Principios de Operación del Alternador: Excitación, Frecuencia y F.E.M.
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Principios de Operación del Alternador
Excitación del Alternador
Mediante Dinamo Excitatriz Acoplada al Eje
En este esquema, los terminales K - J se corresponden con el devanado inductor del alternador. La dinamo excitatriz posee una autoexcitación shunt, y la tensión continua que proporciona la dinamo se conecta al devanado inductor a través de un reostato de regulación.
Mediante Alternador Auxiliar Acoplado al Eje
En este caso, se monta un pequeño alternador de inducido móvil en el mismo eje que el alternador principal. El devanado inductor (K - J) del alternador auxiliar se alimenta a través de un rectificador monofásico conectado a los bornes de salida del alternador principal. El alternador auxiliar produce corriente alterna trifásica que, al ser convertida a corriente continua mediante un puente rectificador trifásico, sirve de alimentación al devanado inductor del alternador principal.
La ventaja de este tipo de excitación es que si acoplamos el puente rectificador trifásico al eje del alternador, no se hace necesario el uso de colectores y escobillas para la alimentación del circuito inductor.
Circuito Inducido (Estator)
El circuito inducido está constituido por tres bobinas situadas a 120° una de otra y alojadas en ranuras practicadas en un núcleo cilíndrico y hueco de chapas magnéticas. La conexión del devanado trifásico suele ser en estrella, conectando el neutro a tierra.
El devanado de cada fase del inducido del alternador se compone de varias bobinas, conectadas de tal forma que las fuerzas electromotrices generadas en cada uno de los conductores que las componen se sumen.
Frecuencia del Alternador
Para que un alternador produzca una corriente alterna de frecuencia fija, debe girar a una velocidad constante, conocida como velocidad síncrona.
La frecuencia o número de ciclos por segundo que produce un alternador es directamente proporcional a la velocidad del alternador y al número de pares de polos del circuito inductor.
Cada vez que un conductor pasa frente a un par de polos, se produce un ciclo completo.
Fórmula de la frecuencia:
`f = (p × n) / 60`
Fuerza Electromotriz Inducida (F.E.M.)
El valor eficaz de la f.e.m. inducida en cada una de las fases del alternador se constituye a partir de la suma de las fuerzas electromotrices inducidas de todos los conductores activos de la bobina del inducido de una fase que se encuentren bajo la influencia de uno de los polos del inductor.
Teniendo en cuenta el principio de inducción electromagnética, para un alternador con N espiras por bobina y fase al girar cortando un campo magnético de flujo máximo igual a Φmáx, a una frecuencia f, el valor eficaz de la f.e.m. se puede expresar así:
Fórmula de la F.E.M. eficaz:
`Ei = 4,44 × Kw × N × Φmáx`
Donde:
- Kw es el coeficiente de forma del devanado. Este coeficiente es menor que la unidad y depende de la configuración del devanado de las fases del inducido.