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Clasificación de los generadores de corriente alterna (CA).

Todo generador de corriente continua tiene una clasificación de potencia, expresada normalmente en kilowatts, que indica la máxima potencia que puede ser constantemente alimentada por el generador. Por otra parte, los generadores de corriente alterna no pueden generalmente clasificarse de la misma manera, ya que la potencia consumida en un circuito de corriente alterna depende del factor de potencia del circuito, lo cual significa que un generador de corriente alterna puede alimentar una cantidad moderada de potencia real para una carga y, sin embargo, si el factor de potencia de la carga fuese bajo, la potencia total o aparente que el generador produce realmente puede ser muy grande. En estas condiciones, el generador se puede quemar.

Por esta. razón, los generadores de corriente alterna no deben clasificarse según la máxima potencia de' consumo permisible de la carga, sino de acuerdo con la potencia aparente máxima que pueden pasar. Esto se hace expresando la capacidad en voltamperes a kilovoltamperes. Así pues, para determinado voltaje de salida se sabe la máxima corriente que el generador puede producir, independientemente del factor de potencia de la carga. Por ejemplo, si un generador clasificado como de 100 kilovoltamperes tiene una salida de 50 kilovolts, o sea que la máxima corriente que puede producir sin peligro es de 100 kilovoltamperes dividido entre 50 kilovolts, es decir, 2 amperes.

Ocasionalmente, los generadores de corriente alterna se diseñan para usarse con cargas que tengan un factor de potencia constante. En este caso, la clasificación de estos generadores puede indicarse en watts o kilowatts, para ese factor de potencia particular.

Estructura de los generadores de corriente alterna.

Desde el punto de vista de apariencia física, los generadores de corriente alterna varían considerablemente, desde los muy grandes, impulsados por turbinas que pesan miles de kilogramos, hasta pequeños generadores de aplicación especial que sólo pesan unos cuantos kilogramos y aun menos. Sin embargo, según ha quedado apuntado, prácticamente todos los generadores de corriente alterna tienen armaduras estacionarias y campos rotatorios. Los devanados de armadura se colocan siguiendo la circunferencia interna de la cubierta del generador y generalmente se incrustan en un núcleo de hierro laminado. El núcleo y los devanados constituyen el estator.

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Los devanados de campo y los polos de campo, que constituyen el rotor, están montados sobre un eje y giran con el estator. También sobre el eje del rotor se encuentran montados los anillos rozantes para los devanados de campo. Cuando el generador contiene su propia fuente excitadora de corriente continua , la armadura de la fuente excitadora y el conmutador también están montados en el eje del motor. Los portaescobillas para los anillos rozantes del generador y el conmutador de la fuente excitadora están montados en la cubierta del generador, lo mismo que las terminales para efectuar las conexiones eléctricas al generador. La figura representa un generador de corriente alterna típica con fuente excitadora dentro de él.

Comparación de generadores de corriente continua y de corriente alterna

Ahora que se han estudiado tanto los generadores de corriente continua como los de corriente alterna , se pueden observar las semejanzas básicas que hay entre ellos, así como sus diferencias fundamentales. En un generador de corriente alterna , el voltaje inducido se transmite directamente a la carga, a través de anillos rozantes en tanto que en un generador de corriente continua el conmutador convierte la corriente alterna inducida en corriente continua antes de que ésta sea aplicada a la carga.

Una diferencia física importante entre los generadores de corriente continua y los de corriente alterna estriba en que el campo de la mayor parte de los generadores de corriente continua es estacionario y la armadura gira, en tanto que lo opuesto ocurre generalmente en los generadores de corriente alterna . Esto tiene el efecto de hacer que los generadores de corriente alterna puedan tener salidas mucho mayores de las que son posibles con generadores de corriente continua . Otra diferencia entre ambos tipos de generadores es la fuente de voltaje de excitación para el devanado de campo. Los generadores de corriente continua pueden constar ya sea de una fuente de excitación externa y separada o bien obtener el voltaje necesario directamente de su propia salida. Por su parte, los generadores de corriente alterna deben estar provistos de una fuente separada.

