

 

Figura 7. Potenciómetro

      

              En los reostatos hay que cuidar que no se supere la intensidad máxima admisible, ya que se puede quemar.