Estructura del alternador

Las relaciones y los principios teóricos comentados hasta ahora se encuentran materializados en las ejecuciones técnicas de los alternadores. Las distintas versiones difieren en determinados detalles según el campo de aplicación. El alternador de polos intercalados de estructura monobloc se monta actualmente en la mayoría de los vehículos a motor, no obstante, cada vez se emplea más el alternador compacto.

Las diferencias esenciales entre la estructura del alternador compacto y la del de estructura monobloc estriban en los dos ventiladores interiores, los anillos colectores, más pequeños, y la posición del rectificador, fuera de la placa de cojinetes de los anillos colectores. Las estructura fundamental se representa en la Fig. 13: -Estator fijo (2) con el devanado estatórico trifásico. El estátor está formado por chapas aisladas entre sí y provistas de ranuras, que están comprimidas formando un núcleo de chapas firme. En las ranuras van alojadas las espiras de los devanados estatóricos. – Rotor giratorio (3), sobre cuyo eje se encuentran las dos mitades de rueda polar con los polos magnéticos intercalados, el devanado de excitación, ambos ventiladores, los rodamientos de bolas y los dos anillos colectores. El devanado de excitación está compuesto por una única bobina anular, rodeada por los polos en forma de garras. A través de las escobillas, presionadas contra los anillos colectores, fluye tan sólo la corriente de excitación, relativamente pequeña. – Al eje del rotor va fijada la polea también la polea de accionamiento. Los rotores de los alternadores trifásicos pueden girar en ambos sentidos. La forma del ventilador debe establecerse para giro a la izquierda o a la derecha en correspondencia con el sentido de giro del alternador. – Entre la tapa del lado de anillos colectores y la tapa del lado de accionamiento está fijado el estator. El árbol del rotor va alojado en las dos mitades de cojinete. –Rectificador con chapas de refrigeración (6). Para la rectificación de la corriente trifásica se montan a presión al menos seis diodos de potencia en las chapas de refrigeración. – Portaescobillas con escobillas. A través de las escobillas y los anillos colectores (5) fluye la corriente de excitación hacia el devanado de excitación giratorio. –

El regulador de campo electrónico (4) adosado al alternador, forma una sola unidad con el portaescobillas. – El regulador de campo electrónico para fijación a la carrocería utilizado con poca frecuencia en vehículos industriales con alternativa al regulador de campo en montaje adosado al alternador, está separado del alternador, fijado a un lugar protegido de la carrocería y unido al portaescobillas mediante conectores eléctricos

Versiones de alternadores

Criterios de dimensionamiento
Para la selección de los alternadores son determinantes los siguientes criterios:
• Tipo de vehículo, condiciones de servicio,
• Margen de revoluciones del motor de combustión correspondiente.
• Tensión de la batería del sistema eléctrico del vehículo
• Demanda de corriente de los posibles consumidores
• Solicitación del alternador por influencias del medio ambiente (calor, suciedad, etc.)
• Vida útil previsible.
• Condiciones de montaje, dimensiones; Las exigencias planteadas a un alternador difieren considerablemente según la del tipo de utilización y los criterios aplicables.
También los criterios de rentabilidad varían con los campos de aplicación. Por este motivo no puede existir un alternador universal que cumpla todas las exigencias. Para las diversas condiciones de aplicación y márgenes de potencia de los correspondientes tipos de vehículos y sus motores de propulsión, se han desarrollado diversas versiones básicas de alternadores que se describe en los siguientes apartados.

Datos y tamaños constructivos
La potencia requerida del alternador depende exclusivamente de los consumidores instalados en el vehículo a motor y no del tamaño del vehículo. Para la selección de una alternador son determinantes, principalmente: – La tensión del alternador (14 V/28 V) – La entrega de potencia posible como producto de tensión e intensidad, en todo el margen de revoluciones. – La corriente máxima. De acuerdo con estos datos se determinan el dimensionamiento eléctrico y el tamaño requerido del alternador. Como distintivo de identificación de los tamaños constructivos de alternadores, se utilizan letras. El orden sucesivo alfabético indica el tamaño ascendente del alternador. Una característica principal adicional es el sistema de alternador o rotor (p. Ej. alternador de polos intercalados como alternador compacto o en versión monobloc, o con rotor unipolar o rotor guía). Para esta característica, según los diversos tipos de alternador se utiliza una identificación alfanumérica para turismos (p. Ej. GC, KC, NC, G1, K1, N1) y otra para vehículos industriales y autobuses (p. Ej. la forma de fijación, la forma del ventilador, la polea y las conexiones eléctrica.

Alternadores de polos intercalados con anillos colectores
Los alternadores de polos intercalados con anillos colectores presentan una ejecución compacta con características de potencia favorables y reducido peso. Igualmente amplia es la gama de posibilidades de aplicación. Estos alternadores son especialmente apropiados para turismo, vehículos industriales, tractores, etc. La versión T1 de mayor potencia está destinada a vehículos con gran demanda de corriente (p. Ej. autobuses). La Fig. 1 muestra la estructura fundamental.

