Dinamo y Alternador PDF

Preview

Summary

Download Dinamo y Alternador PDF

Description

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

Dínamo y Alternador Sus Diferencias

Dinamo

Alternador

No existe batería de automóvil capaz de mantener un régimen de suministro eléctrico por largo tiempo a menos que se le instale algún dispositivo de recarga. Por este motivo, los automóviles van equipados con un generador eléctrico: una dinamo o un alternador. Estrictamente hablando, estos aparatos deberían considerarse componentes auxiliares, ya que puede hacerse funcionar el automóvil durante cierto tiempo, más o menos prolongado, con ellos desconectados o inutilizados. De hecho, algunos automóviles de competición carecen de generador para carreras cortas, y se valen de la batería como única fuente de energía eléctrica. Pero en los automóviles convencionales, el generador es vital. El mismo ha tenido una papel muy importante en el perfeccionamiento de los componentes eléctricos de abordo. Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 1 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

El principio de funcionamiento, tanto de las dinamos como de los alternadores, puede explicarse por medio de la teoría eléctrica elemental.

Al hacer girar un anillo de alambre dentro del espacio libre entre dos imanes muy próximos, se crea en este una corriente eléctrica. Esta energía es generada por el movimiento del alambre al atravesar las líneas de fuerza del campo magnético que se forma entre los dos imanes. La cantidad de energía eléctrica generada depende de la velocidad de giro del anillo y de la potencia del campo magnético producido por los imanes. El movimiento del anillo debe de ser continuo para que el flujo de energía sea constante, y los imanes deben estar dispuestos de modo que aporten un campo magnético. Esto significa que los imanes deben tener la cara interna semicilíndrica para que puedan abarcar el bobinado en toda la extensión posible. Esta disposición de los imanes y bobinados forma la base de todos los generadores. Por ejemplo un único anillo de alambre jamás podría sacar gran partido del campo magnético. La solución habitual es convertir el alambre en un bobinado de inducido, que tiene un gran número de anillos de alambre dispuestos sobre un eje de hierro dulce. Junto con la velocidad de rotación, el voltaje viene determinado por la intensidad del campo magnético creado por los imanes. Por lo tanto se hace necesario encontrar algún medio de intensificar este. Normalmente, los llamados imanes permanentes resultan inadecuados. En consecuencia, la dinamo lleva en la práctica unos electroimanes. Estos consisten en pequeñas tiras de hierro o acero magnetizado, unidas entre si y rodeadas por espirales de alambre de cobre, denominadas inductor. La unidad completa recibe el nombre de pieza polar.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 2 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

Téc. Franco, Erick W. F.

2014

02

Pág. 3 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

Cuando el inducido está en estado estacionario, las piezas polares laminadas son solo ligeramente magnéticas (están pensadas para que retengan una pequeña cantidad de magnetismos residual), pero cuando la dinamo empieza a funcionar, las piezas polares son alimentadas, con lo que adquieren gran energía y la intensidad del campo magnético aumenta y crece la potencia de salida de la dinamo.

EL COLECTOR Dado que la energía eléctrica que sale de la dinamo se genera en el inducido, que está en movimiento, se plantea el problema de cómo transferirla al sistema eléctrico y a la batería. También surge otra dificultad por el hecho de que la corriente producida por la dinamo invierte constantemente su sentido de flujo en torno al circuito, por lo que recibe el nombre de Corriente Alterna (CA). Esta forma de corriente no es adecuada para cargar la batería, ya que ésta produce corriente de un solo sentido, denominada Corriente Continua (CC). Estos dos problemas se han visto resueltos merced a la utilización de un dispositivo llamado colector. Este transfiere la energía eléctrica del inducido al sistema eléctrico haciendo a la vez que esta fluya en una sola dirección; es decir, transformando la corriente alterna en continua.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 4 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

Téc. Franco, Erick W. F.

