Generación de corriente alterna: alternador, FEM y regulación de tensión

Rectificación de Corriente

El rectificador de onda completa tiene como función principal asegurar que la corriente fluya en un único sentido. Para lograr una corriente lo más estable posible (continua), se añade un condensador en paralelo a la fuente de energía.

Inducción Electromagnética y Generación de Tensión

Ley de Faraday

Según el principio de Faraday, cuando un conductor experimenta una variación en el campo magnético, se genera una diferencia de potencial entre sus extremos. Todos los generadores fabrican tensión alterna.

• Dinamo: El cable se mueve alrededor del imán.
• Alternador: El imán gira alrededor del cable. La diferencia clave es que el alternador permite tener más consumidores conectados simultáneamente.

Campo Magnético en Solenoides

La intensidad del campo magnético ($\text{H}$) se calcula mediante la siguiente relación:

$$\text{H} = \frac{1.25 \times \text{número de espiras} \times \text{intensidad}}{\text{longitud de la solenoide}}$$

Verificación y Tipos de Alternadores

Pruebas de Alternador

Las verificaciones esenciales de un alternador incluyen:

1. Continuidad entre anillos.
2. Aislamiento a masa.
3. Pruebas mecánicas de rodamiento.

Tipos de Alternadores

Existen principalmente dos tipos:

• Monofásico.
• Trifásico.

Tipos de Conexión (Trifásico)

Las conexiones comunes para sistemas trifásicos son:

• En estrella.
• En triángulo.
• Cuadrado (Nota: Generalmente se refiere a delta o estrella, el término 'cuadrado' puede ser una referencia local o un error, se mantiene por fidelidad al texto original).

Funcionamiento del Alternador y Fuerza Electromotriz (FEM)

Cuando se coloca un electroimán cerca de un conductor y se hace girar, el conductor experimenta una variación del campo magnético, lo que induce una diferencia de potencial. Dado que este movimiento es rotatorio, se denomina Fuerza Electromotriz (F.E.M.).

La F.E.M. se mide en Voltios y se distingue con el símbolo $\text{E}$.

Fórmula de la FEM

La fórmula generalizada para la FEM inducida es:

$$\text{E} = \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$

Donde la Fuerza Electromotriz es la variación del flujo magnético ($\Delta \Phi$) partido por el intervalo de tiempo ($\Delta t$) en el que experimenta esa variación.

Tensión Eficaz

La tensión eficaz ($ ext{E}_{ef}$) se relaciona con la tensión máxima ($ ext{E}_{max}$) mediante:

$$\text{E}_{ef} = 0.7 \times \text{E}_{max} \quad \text{o} \quad \text{E}_{ef} = \frac{\text{E}_{max}}{\sqrt{2}}$$

Control de la Generación de Voltaje

Corriente de Excitación

La corriente de excitación ($ ext{I}_{exc}$) es la que se suministra a la bobina inductora para generar la variación del campo magnético. Esta corriente controla la intensidad del campo magnético producido por dicha bobina. La fuerza electromotriz generada depende fundamentalmente de dos factores:

1. Corriente de excitación.
2. Régimen del motor (velocidad de rotación).

Regulador de Tensión

El regulador de tensión ajusta la corriente de excitación ($ ext{I}_{exc}$) en función del número de revoluciones del motor. Su mecanismo consiste en subir o bajar la resistencia en el circuito de alimentación de la bobina inductora. La relación se puede expresar como:

$$\text{I}_{exc} = \frac{\text{V}_{D+}}{\text{R}_{circuito}}$$

Fuerza Contra Electromotriz

La fuerza electromotriz que se fabrica en el propio hilo, oponiéndose a la tensión aplicada, se denomina fuerza contra electromotriz.

Componentes de Protección y Regulación

El Diodo Zener

El diodo Zener presenta un comportamiento dual:

• Polarizado directamente: Se comporta como un diodo normal.
• Polarizado inversamente: Si se alcanza la tensión Zener (una tensión específica antes de la tensión de ruptura), se comporta como un cortocircuito (un cable normal), sin llegar a destruirse como ocurriría con un diodo estándar. Por esta razón, los diodos Zener se montan siempre inversamente en los circuitos de regulación de tensión.