Por lo que respecto a la regulación de voltaje los generadores de corriente continua son inherentemente más estables que los de corriente alterna , Una de las razones es que, aunque los voltajes de salida de ambos tipos de generador son sensibles a los cambios de carga, el voltaje de salida de un generador de corriente alterna también es sensible a cambios en el factor de potencia de la carga. Además, es posible un buen grado de autorregulación en un generador de corriente continua usando un devanado de armadura combinado, lo cual no es factible en generadores de corriente alterna , ya que éstos deben ser excitados separadamente.

EL ALTERNADOR DE AUTOMÓVIL

La comparación de las ventajas de los generadores de corriente continua y de los alternadores, los cuales se acaban de estudiar, se basa, en las categorías aceptadas de los generadores básicos. Sin embargo, es posible combinar las ventajas de generadores corriente continua y corriente alterna mediante diseños de circuitos adicionales. Para el alternador de automóvil, esto se logra en una forma única para producir una fuente de carga de corriente continua de corriente elevada con un generador del tipo de corriente alterna . A éste se le llama alternador aunque produce un voltaje de corriente continua ya que en realidad, se trata de un generador de corriente alterna . de armadura fija con rectificadores, para convertir la corriente alterna en corriente continua.

Los rectificadores son dispositivos que, en su mayor parte, conducen sólo en una dirección. Así pues, el rectificador pasará solamente una polaridad del voltaje de corriente alterna para producir una corriente continua pulsante. El alternador común de automóvil produce corriente alterna trifásica, de manera que después de que el voltaje se convierte en corriente continua , se tiene menos ondulación. Luego se conecta un capacitor a la salida, para filtrar la ondulación y obtener un voltaje de corriente continua relativamente con poca variación.

Debido a que los rectificadores se oponen al flujo de corriente en la dirección opuesta, no se necesita relevador de corte de corriente inversa en el regulador de voltaje. Además, como el alternador es un generador de alta corriente, tampoco se necesita un regulador de corriente. Por lo tanto, el regulador para el alternador es mucho más simple que para el generador de corriente continua ; .sólo cuenta con un circuito de relevador para regular el voltaje de salida del alternador, controlando la corriente del campo. Nótese que, a pesar de ser un alternador, es autoexcitado. Esto se puede hacer debido a que la salida rectificada es corriente continua .

Funcionamiento del alternador

El alternador de automóvil trifásico está provisto de devanados de armadura fija conectados en Y, los cuales, según se ha explicado, producen un voltaje de fase entre dos puntas de salida. La salida del alternador es un voltaje positivo en relación con tierra. Pero ninguna punta de los devanados Y está conectada directamente a tierra debido a que los devanados producen corriente alterna ; las tres puntas son alternativamente negativas y positivas, al recorrer los ciclos de corriente alterna . Por lo tanto, cada punta debe conectarse a tierra cuando es negativa y, a la salida, cuando es positiva. Esto se logra con rectificadores.

Los rectificadores sirven como interruptores que cierran una polaridad y abren la otra. Nótese que cada onda tiene dos rectificadores conectados en oposición. Un rectificador conectará la punta a la línea de salida cuando sea positiva, pero la desconectará cuando sea negativa. El otro rectificador conecta la terminal a tierra cuando es negativa y la desconecta cuando es positiva. El diagrama ilustra cómo se conectan los mismos dos devanados para ángulos de fase diferentes del voltaje de salida. En consecuencia, la salida siempre es positiva.

Si se recuerda lo estudiado acerca del generador de corriente continua , es fácil comprender que el conmutador era necesario para efectuar la misma operación siempre que las puntas cambiaran de polaridad, ya que la armadura siempre produce corriente alterna . Por lo tanto, en el alternador los rectificadores sirven como conmutadores electrónicos, por lo que es discutible si el alternador es en realidad un alternador o nada más otro tipo de generador de corriente continua .