Características:
La relación longitud/diámetro elegida permite conseguir máxima potencia con escasa demanda de material. De ello se deriva la forma achatada típica de este alternador, de gran diámetro y corta longitud. Esta forma permite además una buena disipación del calor. La denominación de “alternador de polos intercalados” proviene de la forma de sus polos magnéticos. El árbol del rotor lleva las dos mitades de rueda polar con polaridad opuesta. Cada mitad va provista de polos en forma de garras engarzados entre sí formando alternativamente los polos norte y sur. De ese modo recubren el devanado de excitación, en forma de bobina anular, dispuesto sobre el núcleo polar (Fig. 2). El número de polos realizable tiene un límite. Un número de polos pequeño determinaría un rendimiento insuficiente de la máquina, mientras que un número demasiado grande haría aumentar excesivamente las pérdidas magnéticas por fugas. Por esta razón, estos alternadores se construyen, según el margen de potencia, con 12 o 16 polos.

Alternadores compactos
Series constructivas GC, KC y NC

Aplicación
Esta serie consta de los tamaños GC, KC y NC. Los alternadores trifásicos en versión compacta están destinados a turismo con gran demanda de potencia.
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Funcionamiento
La Fig. 3 muestra un alternador compacto de 12 polos. El flujo magnético útil pasa por el núcleo polar, la mitad polar izquierda y sus dedos, a través del entrehierro, hasta el paquete fijo de chapas del estator, con el devanado estatórico, y se cierra en el núcleo polar, a través de la semirrueda polar derecha.
Al girar el rotor, este campo de líneas de fuerza corta las tres ramas del devanado estatórico fijo, induciéndose en una vuelta (360%BA) seis ondas senoidales completas en cada fase. La corriente principal, una vez rectificada, fluye como corriente de servicio a través del terminal B+ hacia la betería y los consumidores.

Estructura
Los alternadores compactos son alternadores trifásicos auto excitados, de 12 polos, con rotor síncrono de garras polares, anillos colectores pequeños y diodos de potencia Zener, con doble flujo de ventilación. En el estator se encuentra el devanado trifásico con 12 polos, y en el rotor el sistema de excitación con el mismo número de polos.
El paquete de chapas del estátor está fijado a las láminas centrales en la carcasa y centrado con las tapas de cojinete. Esto permite una gran precisión en el montaje del alternador y un ruido “magnético” reducido.
Mediante el estampado de los polos de garras en combinación con la fijación por láminas centrales del paquete del estátor, ha sido posible conseguir un reducción adicional del ruido. Dos ventiladores inferiores refrigeran el alternador desde las caras frontales. Esto reduce el ruido de la ventilación al disminuir el grado de irradiación 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 la abrasión, tanto de la superficie de los anillos colectores como de las escobillas, gracias a lo cual la vida útil del alternador ya no está determinada por el desgaste de éstas. El regulador electrónico de campo está integrado en el portaescobillas.
Un revestimiento de plástico protege de la corrosión al rectificador, realizado en versión estratificada, con diodos Z. Los diodos Z ofrecen una protección adicional contra sobretensiones y picos de tensión.

Alternadores compactos
Serie constructiva B

Aplicación
La serie B de alternadores compactos para turismos y vehículos industriales es una versión perfeccionada del alternador compacto de primera generación, con mayor vida útil, menores dimensiones, peso más 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 óptima adaptación a la demanda de potencia y al espacio disponible en el comportamiento motor de los automóviles modernos.
Estructura
La estructura fundamental de un alternador compacto de la serie constructiva B (Fig. 4) no se diferencia de la de un alternador compacto convencional.
Una nueva ejecución del rectificador permite un mayor caudal de aire y por lo tanto una mejor refrigeración. Las tres láminas centrales del paquete de chapas del estátor están fijadas y centradas, en todo el contorno, entre las tapas de cojinete. De esta forma se mejora, en comparación con el alternador compacto de la primera generación, la resistencia a las vibraciones y el paso de calor desde el hierro del estátor a las tapas de cojinete.
Los alternadores compactos de la serie constructiva B están equipados con reguladores multifuncionales.

Alternadores en versión Monobloc
Series constructivas G1, K1 y N1

Aplicación
El extenso programa de modelos de alternadores trifásicos en versión monobloc, series constructivas G1, K1 y N1, permite utilizarlos en turismos y vehículos industriales, aunque los turismos se equipan cada vez más con alternadores compactos.
Para las distintas solicitaciones a que están sometidos en el vehículo, existen versiones especiales, por ejemplo con protección especial contra la corrosión o con adaptador para conexión de manguitos.