Principio de funcionamiento del alternador

El principio de funcionamiento de un alternador es muy sencillo. Es igual que el principio básico del generador de corriente continua. También depende de la ley de Faraday de la inducción electromagnética que dice que la corriente es inducida en el conductor dentro de un campo magnético cuando hay un movimiento relativo entre ese conductor y el campo magnético.

Para entender el funcionamiento del alternador pensemos en una espira rectangular simple colocada entre dos polos magnéticos opuestos como se muestra arriba.

Digamos que esta espira simple ABCD puede girar contra el eje a-b. Supongamos que esta espira empieza a girar en el sentido de las agujas del reloj. Después de una rotación de 90o el lado AB o el conductor AB de la espira se encuentra frente al polo S y el conductor CD se encuentra frente al polo N. En esta posición el movimiento tangencial del conductor AB es justo perpendicular a las líneas de flujo magnético desde el polo N al S. Por lo tanto, la tasa de corte de flujo por el conductor AB es máxima aquí y para ese corte de flujo habrá una corriente inducida en el conductor AB y la dirección de la corriente inducida puede ser determinada por la regla de la mano derecha de Fleming. Según esta regla la dirección de esta corriente será de A a B. Al mismo tiempo el conductor CD viene bajo el polo N y aquí también si aplicamos la regla de la mano derecha de Fleming obtendremos la dirección de la corriente inducida y será de C a D.

Ahora después de la rotación en el sentido de las agujas del reloj de otros 90o la vuelta ABCD viene en la posición vertical como se muestra a continuación. En esta posición el movimiento tangencial del conductor AB y CD es justo paralelo a las líneas de flujo magnético, por lo tanto no habrá corte de flujo que es ninguna corriente en el conductor.

Mientras que el giro ABCD viene de una posición horizontal a una posición vertical, el ángulo entre las líneas de flujo y la dirección de movimiento del conductor, se reduce de 90o a 0o y en consecuencia la corriente inducida en el giro se reduce a cero de su valor máximo.

Después de otro giro de 90o en el sentido de las agujas del reloj, la espira vuelve a la posición horizontal, y aquí el conductor AB queda bajo el polo N y el CD queda bajo el polo S, y aquí si aplicamos de nuevo la regla de Fleming de la mano derecha, veremos que la corriente inducida en el conductor AB, va del punto B al A y la corriente inducida en el conductor CD va del D al C.

Como en esta posición el giro llega a una posición horizontal desde su posición vertical, la corriente en los conductores llega a su valor máximo desde cero. Eso significa que la corriente circula en la espira cerrada desde el punto B hasta el A, desde el A hasta el D, desde el D hasta el C y desde el C hasta el B, siempre que la espira esté cerrada aunque no se muestre aquí. Esto significa que la corriente es inversa a la de la posición horizontal anterior cuando la corriente circulaba como A → B → C → D → A.

Mientras el giro sigue avanzando hacia su posición vertical la corriente se reduce de nuevo a cero. Así que si el giro sigue girando la corriente a su vez alterna continuamente su dirección. Durante cada revolución completa del giro, la corriente a su vez llega gradualmente a su valor máximo y luego se reduce a cero y luego de nuevo llega a su valor máximo pero en dirección opuesta y de nuevo llega a cero. De este modo, la corriente completa un ciclo sinusoidal completo durante cada revolución de 360o del giro. Así pues, hemos visto cómo se produce la corriente alterna en un giro se gira dentro de un campo magnético. A partir de esto, pasamos al principio de funcionamiento real de un alternador.

Ahora colocamos una escobilla estacionaria en cada anillo colector. Si conectamos dos terminales de una carga externa con estas dos escobillas, obtendremos una corriente alterna en la carga. Este es nuestro modelo elemental de un alternador.


Habiendo comprendido el principio básico de un alternador, veamos ahora el principio básico de funcionamiento de un alternador práctico. Durante la discusión del principio básico de funcionamiento de un alternador, hemos considerado que el campo magnético es estacionario y los conductores (inducido) están girando. Pero generalmente en la construcción práctica de un alternador, los conductores de la armadura son estacionarios y los imanes de campo giran entre ellos. El rotor de un alternador o de un generador síncrono está acoplado mecánicamente al eje o a los álabes de la turbina, que se hace girar a la velocidad síncrona Ns bajo alguna fuerza mecánica resulta en el corte del flujo magnético de los conductores estacionarios de la armadura alojados en el estator.

Como consecuencia directa de este corte de flujo una emf inducida y la corriente comienza a fluir a través de los conductores de la armadura que primero fluyen en una dirección para el primer medio ciclo y luego en la otra dirección para el segundo medio ciclo para cada devanado con un desfase definido de 120o debido a la disposición desplazada del espacio de 120o entre ellos como se muestra en la figura siguiente. Este fenómeno particular da lugar a un flujo de potencia trifásica que sale del alternador y se transmite a las estaciones de distribución para usos domésticos e industriales.

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