Cuando el motor está en marcha, el alternador mantiene la batería cargada y el sistema eléctrico funcionando. Su coche se puede arrancar con un alternador defectuoso, pero no va a ser capaz de funcionar durante un período prolongado de tiempo. Si el alternador requiere su reemplazo, el sistema eléctrico de su vehículo funcionará de forma errática, su batería se descargará, y, finalmente, el motor perderá potencia. Por lo que debe conocer su funcionamiento.
Así que cuando se gira la llave, el sistema eléctrico de su vehículo entra en acción. La batería proporciona la corriente al motor de arranque, el motor de arranque gira y el alternador proporciona a la batería la energía que necesita para alimentar las luces, desempañador, limpiaparabrisas y accesorios
El alternador (Fig. 2-21) ha sustituido al generador de corriente continua debido a su mayor eficiencia. Es más pequeño, más ligero, y más confiable que el generador de corriente continua. El alternador produce también una mayor salida durante el reposo lo que lo hace ideal para los vehículos de último modelo. El pequeño tamaño del alternador lo hace adaptable a casi cualquier aplicación. Se construye mecánicamente para soportar el calor extremo, las vibraciones y velocidades máximas encontradas en el servicio normal.
El alternador y el generador de corriente continua convencional operan en los mismos principios básicos. El conjunto del rotor en el alternador hace el mismo trabajo que la bobina de campo y el conjunto de zapata polar en el generador de corriente continua. El conjunto del estator en un alternador tiene la misma función que la armadura en un generador de corriente continua, pero en una posición fija. El estator puede estar en cualquiera de los tipos de conexión, tanto Y como delta para adaptarse a la aplicación.
El alternador tiene un campo magnético giratorio. Los bobinados de salida (estator) son estacionarios. A medida que el campo magnético gira, se induce una corriente en los bobinados de salida.
El conocimiento de la construcción de un alternador se requiere antes de que se pueda entender el funcionamiento correcto del mismo, así como los procedimientos de ensayo y los procedimientos de reparación aplicables a un alternador.
Figura 2-21 -. Alternador típico.
Figura 2-22 -. Montaje del rotor.
Los componentes primarios de un alternador son los siguientes:
Conjunto rotor (eje del rotor, anillos colectores, polos dentados, y devanados de campo)
Conjunto de estator (tres devanados de estator o bobinas, cables de salida, y el núcleo del estator)
Conjunto rectificador (disipador de calor, diodos, placa de diodo, y terminales eléctricos)
Conjunto rotor (fig. 2-22) -. El rotor consta de devanados de campo (alambre enrollado en una bobina colocada sobre un núcleo de hierro) montados sobre el eje del rotor. Dos de piezas polares en forma dentada rodean los devanados de campo para aumentar el campo magnético.
Los dientes en una de las piezas de polares dentadas producen polos sur (S) y la otra produce polos norte (N). A medida que el rotor gira dentro del alternador, se produce una polaridad alternada N-S-N-S y una corriente alterna (fig. 2-23). Una fuente externa de electricidad es necesaria para excitar el campo magnético del alternador.
Los anillos colectores están montados sobre el eje del rotor para proporcionar corriente a los devanados del rotor. Cada extremo de la bobina de campo se conecta a los anillos colectores.
Figura 2-23 -. Alternador simple que ilustra la inversión del campo magnético y el flujo de corriente.
Conjunto estator (fig. 2-24).-El estator produce la salida eléctrica del alternador. El estator, que es parte del bastidor del alternador cuando se ensamblan, se compone de tres grupos de devanados o bobinas que producen tres diferentes corrientes alternas. Esto se conoce como una salida trifásica. Un extremo de los devanados está conectado al conjunto de estator y la otra está conectada a un conjunto rectificador. Los bobinados están devanados alrededor de un núcleo de hierro dulce laminado que concentra y refuerza el campo magnético alrededor de los devanados del estator. Hay dos tipos de estatores el estator tipo-Y y el estator tipo delta.
Figura 2-24 -. Montaje del estator.
El estator de tipo Y (fig. 2-25) tiene los extremos del alambre de los devanados del estator conectados a una unión neutra. El circuito se parece a la letra Y. El estator tipo Y proporciona una buenas salida de corriente a bajas revoluciones del motor.
