REGULACIÓN DEL SISTEMA DE CARGA EN LOS ALTERNADORES

La regulación de la tensión se consigue básicamente actuando sobre la corriente de excitación del alternador y, con ello, sobre el campo magnético creado en el rotor, el cual, aumenta o disminuye entre otras variables en función de los valores que toma la corriente de excitación.

Mientras la tensión generada en el alternador permanece por debajo de la tensión de regulación, el regulador no entra en función. Si la tensión en bornes del alternador sobrepasa el valor máximo prefijado, el regulador ocasiona, de acuerdo con el estado de carga de la batería, una reducción o una interrupción total de la corriente de excitación, lo que supone una disminución del campo magnético del rotor y, en consecuencia, también disminuye la tensión en bornes del alternador.

El descenso de la tensión generada hasta un valor prefijado, supone que la corriente de excitación vuelva a aumentar y, con ello, sube nuevamente la tensión en bornes, hasta sobrepasar nuevamente el valor prescrito. Seguidamente comienza de nuevo la secuencia, repitiéndose tantas veces como se produzca una subida de tensión.

Este proceso se sucede con tanta rapidez que la tensión del alternador es regulada manteniéndose en el valor constante deseado. El ajuste a las diferentes velocidades se efectúa automáticamente de manera que, a un número de revoluciones bajo, la corriente de excitación fluye con una intensidad elevada durante un tiempo relativamente largo, reduciéndose sólo por poco tiempo, con lo cual, su valor medio resulta elevado. Por el contrario, a un número de revoluciones elevado, la corriente de excitación permanece alta muy poco tiempo y es reducida durante un tiempo relativamente largo, por cuya causa, su valor medio resulta bajo.

La Figura muestra el gráfico de regulación de la corriente de excitación, donde se observa que el valor Im de ésta, para un régimen bajo de revoluciones n1 es relativamente elevado, mientras que resulta menor para un régimen nz más alto. Del mismo modo, el tiempo de conexión Te es mayor a regímenes bajos, mientras que el de desconexión Ta alcanza mayores valores en regímenes altos.

Por todo ello, dependiendo de la relación tiempo circuito cerrado/tiempo circuito abierto, se establecerá una determinada corriente por el rotor, proporcional a esta relación, que determina la magnitud del campo magnético creado y, por tanto, de la tensión en bornes del alternador.

En los procesos de conexión y desconexión, la corriente de excitación aumenta y disminuye de una manera progresiva, debido a los efectos de autoinducción que se producen en la bobina del rotor. En el momento de la conexión, la intensidad de corriente va aumentando paulatinamente con la formación del campo magnético inductor durante el tiempo de conexión Te Lo contrario ocurre en la desconexión durante el tiempo Ta.

Los fenómenos de inducción electromagnética se producen en las bobinas en los instantes de inicio del paso de corriente y final de la misma, en los cuales, la bobina se comporta de manera similar a un muelle, de forma que cuando comienza a pasar la corriente, la bobina ofrece una gran oposición que va decreciendo a medida que transcurre el tiempo, con lo que la intensidad de la corriente va creciendo en el transcurso del tiempo. Lo contrario ocurre en los instantes del corte de corriente, en los cuales se obtiene el efecto contrario, como si la bobina tratase de devolver la energía acumulada en el inicio. Estos efectos serán estudiados con profundidad al tratar el sistema de encendido.

Debido a sus propias características, el alternador no necesita un regulador de intensidad, ya que esta regulación se efectúa de forma automática. Efectivamente, cuando la corriente entregada por el alternador y que sale del bobinado del estator es elevada, el campo magnético creado en las bobinas de las diferentes fases del estator, es suficientemente alto para oponerse al flujo inductor, lo que supone una limitación de la corriente inducida. El fenómeno de la autoinducción que aquí se produce, hace que la corriente generada no suba por encima de un cierto valor.

