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Descripción y características de sus componentes

El alternador utilizado en automoción esta constituido por los siguientes elementos:
- Un conjunto inductor que forman el rotor o parte móvil del alternador.
- Un conjunto inducido que forman el estator o parte fija del alternador.
- El puente rectificador de diodos.
- Carcasas, ventilador y demás elementos complementarios de la maquina.

Rotor o inductor
El rotor o parte móvil del alternador, es el encargado de crear el campo magnético inductor el cual provoca en el bobinado inducido la corriente eléctrica que suministra después el alternador. El rotor esta formado a su vez por un eje o árbol sobre el cual va montado el núcleo magnético formado por dos piezas de acero forjado que llevan unos salientes o dedos entrelazados sin llegar a tocarse, que constituyen los polos del campo magnético inductor. Cada uno de las dos mitades del núcleo llena 6 o 8 salientes. con lo que se obtiene un campo inductor de 12 o 16 polos.
En el interior de los polos, va montada una bobina inductora de hilo de cobre aislado y de muchas espiras, bobinada sobre un carrete material termoplástico.

En uno de los lados del eje, va montada una pieza material termoestable fija al eje del rotor, en la que se encuentran moldeados dos anillos rozantes de cobre, a los cuales se unen los extremos de la bobina inductora. A través de los anillos, y por medio de dos escobillas de carbón grafitado la bobina recibe la corriente de excitación generada por el propio alternador a través del equipo rectificador (autoexcitación).
Este equipo móvil perfectamente equilibrado dinámicamente, para evitar vibraciones, constituye un conjunto extraordinariamente robusto que puede girar a gran velocidad sin peligro alguno, al no tener como dinamo elementos que pueden ser expulsados por efecto de la fuerza centrifuga, como ocurre con el colector y bobinas inducidas.

Estator o inducido
El estator es la parte fija del alternador la que no tiene movimiento y es donde están alojadas las bobinas inducidas que generan la corriente eléctrica. El estator tiene una armazón que esta formado por un paquete ensamblado de chapas magnéticas de acero suave laminado en forma de corona circular, troqueladas interiormente para formar en su unión las ranuras donde se alojan las bobinas inducidas.
Las bobinado que forman los conductores del inducido esta constituido generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las 36 ranuras que forman el estator. Estos tres arrollamientos, o fases del alternador, pueden ir conectados según el tipo: en estrella o en triángulo, obteniendose de ambas formas una corriente alterna trifasica, a la salida de sus bornes.

Puente rectificador de diodos
Como se sabe la corriente generada por el alternador trifasico no es adecuada para la batería ni tampoco para la alimentación de los consumidores del vehículo. Es necesario rectificarla. Una condición importante para la rectificación es disponer de diodos de potencia aptos para funcionar en un amplio intervalo de temperatura.
El rectificador esta, formado por un puente de 6 o 9 diodos de silicio, puede ir montado directamente en la carcasa lado anillos rozantes o en un soporte (placa) en forma de "herradura", conexionados a cada una de las fases del estator, formando un puente rectificador, obteniendose a la salida del mismo una tensión de corriente continua. Los diodos se montan en esta placa de manera que tres de ellos quedan conectados a masa por uno de sus lados y los otros tres al borne de salida de corriente del alternador, también por uno de sus lados . El lado libre de los seis queda conectado a los extremos de las fases de las bobinas del estator.

Los alternadores, con equipo rectificador de 9 diodos (nanodiodo), incorporan tres diodos mas al puente rectificador normal, utilizandose esta conexión auxiliar para el control de la luz indicadora de carga y para la alimentación del circuito de excitación.
El calentamiento de los diodos esta limitado y, por ello, debe evacuarse el calor de las zonas donde se alojan, tanto los de potencia como los de excitación. Con este fin se montan los diodos sobre cuerpos de refrigeración, que por su gran superficie y buena conductividad térmica son capaces de evacuar rápidamente el calor a la corriente de aire refrigerante. En algunos casos, para mejorar esta función, están provistos de aletas.
La fijación de la placa portadiodos a la carcasa del alternador se realiza con interposición de casquillos aislantes, como se ve en la figura

En la figura de abajo tenemos otra variante de puente de diodos mas moderno.

No vamos a entrar en el modo de funcionamiento de los diodos simplemente decir que un diodo se comporta idealmente como una válvula antirretorno en un circuito neumático e hidráulico, según como están polarizados los diodos en sus extremos deja pasar la corriente eléctrica o no la deja pasar. Los diodos utilizados en el automóvil pueden ser de dos tipos: de "anodo común" son los que tienen conectado el ánodo a la parte metálica que los sujeta (la herradura que hemos visto antes) y que esta conectada a masa. De "cátodo común" son los diodos que tienen el cátodo unido a la parte metálica que los sujeta (masa).

