Alternador

Alternadors de principis de el XX en una central hidroelèctrica de Budapest

Alternador d'un automòvil seccionat: en blau les masses polars inductoras (rotor), en roig les bobines de l'induït (estátor), a la dreta la polea d'arrastre per correja en ventilador de refrigeració, a l'esquerra la placa de diodos de rectificació i excitació.

Un alternador és un generador elèctric, capaç de transformar energia mecànica en energia elèctrica, generant una corrent alterna per mig d'inducció electromagnètica.

Els alternadors estan creats, seguint el principi de que en un conductor somés a un camp magnètic variable, durant un determinat temps es va a induir una tensió elèctrica o força electromotriz, que la seua polaridad depén del sentit del camp i el valor del fluix que ho travessa (llei de Faraday).

Un alternador de corrent alterna funciona canviant constantment la polaridad per a que hi haja moviment i genere energia. En el món s'utilisen alternadors en una freqüència de 50 Hz (Europa) o 60 Hz (Brasil, Uganda, Estats Units), és dir, que canvia la seua polaridad 100 o 120 voltes per segon.

Si l'alternador, s'utilisa per a suministrar energia a la ret, la seua velocitat de rotació es manté constant i per lo tant la freqüència f de la ret. La seua relació fonamental és:

$n=\frac{60f}{p}$

A on n representa la velocitat de gir del rotor (velocitat de sincronisme)

Característiques constructives

Un alternador consta de dos parts fonamentals, el inductor (no confondre en inductor o bobina, puix en la figura les bobines actuen com induït), que és el que crea el camp magnètic i l'induït que és el conductor travessat per les llínees de força de dit camp magnètic.

Figura 1. Disposició d'elements en un alternador simple d'excitació permanent en dos parells de pols.

Inductor

Artícul principal → Inductor.

El rotor, que en estes màquines coincidix en el inductor, és l'element giratori de l'alternador, que rep la força mecànica de rotació.

Per a tindre una idea més completa de lo que són els inductores, direm que bàsicament estan formats per un metal ferromagnético sobre el que es dispon un devanado, generalment d'aram de coure esmaltado per a produir un camp magnètic, o un iman fix en els més elementals.

Induït

Artícul principal → Induït.

L'induït o estátor és a on es troben uns quants parells de pols distribuïts de modo altern i, en este cas, formats per un bobinado entorn a un núcleu de material ferromagnético de característica blana, normalment ferro dolç.

La rotació del inductor fa que el seu camp magnètic, format per imans fixos, resulte variable en el temps, i el pas d'este camp variable pels pols de l'induït genera en ell una corrent alterna que s'arreplega en els terminals de la màquina.

Aplicació

La principal aplicació de l'alternador és la de generar energia elèctrica de corrent alterna per a entregar a la ret elèctrica, encara que també, des de l'invenció dels rectificadorés de silici, són la principal font d'energia elèctrica en tot tipo de vehículs com a automòvils, avions, barcos i trens, reemplaçant al dinamo per ser més eficient i econòmic.

Fonament físic

Diagrama d'un alternador simple en un núcleu magnètic rotante (rotor) i aram estacionario (estátor) mostrant ademés la corrent induïda en el estátor en fer rotar el camp magnètic del rotor.

El fluix magnètic (Φ) a través de cada espira de les bobines que constituïxen l'induït té per valor el producte de l'intensitat de camp (B), per la superfície de la espira (s) i pel coseno de l'àngul format pel pla que conté a esta i la direcció del camp magnètic (cos φ), per lo que el fluix en cada instant serà:

$d\Phi =B\times ds\times cos\varphi$

Com per una atra part tenim que sempre que es produïx una variació del fluix magnètic que travessa a una espira es produïx en ella una força electromotriz (ε) induïda el valor de la qual és igual a la velocitat de variació del fluix, per tant tindrem que,

$ϵ=-\frac{d\Phi }{dt}$

El signe menys davant de ε expressa que, segons la llei de Lenz, la corrent induïda s'opon a la variació del fluix que la genera.

Si la força electromotriz induïda en una espira és igual a ε, la força electromotriz total (ε_TOT) és igual a:

${ϵ}_{TOT}=ϵ\times n$

sent n el número total de espiras de l'induït.

La freqüència de la corrent alterna que apareix entre els terminals de la màquina s'obté multiplicant la velocitat de rotació (número de regressos per segon) del inductor pel número de parells de pols de l'induït (en el cas ilustrat, 2).