Ocurre, además, que cuanto más elevado es el giro del alternador, mayor es la frecuencia de la corriente inducida (cambio de sentido de la corriente en las fases). Este aumento de la frecuencia, supone que la autoinducción sea mayor, lo que significa una limitación de la corriente inducida mayor aún.

Como se señaló anteriormente existen diferentes modelos de reguladores siendo hoy en día los fabricados con componentes electrónicos los predominantes, sin embargo analizaremos primero los de contactos para comprender el principio de regulación.

Cuando se cierra el interruptor de encendido I, la tensión del circuito (que en el caso de motor todavía parado es la de la batería), queda aplicada a la bobina B; pero la fuerza magnética de ésta es insuficiente para separar los contactos E y F, que se encuentran juntos en posición de reposo, tal como se ha representado en la figura. En estas condiciones, la corriente de excitación pasa desde la batería al rotor del alternador, a través de los contactos E y F, creando el campo magnético correspondiente.

En cuanto es puesto en marcha el motor del vehículo, la tensión generada en el alternador se hace superior a la de la batería y comienza la carga de ésta. Al propio tiempo, la bobina B queda sometida a esta tensión y, si el valor de la misma sobrepasa los límites establecidos (generalmente 14,5 V), la fuerza magnética creada en el arrollamiento B, es suficiente para separar el contacto móvil F del fijo E, sin que llegue a tocar con el G (queda en posición intermedia). De esta manera, la corriente de excitación llega al rotor del alternador a través de la resistencia R, al no poder pasar a través de los contactos E y F.

La caída de tensión provocada por la resistencia, disminuye la corriente de excitación y, con ello, decrece el campo magnético inductor, con lo cual, desciende la tensión en bornes del alternador. Inmediatamente, los contactos E y F vuelven a juntarse, pues la fuerza magnética de la bobina B se ha debilitado y, la corriente de excitación aumenta al pasar por ellos, en vez de hacerlo por la resistencia. Nuevamente vuelve a crecer la tensión en bornes del alternador, produciéndose otra vez la regulación. Esta secuencia se repite continuamente, lográndose que la intensidad media que recorre el inductor sea la adecuada, dependiendo de los tiempos de apertura y cierre de los contactos.

De esta manera se consigue que la tensión en bornes del alternador sea la deseada, sin que sobrepase los límites prefijados de antemano.

Cuando el consumo de los receptores eléctricos es bajo o la velocidad de rotación del alternador es alta, la intensidad de la corriente de excitación que se obtiene en la posición intermedia del contacto móvil F, es demasiado elevada, por lo que la tensión en bornes del alternador aumenta. En consecuencia, la fuerza de atracción de la bobina B es todavía mayor y hace que el contacto móvil F llegue a juntarse con el fijo G. De esta manera, la corriente de excitación que llegaba al rotor a través de la resistencia R, se desvía ahora a la salida de ella hacia los contactos F y G (ahora juntos) y masa, quedando el rotor en cortocircuito. Por esta causa, desaparece totalmente el campo magnético inductor y decrece bruscamente la tensión en bornes del alternador. Inmediatamente el contacto móvil vuelve a su posición de reposo y la tensión en bornes vuelve a crecer, repitiéndose nuevamente el ciclo completo.

Estos fenómenos se repiten con la frecuencia necesaria para conseguir el valor adecuado de la intensidad de la corriente de excitación, manteniéndose la tensión en bornes del alternador dentro de unos valores previamente establecidos.

En algunos modelos de reguladores de contactos, se colocan en serie con el circuito de excitación, unas espiras de hilo grueso, que se arrollan encima de la bobina B. El efecto producido es elevar la frecuencia de la apertura y cierre de los contactos, en consonancia con el valor de la intensidad de corriente en el rotor.

Otras veces se dispone una resistencia al final de la bobina B, en serie con ella, para realizar la compensación térmica de la resistencia del arrollamiento, obteniéndose una menor variación de la resistencia eléctrica del conjunto con la temperatura y, con ella, menor variación de la tensión regulada.