Funcionamiento y Componentes del Alternador Automotriz: Generación de Energía Eléctrica

Alternador Automotriz: Función y Principios Básicos

Función Principal

El alternador tiene la función de cargar la batería y alimentar a los consumidores eléctricos del vehículo en caso de ser necesario. Aprovecha la energía cinética de la correa de accesorios y la transforma en energía eléctrica mediante electromagnetismo.

Principios de Generación Eléctrica

Tipo de Corriente Generada

El alternador genera corriente alterna. Cuenta con un puente de diodos que rectifica la corriente trifásica que sale de las bobinas, permitiendo solo el paso de la corriente positiva.

Concepto de Electromagnetismo

El movimiento de un conductor cortando las líneas de fuerza de un campo magnético genera electricidad en él.

• Movimiento: Proporcionado por la correa de accesorios.
• Conductor: Inductor (rotor) e inducido (estator).
• Campo Magnético: Generado por el inductor, gracias a la corriente de excitación inicial suministrada por la batería.

Corriente de Excitación y Autoexcitación

Corriente de Excitación

Es la corriente que suministra la batería al rotor para generar un primer campo magnético.

Corriente de Autoexcitación

Es el proceso por el cual el alternador autoabastece al rotor una vez que ha comenzado a funcionar, independizándose de la batería.

Despiece y Componentes Clave del Alternador

• Polea: Conecta a la correa auxiliar.
• Ventilador: Ubicado en la carcasa del lado de accionamiento.
• Estator (Inducido): Contiene las bobinas trifásicas donde se genera la corriente alterna.
• Rotor (Inductor): Genera el campo magnético inductor que corta el campo magnético inducido.
• Placa Portadiodos: Contiene los diodos que rectifican la corriente alterna.
• Conjunto Regulador de Escobillas: Actúa como regulador, limitando la tensión y la corriente. Las escobillas transmiten la corriente entre las bobinas inductoras e inducidas.
• Carcasa de Regulador: Carcasa protectora del lado del portadiodos.

Disposición de las Bobinas y Diseño Interno

La disposición de las bobinas permite que las fuerzas estén compensadas, lo que facilita que el alternador pueda girar a altas revoluciones.

• Los extremos de las bobinas están conectados a dos anillos rozantes, los cuales reciben energía de las escobillas.
• Las bobinas están barnizadas para evitar el contacto entre ellas y forman una corona circular.
• Las bobinas están cubiertas por masas polares, donde se concentran las líneas de fuerza. Las masas polares hacen que se alternen los polos sur y norte, generando 12 polos por vuelta.

Alternador Trifásico y Efecto de Reacción

Los automóviles utilizan un conjunto inducido de tres fases (alternador trifásico).

Los polos magnéticos creados en las bobinas inducidas cuando circula electricidad por ellas contrarrestan los polos magnéticos creados en las bobinas inductoras. Esto provoca que las bobinas inducidas queden bajo el efecto de un campo magnético de menor intensidad, lo que disminuye la tensión generada y, con ella, la intensidad máxima de salida del alternador.

Núcleo y Conexión

Las bobinas están enrolladas a un núcleo de hierro dividido en finas láminas aisladas que disminuyen las corrientes de Foucault, proporcionando estabilidad. La conexión entre fases se realiza en el exterior, saliendo dos cables por bobina. Actualmente, se utilizan 6 bobinas inducidas debido a la mayor demanda de intensidad eléctrica.

Rectificación de Corriente: La Placa Portadiodos

A la placa portadiodos le llega la corriente alterna por el ánodo. Por el cátodo solo sale la corriente positiva (rectificada).

Se requiere un diodo por bobina. Para rectificar la corriente trifásica, se colocan dos diodos en paralelo y en sentido contrario por fase, necesitándose un total de 6 diodos.

Regulación de Voltaje y Control de Intensidad

Función del Regulador

La tensión generada por el alternador no es siempre constante. Los diodos evitan que la batería se gaste a través del alternador.

Para mantener la tensión del alternador dentro de los márgenes establecidos, el regulador solo podrá actuar sobre la intensidad del campo magnético, modificando la intensidad que circula por las bobinas inductoras (disminuyéndola o anulándola según sea necesario).

Problemas Históricos del Regulador

Los problemas comunes de los reguladores antiguos incluían el tamaño, la generación de chispas y el retraso en el momento de cortar o disminuir la corriente. Anteriormente, la regulación del diodo Zener se realizaba actuando sobre un tornillo de la placa.

Alternador vs. Dinamo: Ventajas Técnicas

Limitaciones de la Dinamo

• No carga a bajas RPM.
• A bajas RPM, la batería (BAT) se descarga.
• A altas RPM, puede destruirse.
• No abastece a todos los consumidores modernos.
• Problemas de tamaño, peso, desgaste y chispas en el conjunto regulador.

Ventajas del Alternador

• Mejor rendimiento a bajas revoluciones gracias al aumento del número de polos por vuelta en la disposición del inductor.
• Los diodos impiden que la corriente fluya hacia el alternador (evitando la descarga de la batería).
• La fuerza centrífuga no afecta a las bobinas inductoras por la dirección en que se enrollan.
• Utilización de electrónica avanzada en la rectificación y regulación.

Tipos de Conexión de Bobinas

Escenario de Sobrecarga (Alternador > 14.2V)

Si el alternador carga por encima de los 14.2 V (voltaje máximo que soportan la batería y los consumidores), se rompe el umbral Zener.

En esta situación, el transistor T1 comienza a ser conductor, lo que provoca que el transistor T2 quede sin polarizar y no llegue corriente al rotor. Si no se genera campo magnético en el rotor, no se inducirá el estator, por lo que la batería no se cargará. El testigo luminoso (chivato) de que no hay carga se encenderá.