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• Jaime Becerra

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Circuito de carga. Regulador

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10.1. Necesidad de la regulación La tensión generada por el alternador es proporcional a su velocidad de rotación, como ya es conocido, pues al aumentar la rapidez con que el campo magnético corta a los conductores activos del inducido, crece el valor de la tensión inducida en ellos. Como quiera que esta velocidad de rotación varía constantemente durante la marcha del vehículo (el alternador es movido por el motor de combustión), la tensión generada está variando continuamente y, por ello, se hace necesaria una regulación para mantenerla dentro de los límites de utilización convenientes, para que los diferentes aparatos receptores del equipo eléctrico reciban la tensión adecuada a su buen funcionamiento. Si se consigue que la tensión generada sea sensiblemente constante, estará asegurado el buen funcionamiento de los diferentes aparatos receptores. La regulación de la tensión se consigue actuando sobre la corriente de excitación del alternador y, con ello, sobre el campo magnético creado por el rotor, el cual aumenta o disminuye 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 una reducción o 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. Por otra parte, para una determinada tensión en bornes del alternador, la intensidad de corriente entregada por éste depende de los circuitos eléctricos que estén conectados en cada momento (pues es sabido que esta conexión se realiza en paralelo), pudiendo llegar a valores excesivos que calentarían los devanados inducidos, con el consiguiente peligro de cortocircuito. Recuérdese que en las conexiones paralelo cuanto mayor sea el número de consumidores conectados, mayor es la intensidad total que suministra el generador para una misma tensión. Todo ello implica la necesidad de un regulador que actúe en estos casos, pero debido a sus propias características, el alternador no necesita un regulador de intensidad, ya que esta regulación se efectúa de forma automática debido a los fenómenos de autoinducción que se producen en el devanado inducido. De esta forma, cuando la corriente entregada por el alternador y que sale del bobinado del estátor es elevada, el campo magnético creado en las bobinas de las diferentes fases del estátor, con el paso de la corriente por ellas, 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 alterna 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.

10.2. Reguladores de contactos De entre los diferentes tipos de regulador empleados en los circuitos de carga con alternador, los más sencillos son los de tipo mecánico, llamados de contactos. En estos reguladores, la variación alternativa de la corriente de excitación se efectúa mediante el cierre y la apertura de un contacto móvil y conexión de una resistencia en serie con el circuito de excitación. Los reguladores de contactos basan su funcionamiento en los efectos electromagnéticos de los relés, en los cuales, el campo magnético creado por una bobina actúa sobre una armadura que constituye el contacto móvil. El paso de corriente por esta bobina crea un potente campo magnético en su núcleo capaz de atraer a la armadura para activar el contacto.

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10 Circuito de carga. Regulador La figura 10.1 muestra la estructura y esquema de un relé para aplicación a los reguladores de contactos. Está constituido por una bobina (B), cuyo núcleo actúa sobre el contacto móvil (C), que en posición de reposo está apoyado en el contacto fijo (A), gracias a la acción del muelle laminar (D). En estas condiciones, la tensión del generador aplicada al borne + establece una corriente a través de la bobina, cuyo campo magnético tira del contacto móvil (C) contra la fuerza del muelle laminar (D). Al mismo tiempo, la corriente pasa del borne + al EXC por la armadura (E) y contactos (C y A), para alimentar el rotor del alternador. Tarando convenientemente la fuerza del muelle laminar se consigue que los contactos se abran para un determinado valor del campo magnético creado por la bobina, o lo que es igual, para una tensión concreta aplicada a ella. Cuando se alcanza este valor de tensión, la fuerza del campo magnético se hace mayor que la del muelle laminar y los contactos se abren; así se interrumpe la corriente hacia el borne EXC y el rotor del alternador, con lo que se obtiene la regulación.

Figura 10.1. Regulador de contactos.