2014

02

Pág. 5 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

REGULADOR DE VOLTAJE La dinamo no puede conectarse directamente a la batería sin interponer un sistema que haga que aquella responda al estado de esta. El dispositivo de regulación de carga de la dinamo es el encargado de llevar a cabo esta tarea. Una de las escobillas y un extremo del bobinado en torno a la pieza polar van conectados directamente a tierra. El otro extremo del bobinado del inductor va conectado a la terminal del generador a través del regulador. Dentro de este, una serie de interruptores electromagnéticos mide la diferencia de salida entre la dinamo y la batería, reduciendo al intensidad del campo magnético de la dinamo, mediante la apertura de un interruptor, cuando el ritmo de carga se eleva por encima del que necesita la batería. Aunque el regulador de voltaje esté preparado para funcionar a un nivel fijo, puede operar de modo que una batería descargada reciba un potencial de carga elevado y una batería cargada reciba uno pequeño. La dinamo es un mecanismo espléndidamente eficaz : puede llegar a un rendimiento del 90%, con un 10% de su producción utilizado para alimentar los inductores. Consume poca potencia del motor, y el único mantenimiento que necesita es una lubricación ocasional y el control de desgaste de las escobillas. Mientras la correa del ventilador este bien tensa en torno a la polea de arrastre, y en tanto la batería este en un estado aceptable bueno, la dimano actuara durante muchos Kilómetros. El punto débil de la dinamo, no obstante, es su incapacidad para suministrar una buena potencia de carga a velocidades bajas. Por ingenioso que sea el mecanismo de control de voltaje, no puede dirigir una carga capaz de compensar el consumo de la batería si la propia dinamo no está consiguiendo producir el voltaje necesario. En todos los automóviles con dinamo existe un contacto procedente de la caja de control que enciende la luz de aviso existente en el panel de instrumentos siempre que la batería este descargándose, y esta luz esta normalmente encendida mientras el motor este a ralentí. Para superar esta debilidad, muchos automóviles vienen hoy equipados con un alternador, dispositivo capaz de cargar la batería incluso a una velocidad de ralentí, y muy superior a la dinamo.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 6 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR El alternador funciona exactamente sobre los mismos principios eléctricos que la dinamo, pero su construcción es diferente y el componente es un tanto más complicado y, por tanto, más caro de producir. La posición del inducido y de las piezas polares están invertidas con respecto a la que ocupan en la dinamo. En torno al interior de la armadura del alternador van distribuidas las bobinas de inducido y este conjunto es denominado estator. La parte móvil del alternador es la que lleva las bobinas de campo y recibe el nombre de rotor. En comparación con la dinamo, las posiciones relativas de estas piezas quedan, pues, invertidas, y la corriente se genera en el componente estático. La diferencia más importante radica en la relación entre el inducido y las piezas polares. En un alternador, los bobinados rotativos de campo se ven estimulados o excitados por una corriente procedente de la batería. Este proceso de excitación significa que el campo magnético inducido en el rotor es mucho más poderoso que el inducido en las piezas estáticas correspondientes a la dinamo, y el proceso de producción de energía es, por tanto, mucho más eficaz a velocidades bajas del motor. La corriente de excitación se introduce en el rotor del alternador por medio de un sistema de anillos y escobillas, algo similar al dispositivo del colector de la dinamo. En el alternador no puede existir una disposición de colector y escobillas para cargar o rectificar la corriente alterna que produce, porque la corriente es generada en el estator, que no se mueve. La corriente, pues, sale directamente. Durante años, los alternadores fueron utilizados solo allí donde se requería, como producto final, corriente alterna. El equipo rectificador era voluminoso, caro, y, en términos generales, inadecuado para su utilización en alternadores pequeños como los de los automóviles. A finales de los años 50, la invención de los transistores puso a disposición de la industria un sistema de rectificación sencillo y relativamente barato, además de sólido.La rectificación de la corriente generada se logra por medio de 4 o 6 diodos de silicio, en un paquete rectificador, que va conectado a un puente rectificador. Los diodos actúan como válvulas o interruptores casi perfectos.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 7 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

Téc. Franco, Erick W. F.