El estator tipo delta (fig. 2-26) tiene los cables del estator conectados de extremo a extremo. Sin unión neutra, dos trayectorias de circuito se forman entre los diodos. Un estator tipo delta se utiliza en alternadores de alta salida.
Normalmente , el alternador conectado en delta se encuentra donde el voltaje es más bajo, pero se requiere una mayor corriente . El alternador conectado en estrella proporciona una mayor tensión e intensidad moderada. El dispositivo para la conversión de corriente alterna a corriente continua es el puente rectificador. El puente rectificador puede estar montado internamente dentro de la carcasa del alternador , o pueden estar montado externamente.
Conjunto rectificador
El conjunto rectificador, también conocido como conjunto de diodos, consta de seis diodos utilizados para convertir la salida de corriente alterna del estator en corriente continua. La corriente que circula desde el devanado pasa a través de un diodo aislador. A medida que la corriente cambia de dirección, la misma fluye a masa a través de un diodo conectado a tierra. Los diodos aisladores y a masa evitan la inversión de corriente desde el resto del sistema de carga. Por esta acción de conmutación y el número de impulsos creados por el movimiento entre los devanados del estator y del rotor, una corriente bastante uniforme es suministrada al terminal de la batería del alternador.
Rectificadores de varios tipos se fabrican para muchos usos. El tipo más común de rectificador, montado en el exterior para su uso en automóviles es el rectificador de sulfuro de magnesio y cobre. Un rectificador montado dentro del generador es el rectificador diodo de silicio. Una ventaja del rectificador de silicio es su pequeño tamaño que permite que sea montado internamente dentro de la carcasa del alternador. La composición química de un diodo permite que la corriente eléctrica fluya a través del diodo en una sola dirección en condiciones normales. En el alternador tipo automotriz con rectificadores de silicio, se utilizan seis diodos : tres positivos y tres negativos de la misma construcción , lo que forma un rectificador "de onda completa en puente " . Las marcas en los diodos de silicio varían según el modelo y fabricante del alternador. Algunos diodos están claramente marcados con un (+ ) o ( -) para identificar su polaridad. Otros están marcados con letras en negro o rojo. En la identificación de los diodos, siempre consulte las especificaciones del fabricante .
Los diodos rectificadores están ubicados sobre un disipador de calor (montaje de metal para la eliminación de exceso de calor de los elementos electrónicos) o puente de diodos. Tres diodos positivos van colocados a presión en un bastidor aislado. Tres diodos negativos van montados en un bastidor no aislado o conectado a tierra.
Figura 2-25 -. Esquema eléctrico indicando un estator tipo Y
Figura 2-26 -. Esquema eléctrico que indica un estator tipo delta.
Cuando un alternador está produciendo corriente, por los diodos aislados pasa sólo el exceso de corriente a la batería. Los diodos proporcionan un bloqueo, impidiendo el flujo de corriente inversa desde el alternador. La figura 2-27 muestra el flujo de la corriente del estator a la batería.
Una vista en sección transversal de un diodo típico se muestra en la figura 2-28. Tenga en cuenta que la figura muestra también el símbolo de diodo utilizado en los diagramas de cableado. La flecha de este símbolo indica la única dirección en que la corriente fluirá. El diodo está sellado para mantenerse libre de humedad.
Operación del alternador
El funcionamiento de un alternador es algo diferente al del generador de corriente continua. Un alternador tiene un imán giratorio (rotor) que hace que las líneas magnéticas de fuerza giren con el mismo. Estas líneas de fuerza son cortadas por los devanados estacionarios (estator) en el bastidor del alternador, a medida que el rotor gira con el imán rotando los polos N y S para mantener posiciones cambiantes.
Figura 2-27 -. El flujo de corriente del estator a la batería.
Cuando S está hacia arriba y N está hacia abajo, la corriente fluye en una dirección, pero cuando es N está hacia arriba y S es hacia abajo, la corriente fluye en la dirección opuesta. Esto se conoce como corriente alterna, que cambia de dirección dos veces por cada revolución completa. Si la velocidad del rotor se aumenta a 60 revoluciones por segundo, produciría 60-ciclo de corriente alterna.
