Alternador automotriz

Piezas y materiales del proyecto

• Alternador de automóvil (se requiere uno, pero se recomiendan dos)

Se pueden obtener alternadores viejos a precios bajos en los depósitos de demolición de automóviles. Muchos astilleros tienen alternadores ya retirados del automóvil, para su conveniencia. Yo no Recomiendo pagar el precio completo por un alternador nuevo, ya que las unidades usadas cuestan mucho menos dinero y funcionan igual de bien para los propósitos de este experimento.

Recomiendo encarecidamente utilizar una marca Delco-Remy del alternador. Este es el tipo utilizado en vehículos de General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Delco-Remy ha producido un modelo en particular desde principios de la década de 1960 con pocos cambios de diseño. Es un muy unidad común para ubicar en un patio de demolición y muy fácil de trabajar.

Si obtiene dos alternadores, puede usar uno como generador y el otro como motor. Los pasos necesarios para preparar un alternador como generador trifásico y como motor trifásico son los mismos.

Referencias cruzadas

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 14:"Magnetismo y electromagnetismo"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 2, capítulo 10:"Circuitos de CA polifásicos"

Objetivos de aprendizaje

• Para determinar los efectos del electromagnetismo
• Para determinar los efectos de la inducción electromagnética
• Para ilustrar la construcción de máquinas electromagnéticas reales
• Para ilustrar la construcción y aplicación de devanados trifásicos

Diagrama esquemático del alternador automotriz

Un alternador automotriz es un generador trifásico con un circuito rectificador integrado que consta de seis diodos. A medida que la polea (la mayoría de la gente la llama "polea") gira mediante una correa conectada al cigüeñal del motor del automóvil, un imán pasa por un conjunto estacionario de devanados trifásicos (llamado estator ). ), normalmente conectado en una configuración Y.

El imán giratorio es en realidad un electroimán, no un imán permanente. Los alternadores están diseñados de esta manera para que se pueda controlar la intensidad del campo magnético, a fin de que el voltaje de salida pueda controlarse independientemente de la velocidad del rotor.

Esta bobina de imán de rotor (llamada bobina de campo o simplemente campo ) recibe energía de la batería, por lo que se necesita una pequeña cantidad de energía eléctrica de entrada al alternador para generar una gran cantidad de energía de salida.

La energía eléctrica se conduce a la bobina de campo giratoria a través de un par de "anillos deslizantes" de cobre montados concéntricamente en el eje, contactados por "escobillas" de carbón estacionarias. Las escobillas se mantienen en contacto firme con los anillos deslizantes mediante la presión del resorte.

Muchos alternadores modernos están equipados con circuitos “reguladores” incorporados que encienden y apagan automáticamente la energía de la batería en la bobina del rotor para regular el voltaje de salida. Este circuito, si está presente en el alternador que elija para el experimento, es innecesario y solo impedirá su estudio si se deja en su lugar.

Siéntase libre de "quitarlo quirúrgicamente", solo asegúrese de dejar acceso a los terminales de las escobillas para que pueda alimentar la bobina de campo con el alternador completamente ensamblado.

Ilustración de alternador automotriz

Instrucciones del experimento

Primero, consulte un manual de reparación automotriz sobre los detalles específicos de su alternador. La documentación proporcionada en el libro que está leyendo ahora es lo más general posible para adaptarse a diferentes marcas de alternadores. Es posible que necesite información más específica y un manual de servicio es el mejor lugar para obtenerla.

Para este experimento, conectará cables a las bobinas dentro del alternador y los extenderá fuera de la caja del alternador, para facilitar la conexión a los equipos y circuitos de prueba. Desafortunadamente, los terminales de conexión proporcionados por el fabricante no se ajustan a nuestras necesidades aquí, por lo que debe hacer sus propias conexiones.

Desarme la unidad y ubique los terminales para conectar a las dos escobillas de carbón. Suelde un par de cables a estos terminales (al menos de calibre 20) y extienda estos cables a través de los orificios de ventilación en la caja del alternador, asegurándose de que no se enganchen en el rotor giratorio cuando el alternador se vuelva a ensamblar y usar.

Ubique las conexiones de la línea trifásica que provienen de los devanados del estator y conecte los cables a ellos también, extendiendo estos cables fuera de la caja del alternador a través de algunos orificios de ventilación. Utilice el cable de mayor calibre con el que sea conveniente trabajar para estos cables, ya que pueden transportar una corriente considerable.

Al igual que con los cables de campo, enrutelos de tal manera que el rotor gire libremente con el alternador reensamblado. Los terminales de la línea de bobinado del estator son fáciles de ubicar:los tres se conectan a tres terminales en el conjunto del diodo, generalmente con terminales de "orejeta de anillo" soldados a los extremos de los cables.

Le recomiendo que suelde terminales de orejeta de anillo a sus cables y que los adhiera debajo de las tuercas de terminal junto con los extremos de los cables del estator para que cada terminal del bloque de diodos asegure dos terminales de anillo.

