Alternador Automotriz: Construcción de un Generador Trifásico para Aprendizaje Práctico

Componentes y Materiales del Proyecto

• Alternador automotriz (uno requerido, pero dos recomendados)

Los alternadores usados pueden conseguirse baratos en desguaces, donde muchas unidades ya están removidas por conveniencia. Un alternador nuevo no es necesario; una unidad usada en buen estado ofrece el mismo rendimiento para este experimento.

Recomiendo seleccionar un alternador Delco-Remy, que equipa muchos vehículos GM (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Este modelo ha permanecido virtualmente inalterado desde principios de los 60, abundante en desguaces y sencillo de desmontar.

Con dos alternadores, puedes convertir uno en generador trifásico y el otro en motor; los pasos de conversión son idénticos.

Referencias Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volumen 1, capítulo 14: "Magnetismo y Electromagnetismo"

Lessons In Electric Circuits, Volumen 2, capítulo 10: "Circuitos CA Polifásicos"

Objetivos de Aprendizaje

• Comprender los principios de electromagnetismo e inducción
• Explorar la construcción de máquinas electromagnéticas reales
• Aplicar conocimiento de devanados trifásicos en la práctica

 

Diagrama Esquemático del Alternador Automotriz

 

 

Un alternador automotriz es un generador trifásico que incorpora un rectificador de seis diodos. Cuando la polea (o polea ranurada) impulsada por el cigüeñal del motor gira, un electroimán rotatorio pasa junto a un conjunto estacionario de devanados del estator en configuración Y.

El rotor es un electroimán en lugar de un imán permanente, permitiendo ajustar la fuerza del campo magnético con una pequeña entrada CC. Este diseño mantiene el voltaje de salida estable independientemente de la velocidad del eje.

La bobina de campo recibe energía a través de anillos deslizantes de cobre y escobillas de carbón, mantenidas en su lugar por presión de resorte. Muchos alternadores incluyen un regulador a bordo que conmuta la batería encendida y apagada para controlar la bobina de campo; si está presente, este regulador puede removerse para simplificar el experimento.

Cuando se remueve el regulador, deja los terminales de las escobillas accesibles para poder alimentar la bobina de campo con CC mientras el alternador permanece completamente ensamblado.

 

Ilustración del Alternador Automotriz

 

 

Instrucciones del Experimento

Comienza consultando el manual de servicio para tu modelo específico de alternador. Las instrucciones a continuación son genéricas y pueden necesitar adaptación para otras marcas.

Como los terminales del fabricante no se adecúan a nuestro experimento, necesitarás crear conexiones personalizadas. Desmonta cuidadosamente el alternador y localiza los terminales que alimentan las dos escobillas de carbón. Suelda un par de cables calibre 20 a estos terminales, guiando los cables a través de orificios de ventilación para evitar interferencia con el rotor.

A continuación, identifica los tres terminales del estator que se conectan al puente de diodos. Suelda cables de calibre 18 o 20 a cada uno de estos terminales y pásalos fuera de la carcasa. Usa el calibre más grande práctico, ya que conducen la corriente de línea completa.

Para mayor confiabilidad, coloca terminales de anillo en tus cables y asegúralos debajo de las tuercas de los terminales originales. Esto garantiza una conexión robusta al bloque de diodos y simplifica futuros desmontajes.

Re-ensambla el alternador, asegurándote de que las escobillas estén retraídas para evitar contacto con el rotor durante la operación. Las unidades Delco-Remy a menudo proveen un pequeño orificio de acceso; un clip de papel o alambre delgado puede sostener las escobillas hacia atrás contra la tensión del resorte durante el re-ensamblaje.

Después de confirmar que el eje gira suavemente, conecta los cables de campo a una batería de 6 V y conecta un voltímetro a cualquier dos de los tres terminales de línea:

Con el medidor en voltios CC, gira el eje suavemente. La lectura debería oscilar entre valores positivos y negativos, demostrando la producción de CA. Cambiando el medidor a voltios CA y repitiendo la prueba a diferentes velocidades ilustrará la relación entre entrada mecánica y salida eléctrica.

Cortocircuita cualquier dos de los tres cables de línea y gira el alternador de nuevo. Notarás mayor resistencia a la rotación; esta es la carga mecánica impuesta por el cortocircuito eléctrico.

Ahora alimenta la bobina de campo con 12 V CC y repite las pruebas CC, CA y de cortocircuito. Compara los resultados con los obtenidos con 6 V; un voltaje de campo mayor elevará el voltaje de salida y aumentará el par de carga.

Conecta una carga insensible a la polaridad, como una pequeña lámpara incandescente, a los tres terminales de línea. Envuelve una cuerda alrededor de la polea y gira el alternador rápidamente; la lámpara debería encender, confirmando que el alternador puede impulsar una carga real.

Si tienes un segundo alternador, sigue los mismos pasos de cableado para prepararlo como motor. Conecta los terminales de línea del primer alternador a los terminales correspondientes del segundo. Alimenta la bobina de campo del primer alternador desde una batería de 6 V, y cortocircuita las bobinas de campo del segundo para crear un motor de inducción.

Gira el generador y observa el eje del motor. Invirtiendo cualquier dos conexiones de línea cambiarás la secuencia de fases, alterando la dirección de rotación del motor.

Alternativamente, conecta la bobina de campo del motor a la misma batería de 6 V que la del generador. El motor ahora opera como motor síncrono, con el rotor bloqueado al campo magnético rotatorio.

Lleva tu Alternador Modificado al Siguiente Nivel

Para aquellos con habilidades de metalistería, puedes montar el alternador en una bicicleta para crear un generador accionado por pedales. El diseño que usé conecta la polea del alternador a la rueda trasera mediante una correa en V larga, que también soporta la parte trasera de la bicicleta y mantiene la tensión mientras se conduce.

El generador está soportado por un marco de acero —se usó tubo cuadrado de 2 pulgadas, pero un marco de madera también funcionaría. El conjunto funciona como máquina de ejercicio práctica y es económico de construir.

Tres lámparas "RV" de 12 V sirven como carga, controladas por interruptores montados en el frente de la bicicleta. Al rectificar la salida trifásica, el alternador puede alimentar su propia bobina de campo, eliminando la necesidad de batería una vez que el sistema está en marcha. Una fuente CC inicial sigue siendo necesaria para energizar la bobina de campo al arranque.

 

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de Trabajo de Teoría de Generador CA
• Hoja de Trabajo de Sistemas de Potencia Polifásicos