Puesto que la velocidad del motor varía en un vehículo, la frecuencia también varía con el cambio de velocidad. Del mismo modo, el aumento del número de pares de polos magnéticos norte y sur incrementará la frecuencia por el número de pares de polos. Un generador de cuatro polos puede generar el doble de la frecuencia por revolución de un rotor de dos polos.
Figura 2-28 -. Diodo típico.
CONTROL DE SALIDA DEL ALTERNADOR
Un regulador de voltaje controla la salida del alternador mediante el cambio de la cantidad de flujo de corriente a través de los devanados del rotor. Cualquier cambio en la corriente del devanado del rotor cambia la fuerza del campo magnético que actúa sobre los devanados del estator. De esta manera, el regulador de voltaje puede mantener una tensión de carga predeterminada. Los tres tipos básicos de reguladores de tensión son las siguientes:
Regulador de tensión de punto de contacto, montado lejos del alternador en el compartimiento del motor
Regulador electrónico, montado lejos del alternador en el compartimiento del motor
Regulador electrónico, montado en la parte posterior o dentro del alternador
El regulador de tensión de punto de contacto utiliza una bobina, un conjunto de puntos, y resistencias que limitan el voltaje del sistema. Los reguladores electrónicos o de estado sólido han reemplazado este tipo más antiguo.
Los reguladores de tensión electrónicos utilizan un circuito electrónico para controlar la intensidad de campo del rotor y salida del alternador. Es una unidad sellada y no es reparable. El circuito electrónico debe ser sellado para evitar daños por humedad, calor excesivo y vibración. Un gel similar al caucho rodea el circuito de protección.
Un regulador de voltaje integrado se coloca en el interior o en la parte trasera del alternador. Este es el tipo más común usado en los vehículos modernos. Es pequeño, eficiente, confiable, y compuesta de circuitos integrados.
El regulador electrónico de tensión realiza la misma operación que un regulador de punto de contacto, excepto que utiliza transistores, diodos, resistencias y condensadores para regular el voltaje en el sistema. Para aumentar la salida del alternador, el regulador electrónico de tensión permite pasar más corriente a los devanados del rotor, fortaleciendo así el campo magnético alrededor del rotor. Más corriente es entonces inducida en los devanados del estator y fuera del alternador.
Para reducir la salida del alternador, el regulador electrónico aumenta la resistencia entre la batería y los devanados del rotor. El campo magnético disminuye y se induce menos corriente en los devanados del estator.
La velocidad del alternador y de carga determina si el regulador aumenta o disminuye la carga de salida. Si la carga es alta o la velocidad del rotor es baja (motor al ralentí), el regulador detecta una caída de la tensión del sistema. El regulador entonces aumenta la corriente del campo magnético del rotor hasta que la tensión de salida prefijada se obtiene. Si la carga disminuye o el rotor aumenta la velocidad, ocurre lo contrario.
Mantenimiento del alternador
Los ensayos de alternador y su servicio requieren de precauciones especiales ya que el terminal de salida del alternador está conectado a la batería en todo momento. Tenga cuidado de no invertir la polaridad de la batería cuando se realiza alguna prueba con la misma. Un aumento de la corriente en la dirección opuesta podría quemar los diodos del alternador.
No haga "corto" o ponga "tierra" a propósito o accidentalmente el sistema cuando haga la prueba de desconectar o conectar los cables a los terminales del alternador o del regulador. Por ejemplo, la puesta de masa del terminal de campo, ya sea en el alternador o el regulador puede dañar el regulador. La conexión a masa del terminal de salida del alternador puede dañar el alternador y posiblemente otras partes del sistema de carga.
Nunca opere un alternador en un circuito abierto. Sin la batería o la carga eléctrica en el circuito, los alternadores son capaces de producir alta tensión (50 a más de 110 voltios) que pueden dañar los diodos y poner en peligro cualquier persona que toque el terminal de salida del alternador.
El mantenimiento del alternador se minimiza por el uso de cojinetes prelubricados y escobillas más duraderas. Si existe un problema en el circuito de carga, compruebe si hay un circuito de campo completo mediante la colocación de un destornillador largo en la superficie de la parte trasera del soporte del cojinete del alternador. Si el circuito de campo está completo, habrá una fuerte atracción magnética en la punta del destornillador, que indica que el campo está energizado. Si no hay ninguna corriente de campo, el alternador no cargará, ya que es excitado por la tensión de la batería.