El diodo rectificador hace que se supriman las semiondas negativas y solo se dejan pasar las semiondas positivas de forma que se genere una corriente continua pulsatoria. A fin de aprovechar para la rectificación todas las semiondas, incluso las negativas suprimidas, se aplica una rectificación doble o de onda completa. Para aprovechar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase (rectificación de onda completa), se dispone de dos diodos para cada fase, uno en el lado positivo y otro en el negativo, siendo necesarios en total seis diodos de potencia en un alternador trifasico.
Las semiondas positivas pasan por los diodos del lado positivo y las semiondas negativas por los diodos del lado negativo, quedando así rectificadas. La rectificación completa con el puente de diodos origina la suma de las envolventes positivas y negativas de estas semiondas (gráfica del medio), por lo que se obtiene del alternador una tensión levemente ondulada.
La corriente eléctrica que suministra el alternador por los terminales B+ y B-, no es lisa, como seria lo ideal (linea roja de la gráfica inferior), sino que es ligeramente ondulada (gráfica inferior). Esta ondulación se reduce por efecto de la batería, conectada en paralelo con el alternador, y, en su caso, por medio de condensadores instalados en el sistema eléctrico del vehículo.

Carcasa lado de anillos rozantes
Es una pieza de aluminio obtenida por fundición (se ve en la figura del despiece del alternador de arriba), donde se monta el portaescobillas, fijado a ella por tornillos. De esta misma carcasa salen los bornes de conexión del alternador y en su interior se aloja el cojinete que sirve de apoyo al extremo del eje del rotor. En su cara frontal hay practicadas unos orificios, que dan salida o entrada a la corriente de aire provocada por el ventilador.

Carcasa lado de accionamiento
Al igual que la otra carcasa es de aluminio fundido, y en su interior se aloja el otro cojinete de apoyo del eje del rotor. En su periferia lleva unas bridas para la sujeción del alternador al motor del vehículo y el tensado de la correa de arrastre. En su cara frontal, lleva practicados también unos orificios para el paso de la corriente de aire provocada por el ventilador.
Las dos carcasas aprisionan el estator y se unen por medio de tornillos, quedando en su interior alojados el estator y el rotor, así como el puente rectificador.

Ventilador
Los componentes del alternador experimentan un considerable aumento de la temperatura debido, sobre todo, a las perdidas de calor del alternador y a la entrada de calor procedente del compartimento motor. La temperatura máxima admisible es de 80 a 100ºC, según el tipo de alternador.
La forma de refrigeración mas utilizada es la que coge el aire de su entorno y la hace pasar por el interior del alternador por medio de ventiladores de giro radial en uno o ambos sentidos. Debido a que los ventiladores son accionados junto con el eje del alternador, al aumentar la velocidad de rotación se incrementa también la proporción de aire fresco. Así se garantiza la refrigeración para cada estado de carga. En diversos tipos de alternadores, las paletas del ventilador se disponen asimétricamente. De esta forma se evitan los silbidos por efecto sirena que pueden producirse a determinadas velocidades.

Ventilador de un solo flujo
Los alternadores que montan un ventilador en el lado de la carcasa de accionamiento se refrigeran mediante una ventilación interior. El aire entra por el lado de la carcasa de anillos rozantes, refrigerando el puente de diodos, el rotor, el estator, para después salir por la carcasa del lado de accionamiento. Por lo tanto el aire refrigerante es aspirado por el ventilador a través del alternador.

Ventilador interior de doble flujo
Los alternadores que montan este sistema de refrigeración llevan dos ventiladores en su interior en su eje a ambos lados del rotor. Ambos flujos de aire entran axialmente por aberturas de la carcasa de accionamiento y la carcasa de anillos rozante. Los flujos de aire son aspirados por ambos ventiladores y salen radialmente por las aberturas del contorno de la carcasa. La ventaja esencial de la configuración es la posibilidad de utilizar ventiladores mas pequeños, rediciendo así el ruido aerodinámico generado por los ventiladores.

Una variante de alternadores en lo que se refiere a su refrigeración, es el que utiliza aire fresco procedente del exterior del compartimento motor. A través de un tubo flexible se aspira aire fresco y con poco polvo. El aire entra por la boca de aspiración, pasa por el interior del alternador y sale por las aberturas de la tapa del lado de accionamiento. En este caso también el aire refrigerante es aspirado por el ventilador a través del alternador. La aspiración de aire fresco es especialmente conveniente cuando la temperatura en el compartimento motor supera el valor limite de 80 ºC, y en los alternadores de gran potencia.

Circuito de excitación del alternador
El alternador para generar electricidad ademas del movimiento que recibe del motor de combustión, necesita de una corriente eléctrica (corriente de excitación) que en un principio, antes de arrancar el motor, debe tomarla de la batería a través de un circuito eléctrico que se llama "circuito de preexcitación". Una vez que arranca el motor, la corriente de excitación el alternador la toma de la propia corriente que genera es decir se autoexcita a través de un "circuito de excitación".
El circuito de preexcitación que es externo al alternador lo forman la batería, el interruptor de la llave de contacto y la lampara de control. Este circuito es imprescindible por que el alternador no puede crear por si solo (durante el arranque y a bajas revoluciones del motor) campo magnético suficiente en el rotor el cual induce a su vez en el estator la tensión de salida del alternador que es proporcional a la velocidad de giro.

Una vez que el motor de combustión esta en marcha y el alternador alcanza una tensión superior a la que suministra la batería entonces la lampara de control (L) se apaga. El alternador ya no necesita del circuito de preexcitación ahora se vale por si mismo (autoexcitación) y utiliza la propia tensión que genera.