Generador de automóvil.
El alternador del automóvil es la principal fuente de alimentación del vehículo; su función es suministrar energía a todos los equipos eléctricos (excepto al motor de arranque) cuando el motor está funcionando normalmente y, al mismo tiempo, cargar la batería.
Partiendo del devanado estator trifásico común del alternador, se aumenta el número de espiras y la longitud de la salida del devanado, y se añade un rectificador de puente trifásico. A baja velocidad, el devanado primario y el devanado de extensión se conectan en serie, y a alta velocidad, solo se conecta el devanado primario trifásico.
Principio de funcionamiento
Principio de funcionamiento de todo el alternador
Cuando el circuito externo energiza el devanado de campo a través de la escobilla, se genera un campo magnético que magnetiza el polo norte y el polo sur del rotor. Al girar el rotor, el flujo magnético varía alternativamente en el devanado del estator. Según el principio de inducción electromagnética, el devanado trifásico del estator produce una fuerza electromotriz inducida alterna. Así es como un alternador genera electricidad.
El motor primario arrastra el rotor del generador síncrono de corriente continua (CC) para que gire a una velocidad n (rpm), y el devanado del estator trifásico induce un potencial de corriente alterna (CA). Si el devanado del estator está conectado a la carga eléctrica, el motor genera una salida de corriente alterna, que se convierte en corriente continua desde el terminal de salida a través del puente rectificador dentro del generador.
El alternador se divide en dos partes: el devanado del estator y el devanado del rotor. El devanado del estator, trifásico, se distribuye en la carcasa con una diferencia de ángulo eléctrico de 120 grados entre sus componentes. El devanado del rotor está compuesto por dos polos. Al conectarse a la corriente continua, el devanado del rotor se excita, formando los polos N y S. El campo magnético parte del polo N, atraviesa el entrehierro y entra en el núcleo del estator, regresando al polo S adyacente. Al girar el rotor, el devanado del rotor corta el campo magnético, generando una fuerza electromotriz sinusoidal con una diferencia de ángulo eléctrico de 120 grados en el devanado del estator. Esta es la corriente alterna trifásica, que luego, a través de un rectificador compuesto por diodos, se convierte en corriente continua.
Cuando se cierra el interruptor, la batería es la primera en suministrar corriente. El circuito es:
Positivo de la batería → luz de carga → contacto del regulador → bobinado de excitación → borne negativo de la batería. En este momento, la luz indicadora de carga se encenderá debido al paso de la corriente.
Sin embargo, después de arrancar el motor, a medida que aumenta la velocidad del generador, también aumenta la tensión en sus terminales. Cuando la tensión de salida del generador es igual a la tensión de la batería, el potencial de los extremos "B" y "D" del generador es igual. En ese momento, la luz indicadora de carga se apaga porque la diferencia de potencial entre ambos extremos es cero. Esto indica que el generador está funcionando normalmente y que la corriente de excitación es suministrada por el propio generador. La fuerza electromotriz de CA trifásica generada por el devanado trifásico del generador es rectificada por el diodo y produce corriente continua para alimentar la carga y cargar la batería.
El alternador generalmente se compone de cuatro partes: rotor, estator, rectificador y tapa final.
(1) Rotor
La función del rotor es generar un campo magnético giratorio.
El rotor consta de un polo de garra, una horquilla, un devanado de campo magnético, un anillo colector y un eje del rotor.
Dos polos en forma de garra se presionan sobre el eje del rotor, y cada uno de ellos posee seis polos magnéticos en forma de pico de pájaro. Un devanado de campo magnético (bobina del rotor) y un yugo magnético se disponen en la cavidad del polo en forma de garra.
El anillo colector consta de dos anillos de cobre aislados entre sí. El anillo colector se presiona contra el eje del rotor y queda aislado con él. Los dos anillos colectores están conectados a ambos extremos del devanado del campo magnético.
Cuando los dos anillos colectores se conectan a la corriente continua (a través de la escobilla), circula corriente por el devanado del campo magnético y se genera un flujo magnético axial, de modo que un polo de la garra se magnetiza al polo norte y el otro al polo sur, formando así seis pares de polos magnéticos entrelazados. A medida que el rotor gira, se crea un campo magnético giratorio [1].