Vuelva a montar el alternador, teniendo cuidado de asegurar las escobillas de carbón en una posición retraída para que el rotor no las dañe al volver a insertarlas. En los alternadores Delco-Remy, se proporciona un pequeño orificio en la mitad trasera de la caja y también en la parte delantera del conjunto del portaescobillas, a través del cual se puede insertar un clip para papel o un cable de calibre delgado para sujetar las escobillas contra la presión del resorte. . Consulte el manual de servicio para obtener más detalles sobre el montaje del alternador.

Cuando se haya ensamblado el alternador, intente girar el eje y escuche cualquier sonido que indique piezas en colisión o cables enganchados. Si hay algún problema de este tipo, desmóntelo nuevamente y corrija lo que esté mal.

Si y cuando gira libremente como debería, conecte los dos cables de "campo" a una batería de 6 voltios. Conecte un voltímetro a dos de las conexiones de la línea trifásica:

Con el multímetro configurado en la función "Voltios CC", lentamente Gire el eje del alternador. La lectura del voltímetro debe alternar entre positiva y negativa a medida que gira el eje:una demostración de la generación de voltaje alterno muy lento (voltaje CA). Si esta prueba tiene éxito, cambie el multímetro a la configuración de “voltios CA” y vuelva a intentarlo. Intente girar el eje lento y rápido, comparando las lecturas del voltímetro entre las dos condiciones.

Haga un cortocircuito en dos de los cables de la línea trifásica e intente hacer girar el alternador. Lo que debe notar es que el eje del alternador se vuelve más difícil de girar. La gran carga eléctrica que ha creado a través del cortocircuito provoca una gran carga mecánica en el alternador, ya que la energía mecánica se convierte en energía eléctrica.

Ahora, intente conectar 12 voltios CC a los cables de campo. Repita las pruebas de voltímetro de CC, voltímetro de CA y cortocircuito descritas anteriormente. ¿Qué diferencia (s) nota (s)?

Encuentre algún tipo de cargas de 6 o 12 voltios insensibles a la polaridad, como pequeñas lámparas incandescentes, y conéctelas a los cables de línea trifásicos. Envuelva una cuerda delgada o una cuerda pesada alrededor de la ranura de la polea ("polea") y haga girar el alternador rápidamente, y las cargas deberían funcionar.

Si tiene un segundo alternador, modifíquelo como modificó el primero, conectando cinco de sus propios cables a las escobillas de campo y terminales de la línea del estator, respectivamente. Luego puede usarlo como un motor trifásico, alimentado por el primer alternador.

Conecte cada uno de los cables de la línea trifásica del primer alternador a los cables respectivos del segundo alternador. Conecte los cables de campo de un alternador a una batería de 6 voltios. Este alternador será el generador. Envuelva la cuerda alrededor de la polea en preparación para hacerla girar. Tome los dos cables de campo del segundo alternador y haga un cortocircuito. Este alternador será el motor:

Haga girar el eje del generador mientras observa la rotación del eje del motor. Intente invertir cualquier dos de las conexiones de la línea trifásica entre las dos unidades y haga girar el generador nuevamente. ¿Qué es diferente esta vez?

Conecte los cables de campo de la unidad del motor a la batería de 6 voltios (puede conectar en paralelo este campo con el campo de la unidad del generador, a través de los mismos terminales de la batería, si la batería es lo suficientemente fuerte para entregar varios amperios de corriente tanto las bobinas se juntarán). Esto magnetizará el rotor del motor. Intente hacer girar el generador nuevamente y observe las diferencias en el funcionamiento.

En la primera configuración del motor, donde los cables de campo estaban en cortocircuito, el motor funcionaba como un motor de inducción . En la segunda configuración, donde el rotor del motor estaba magnetizado, funcionaba como un motor síncrono .

Lleve su alternador modificado al siguiente nivel

Si se siente particularmente ambicioso y es experto en técnicas de fabricación de metales, puede hacer su propia plataforma de generador de alta potencia conectando el alternador modificado a una bicicleta. He creado un arreglo que se parece a esto:

La rueda trasera acciona la polea del generador con un largo correa trapezoidal. Este cinturón también sostiene la parte trasera de la bicicleta, manteniendo una tensión constante cuando el ciclista está pedaleando. El generador cuelga de una estructura de soporte de acero (utilicé tubería cuadrada de 2 pulgadas soldada, pero se podría hacer un marco de madera). Esta máquina no solo es práctica, sino que es lo suficientemente confiable como para usarla como una máquina de ejercicios y su fabricación es económica:

Puede ver un grupo de tres bombillas “RV” de 12 voltios detrás de la unidad de la bicicleta (en la esquina inferior izquierda de la fotografía), que utilizo como carga cuando uso la bicicleta como máquina de ejercicios. Un conjunto de tres interruptores está montado en la parte delantera de la bicicleta, donde puedo encender y apagar cargas mientras conduzco.

Al rectificar la energía CA trifásica producida, es posible que el alternador alimente su propia bobina de campo con voltaje CC, eliminando la necesidad de una batería. Sin embargo, todavía será necesaria alguna fuente independiente de voltaje de CC para el arranque, ya que la bobina de campo debe estar energizada antes se puede producir cualquier corriente alterna.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de la teoría del generador de CA
• Hoja de trabajo de sistemas eléctricos polifásicos