2014

02

Pág. 8 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

http://www.geocities.ws/errediez/dinamo.html

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 9 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

Sistema de producción de energía eléctrica En el sistema eléctrico del automóvil hay una serie de receptores o servicios que consumen energía eléctrica de la batería para su funcionamiento, tales como: el motor de arranque, luces, limpiaparabrisas, electroventilador, etcétera, que agotarían la energía de la batería dependiendo de la capacidad de ésta. Por eso es necesario un sistema que tenga la misión de reponer o cargar la batería para su posterior utilización, además de alimentar los diferentes sistemas y elementos eléctricos cuando el motor está en funcionamiento. Para conseguir esto, emplearemos una fuente de alimentación o generador, que podrá ser la dinamo o el alternador. Este capítulo lo dedicaremos al alternador por ser el generador utilizado en los automóviles actualmente, debido a las ventajas que se obtienen con respecto a la dínamo. •Alternador

La inclusión del alternador en el equipo eléctrico de los automóviles ha venido impuesta por la necesidad, cada vez mayor, de disponer de un generador capaz de alimentar los servicios y cargar la batería a bajas velocidades del motor e incluso cuando éste se encuentra al ralentí. Sus características más importantes son: •Un menor peso o volumen para la misma potencia (comparando con una dinamo). •Carga de la batería con el vehículo en ralentí. •Plazos de mantenimiento muy largos o bien ausencia de los mismos. Constitución En la se indica cada uno alternador Rectificación de La existencia de una batería de necesidad de recargarlo hace generador de Téc. Franco, Erick W. F.

de los elementos que componen el la corriente alterna corriente continua en el vehículo y la que tengamos que disponer de un corriente continua. 02

Pág. 10 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

En la dinamo la rectificación de la corriente alterna se realizaba de forma mecánica mediante el colector y las escobillas. En el alternador esta rectificación se consigue mediante los diodos o semiconductores. Diodos semiconductores Su símbolo se representa en la . Los diodos tienen la misión de rectificar la corriente alterna obtenida en el estator, por su propiedad de dejar circular la corriente eléctrica en un solo sentido. Funcionamiento La generación de corriente del alternador puede estudiarse de esta manera: •Creación de un campo magnético. (Rotor). •Creación de la corriente inducida, alterna. (Estator). •Rectificado de esta corriente alterna en corriente continua. •Puesta en circuito con el exterior. •El rotor montado dentro del estator, gira accionado por la correa trapezoidal que transmite el movimiento desde el cigüeñal. •La bobina de rotor (inductora) toma corriente a través del regulador y de las escobillas que se apoyan en los anillos rozantes. •La bobina inductora crea un campo magnético que, al girar, induce en los arrollamientos del inducido (estator) una corriente alterna trifásica. •El puente de rectificadores transforma la corriente alterna en continua. El puente rectificador, compuesto por varios (6 ó 9) diodos de silicio conectados a cada una de las fases del estator, tiene por misión permitir el paso de corriente en un sentido, pero no en el otro, es decir, deja pasar la corriente en el sentido del alternador a la batería pero no en el sentido contrario. Ventajas del alternador con relación a la dinamo Podemos deducir las siguientes ventajas del alternador: Carga El alternador tiene la ventaja de cargar más que la dínamo, a un Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 11 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