En la figura 10.2 se muestra el esquema de un circuito de carga para alternador trifásico, cuyo regulador de tensión es del tipo de contactos citado. Cuando se cierra el interruptor de encendido (I), la tensión del circuito (que en el caso de motor todavía parado es la de 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 mismo tiempo, la bobina (B) queda sometida a esta tensión y, si el valor de ella 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 hace disminuir 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.

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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.

Figura 10.2. Conexionado entre el alternador y el regulador.

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 su salida, 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. La figura 10.3 muestra las diferentes fases de funcionamiento de este tipo de regulador de contactos, donde puede verse también el conexionado del mismo al alternador, cuyos bornes están debidamente señalizados. Este regulador incorpora una resistencia de compensación térmica (Rc), conectada en serie con la bobina de tensión. La fase (A) muestra el paso de la corriente en el inicio de funcionamiento, cuando el interruptor de encendido se conecta y el motor no ha sido puesto en marcha todavía. Las fases (B) y (C) muestran los instantes de regulación, en los que la fuerza magnética de la bobina de tensión lleva al contacto móvil del regulador a una posición intermedia (fase B) desviando la corriente de excitación a través de la resistencia de regulación (Rr), o a una posición en que toca con el contacto inferior (fase C), en cuyo caso la corriente de excitación es desviada a masa después de la resistencia de regulación.

Figura 10.3. Fases de funcionamiento del regulador de contactos.

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10 Circuito de carga. Regulador El regulador anteriormente tratado es de un solo elemento, ya que únicamente es necesario el limitador de tensión; no obstante, en algunos modelos se dipone de otro elemento (disyuntor) que se emplea para el control de la lámpara testigo de carga, que va situada en el tablero de instrumentos del vehículo. En la figura 10.4 puede verse uno de estos reguladores, con las conexiones correspondientes al circuito de carga. El alternador presenta la variante de que en el centro de la estrella formada en el devanado inducido, se toma una conexión para un borne auxiliar (C), que gobierna el encendido y apagado de la lámpara testigo de carga por medio de la bobina (A), cuyo campo magnético gobierna los contactos (P) y (Q), abiertos en posición de reposo. La lámpara se conecta entre el borne (L) del regulador y el interruptor (I). El regulador de tensión lo constituye una bobina (B), que gobierna los contactos conectados en serie con el circuito de excitación, al igual que ya se vio en el anterior regulador. El funcionamiento del limitador de tensión es, por tanto, similar al ya explicado. En posición de reposo los contactos superiores están unidos y solamente se separan cuando se produce la regulación, pudiéndose llegar a juntar el intermedio con el inferior en los casos límite. Cuando se cierra el interruptor de encendido (I), la corriente de excitación se establece a través de la lámpara testigo, por el circuito marcado de trazo grueso en la figura. Esta corriente es suficiente para conseguir la excitación del rotor, con lo cual el alternador producirá f.e.m. en cuanto esté girando el motor de combustión. Cuando esto ocurre (fig. 10.5) la tensión existente en el borne (C) establece una corriente a través de la bobina capaz de crear un campo magnético suficiente para cerrar los contactos y, en ese momento, la lámpara se apaga, pues a los dos extremos de la misma está aplicada la misma tensión. El circuito de excitación se establece ahora a través de los contactos (P) y (Q), tal como se ve en la figura.

Figura 10.4. Regulador de tensión de dos elementos. Lámpara testigo de carga encendida.

Figura 10.5. Regulador de tensión de dos elementos. Lámpara testigo de carga apagada.

Si el alternador no produce f.e.m., la tensión en el borne (C) es nula y los contactos (P) y (Q) se abren, enceniéndose la lámpara de control.

10.3. Ayuda electrónica para los reguladores de contacto Las crecientes exigencias planteadas en cuanto a duración, exactitud de regulación y menor mantenimiento, junto con el desarrollo tecnológico alcanzado en los últimos años en electrónica, han hecho posi-

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