Si usted sospecha de hay problemas en el sistema de carga después de comprobar las conexiones de los cables y la batería, conecte un voltímetro entre los terminales de la batería. Si la lectura de voltaje, cuando la velocidad del motor aumenta, está dentro de la especificación recomendada por el fabricante, el sistema de carga está funcionando correctamente. Si las pruebas del alternador fallan, el alternador debe ser retirado para reparaciones o ser reemplazado. NO LO OLVIDE, usted SIEMPRE debe desconectar los cables de la batería primero.
PRUEBA DEL ALTERNADOR
Para determinar qué componente(s) ha causado el problema, tendrá que desmontar y probar el alternador.
Prueba del rotor.- Para probar el rotor por posibles puestas a tierra y cortocircuitos, haga lo siguiente:
Para localizar puestas a tierra, conectar una lámpara de prueba o un óhmetro entre uno de los anillos de colector y el eje del rotor (fig. 2-29). Una lectura de óhmetro baja o la iluminación de la lámpara de prueba indica que el devanado del rotor está conectado a tierra.
Figura 2-29 -. Localización de puestas a tierra en el rotor
Para localizar cortocircuitos y circuitos abiertos en el rotor, conectar el óhmetro a ambos anillos colectores, como se muestra en la figura 2-30. Una valor de lectura del ohmímetro por debajo la resistencia especificada por el fabricante indica un cortocircuito. Una lectura por encima del valor de la resistencia especificada indica circuito abierto. Si una lámpara de prueba no se enciende cuando está conectada a ambos anillos colectores, el devanado está abierto.
Prueba del estator -El devanado del estator pueden ser probado para localizar circuitos abiertos y puestas a tierra después de que se ha desconectado del extremo de bastidor del alternador.
Si la lectura del óhmetro es baja o se enciende la lámpara de prueba cuando se conecta entre cada par de cables del estator (fig. 2-31), el devanado del estator es eléctricamente bueno.
Una lectura de óhmetro alta o la falta de iluminación de la lámpara de prueba cuando se conecta a cualquiera de los cables y el bastidor de estator (fig. 2-32) indica que los devanados no están conectados a tierra. No es práctico probar cortocircuitos del estator debido a la resistencia muy baja del devanado.
Figura 2-30 -. Prueba de circuitos abiertos y cortocircuitos del rotor.
Figura 2-31 -. Prueba de circuitos abiertos en un estator
Prueba de los diodos.- Con los devanados del estator desconectados, cada diodo puede ser probado con un óhmetro o con una luz de prueba. Para realizar la prueba con un multímetro, proceda de la siguiente manera:
Conectar un cable de prueba del óhmetro a una punta del diodo y el otro a la superficie exterior del mismo (Fig. 2-33). Registre la lectura. Después invierta las puntas del óhmetro en el diodo y de nuevo anote la lectura. Si ambas lecturas son muy bajas o muy altas, el diodo está defectuoso. Un diodo bueno dará una lectura alta y una baja.
Un método alternativo de ensayo de cada diodo es utilizar una lámpara de prueba con una batería de 12-voltios. Para realizar una prueba con una lámpara de prueba, haga lo siguiente:
Conecte una de las puntas de prueba al cable del diodo y la otra punta de prueba tal como muestra la figura 2-34. Después invierta las conexiones de las puntas. Si se enciende la lámpara en ambas direcciones, el diodo está defectuoso. O, si la lámpara no se enciende en ninguna dirección, el diodo también está defectuoso. Cuando se está probando un diodo en buen estado, la lámpara se encenderá sólo en una de los dos controles.
Figura 2-32 -. Búsqueda de puestas a tierra en un estator.
Figura 2-33 -. Prueba de diodos con un óhmetro.
Figura 2-34 -. Prueba de diodos con una lámpara de prueba.
Después de completar la prueba requerida y hacer las reparaciones necesarias o sustituciones de piezas, volver a montar el alternador e instalarlo en el vehículo. Después de la instalación, arranque el motor y compruebe que el sistema de carga funcione correctamente. NUNCA INTENTE POLARIZAR UN ALTERNADOR. Los intentos de hacerlo no sirven para nada y pueden dañar los diodos, cableado y otros componentes del circuito de carga.