régimen más bajo, lo que facilita mucho la carga de la batería en lugares donde el motor funcional al ralentí (aglomeraciones, detenciones, etc.). Velocidad de rotación En la dínamo la velocidad de rotación está limitada. El alternador permite velocidades mucho más elevadas. Regulación En la carga de un alternador, se observa que a partir de un determinado régimen de revoluciones, la intensidad de carga es independiente a la velocidad de rotación, quedando prácticamente constante. Esto permite suprimir en el regulador el elemento de limitación de intensidad. Debido a la propiedad de los diodos, de únicamente dejar pasar la corriente en un sentido, es posible suprimir el disyuntor. Potencia y peso Con relación a la dínamo, para potencias equiparables, se obtienen alternadores más ligeros que las dínamos correspondientes. Por ejemplo, obtiene mayor rendimiento con un alternador de 4’750 kg. que con una dínamo de 6’500 Kg. Robustez El alternador puede funcionar mucho más tiempo sin intervención alguna, sobre todo si el rotor va montado sobre rodamientos en cada uno de sus extremos. En el alternador, los anillos de frotamiento de las escobillas se usan muy poco y las escobillas tienen una duración bastante importante ya que sólo soportan de 2 a 3 amperios, contra 30 ó 35 que deben de soportar las escobillas de una dínamo. Regulador de tensión Las variaciones de tensión producidas en el alternador por efecto de los cambios de velocidades, son controladas por el regulador de tensión, que actúa sobre la corriente de “excitación” que llega al motor (cantidad de corriente en la bobina inductora). En la se representa el circuito de carga con el conexionado entre los elementos que lo integran: o Batería. o Alternador. o Regulador de tensión. o Sus correspondientes conexiones (L, D, F, R, Exc- F, + y CR). Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 12 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

Existen varios tipos de reguladores de tensión: transistorizados y electrónicos, siendo estos últimos los más utilizados en la actualidad, estando situado dentro del mismo alternador.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 13 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

2014

Dinamo Una dinamo es un generador eléctrico destinado a suministrar energía eléctrica al sistema eléctrico de a bordo de un automóvil. La denominación dinamo proviene de los comienzos de la industria automovilística. Por aquella época, la dinamo sólo se utilizaba para suministrar energía eléctrica a los faros. El motivo es que no existía ningún otro componente eléctrico. Sin embargo, hoy en día en los automóviles modernos existen muchos dispositivos eléctricos. Por este motivo, con el paso del tiempo la dinamo ha aumentado progresivamente su potencia. El diseño de una dinamo es, en principio, igual al de un motor eléctrico. No obstante, su funcionamiento es algo diferente. El rotor de la dinamo es impulsado por el cigüeñal a través de un mecanismo de transmisión por correa trapezoidal. Dado que gira en un campo magnético se genera una tensión eléctrica. Ésta es transmitida a través del colector a las escobillas. La corriente entregada se regula con la ayuda de un regulador a una determinada tensión que, por norma general, suele ser de 12 V. Sin este regulador la tensión variaría debido al cambio constante de las revoluciones del motor. La corriente eléctrica de la dinamollega entonces al sistema eléctrico de a bordo. Si se genera más corriente de la que se consume en ese momento, la dinamo carga la batería del automóvil. En caso de que se genere menos potencia, la batería puede compensar la diferencia. Existen diferentes tipos de dinamos. Hasta los años 70 prácticamente sólo existían las dinamos de corriente continua. Estas tenían la ventaja de que eran capaces de generar corriente continua sin necesidad de componentes electrónicos adicionales. Sin embargo, también tenían un inconveniente, y era que sólo producían suficiente corriente cuando las revoluciones del motor eran altas. También existían algunos automóviles equipados con dinamos de corriente alterna (o alternadores). No obstante, su uso no logró consolidarse. Una vez que fue técnicamente posible fabricar rectificadores de corriente de alta potencia llegó el éxito del alternador trifásico. El alternador trifásico es capaz de producir suficiente corriente a un régimen de giro bajo. Por este motivo, los alternadores trifásicos son los que encontramos en todos los vehículos nuevos. Los alternadores trifásicos modernos pueden lograr un rendimiento de hasta 3 kW.

Téc. Franco, Erick W. F.

02

Pág. 14 de 6

ELECTRICIDAD DEL AUTOMOTOR

Téc. Franco, Erick W. F.

2014

02

Pág. 15 de 6...