El circuito magnético del alternador es: yugo → polo N → entrehierro entre rotor y estator → estator → entrehierro entre estator y rotor → polo S → yugo.
(2) El estator
La función del estator es generar corriente alterna.
El estator consta de un núcleo y una bobina.
El núcleo del estator está compuesto por láminas de acero al silicio con ranuras en el anillo interior, y el conductor del bobinado del estator está incrustado en la ranura del núcleo.
El devanado del estator tiene tres fases, y el devanado trifásico adopta una conexión en estrella o en triángulo (alta potencia), lo que puede generar corriente alterna trifásica.
El bobinado trifásico debe realizarse de acuerdo con ciertos requisitos para obtener una fuerza electromotriz trifásica con la misma frecuencia, amplitud igual y una diferencia de fase de 120°.
1. La distancia entre los dos lados efectivos de cada bobina debe ser igual al espacio ocupado por un polo magnético.
2. La distancia entre los bordes iniciales de las bobinas adyacentes de cada devanado de fase debe ser igual o un múltiplo de la distancia ocupada por un par de polos magnéticos.
3. El borde inicial del devanado trifásico debe estar separado por un ángulo eléctrico de 2π+120° (el espacio ocupado por un par de polos magnéticos es un ángulo eléctrico de 360°).
En el alternador nacional de la serie JF13, un par de polos magnéticos representan la posición espacial de 6 ranuras (ángulo eléctrico de 60° por ranura), un polo magnético representa la posición espacial de 3 ranuras, por lo que el intervalo de posición de los dos lados efectivos de cada bobina es de 3 ranuras, la distancia entre el borde inicial de cada bobinado de fase adyacente a la bobina es de 6 ranuras, el borde inicial del bobinado trifásico puede estar separado por 2 ranuras, 8 ranuras, 3 ranuras, 14 ranuras, etc.
(3) Rectificador
La función del rectificador del alternador es convertir la corriente alterna trifásica del devanado del estator en corriente continua. El rectificador del alternador de 6 tubos es un circuito rectificador de puente trifásico de onda completa compuesto por 6 diodos rectificadores de silicio, y los 6 tubos rectificadores están respectivamente prensados (o soldados) en dos placas.
1. Características de los diodos rectificadores de silicio para automoción
(1) Corriente de trabajo elevada, corriente media directa de 50 A, corriente de pico de 600 A;
(2) Alto voltaje inverso, voltaje pico repetido inverso 270V, voltaje pico no repetido inverso 300V;
(3) Solo hay un terminal. Algunos terminales de diodo son positivos y otros negativos; el tubo con un terminal positivo se llama tubo positivo, y el tubo con un terminal negativo se llama tubo negativo; por lo tanto, el diodo rectificador tiene un diodo positivo y un diodo negativo.
(4) Tapa final
La tapa final generalmente se divide en dos partes (tapa frontal y tapa posterior), que sirven para fijar el rotor, el estator, el rectificador y el conjunto de escobillas. La tapa final suele estar fabricada con aleación de aluminio, lo que previene eficazmente las fugas magnéticas y proporciona una buena disipación del calor.
La tapa trasera está provista de un conjunto de escobillas compuesto por una escobilla, un portaescobillas y un resorte. La función de la escobilla es introducir la alimentación eléctrica a través del anillo colector en el devanado de campo.
La conexión entre el devanado del campo magnético (dos escobillas) y el generador es diferente, por lo que el generador se divide en tipos internos y externos.
1. Generador de hierro de solapa interno: Un generador con bobinado de campo magnético con escobillas negativas conectadas directamente al hierro de solapa (conectado directamente a la carcasa).
2. Generador con revestimiento externo: Un generador en el que ambas escobillas del devanado de campo están aisladas de la carcasa.
El electrodo negativo (escobilla negativa) del devanado del campo magnético del generador externo de tipo hierro está conectado al regulador, y luego el hierro se conecta después de pasar.
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