RESISTENCIA INTERNA DEL GENERADOR

En todo generador, la corriente de carga fluye a través del devanado de armadura. Como cualquier bobina o devanado, la armadura tiene resistencia e inductancia. La combinación de esta resistencia y la reactancia inductiva que ocasiona la inductancia, constituye la llamada resistencia interna del generador. Cuando fluye corriente de carga, produce una caída de voltaje en la resistencia interna. Esta caída de voltaje se resta del voltaje de salida del generador y, en consecuencia, representa voltaje generado, el cual se pierde y no puede ser aprovechado por la carga.

Adviértase que, cuanto mayor sea la resistencia interna, mayor será la parte de voltaje generado que se presente como caída interna del generador y, en consecuencia, que se pierde. En un generador de corriente continua con determinada resistencia interna, la caída de voltaje interno es directamente proporcional a la corriente de carga, siendo igual a:

E = I_carga R_interna

Así pues, cuanto mayor sea la corriente de carga, mayor será el valor de la caída de voltaje en la resistencia interna. En un generador de corriente alterna , la caída interna de voltaje depende también de la frecuencia del voltaje de salida del generador, ya que la reactancia inductiva del devanado de armadura varía siempre que lo hace la frecuencia. Como la velocidad de un generador es uno de los factores que determina la frecuencia, la resistencia interna de un generador de corriente alterna cambiará según la velocidad del generador.

EL MOTOGENERADOR

Un motogenerador consta de un motor eléctrico y un generador conectados mecánicamente de manera que el motor hace girar al generador. El motor suministra así la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica. Tanto el motor como el generador de un motor generador suelen estar montados sobre la misma base y pueden moverse e instalarse como una sola unidad.

Los motogeneradores generalmente se usan para cambiar electricidad de un voltaje o frecuencia a otro o para convertir corriente alterna en corriente continua ó corriente continua en corriente alterna . La electricidad que tiene las características que han de transformarse alimenta al motor y el generador está diseñado para producir electricidad con las nuevas características deseadas. Por ejemplo, el motor puede ser impulsado por una fuente de potencia de 60−cps, en tanto que el generador produce una salida cuya frecuencia es de 400−cps. O bien un motor de corriente continua puede impulsar a un generador de corriente alterna para lograr la conversión de corriente continua en corriente alterna .

Cuando el dispositivo cambia una clase de corriente alterna . a otra clase de corriente alterna o a corriente continua , se llama grupo motogenerador. Pero, cuando se usa para convertir corriente continua en corriente alterna , a veces también se le llama convertidor. Muy frecuentemente, el convertidor tiene el motor y el generador dentro de la misma cubierta.

EL DINAMOTOR

En ciertos aspectos, el dinamotor es, en realidad un motogenerador. Consta de un motor eléctrico que mueve a un generador. Sin embargo, un grupo motogenerador suele constar de unidades separadas; en un dinamotor, están siempre contenidas en la misma cubierta común, en forma similar al convertidor y sus devanados de armadura se encuentran ambos sobre el mismo eje.

Los dinamotores sirven para convertir bajos voltajes de corriente continua generalmente suministrados por baterías− en altos voltajes de corriente continua . El bajo voltaje impulsa al motor que a su vez, hace mover al generador, el cual luego produce un voltaje más alto. Los dinamotores frecuentemente son parte del equipo de comunicaciones para obtener mayores voltajes de corriente continua que los que pueden obtenerse por medio de baterías. Son muy comunes en aeronáutica, donde muchas clases de equipo electrónico necesitan unos cuantos cientos de volts de corriente continua para 13 funcionar y la línea principal del avión sólo suministra 28 volts de corriente continua. Algunos equipos de radioaficionados, que operan mediante baterías de 6 ó 12 volts en automóviles, también ocupan dinamotores para transformar el voltaje al nivel necesario de corriente continua .

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