Los **alternadores de corriente alterna** son la columna vertebral de la industria de generación de energía. Son capaces de generar **energía de corriente alterna** a una frecuencia específica. También se les llama **generadores síncronos**. La electricidad se produce en los alternadores mediante **inducción electromagnética**. Para generar electricidad en una bobina, ésta debe girar con respecto al campo magnético o el campo magnético debe girar con respecto a la bobina. En el caso del alternador, se utiliza el último enfoque.
El rotor y las bobinas del inducido son las dos partes principales de un alternador. El rotor produce un **flujo magnético rotativo** y las bobinas del inducido son estacionarias y el flujo magnético rotativo asociado con el rotor induce electricidad en las bobinas del inducido. Este tipo de rotor que se muestra aquí se conoce como **rotor de polos salientes**.
Funcionamiento de un Rotor de Polos Salientes
Para comprender mejor su funcionamiento, consideremos un rotor con solo cuatro polos. Las bobinas del rotor se excitan con una fuente de energía en corriente continua y el campo magnético producido a su alrededor sería el que se muestra en la imagen. El rotor se hace girar mediante un **motor principal**, lo que hace que el flujo magnético del rotor también gire con él a la misma velocidad.
Este flujo magnético giratorio ahora se encuentra con las bobinas del inducido que están montadas alrededor del rotor. Esto generará una fuerza electromotriz (fem) **alterna** a través del devanado del inducido. Lo siguiente es una versión a cámara lenta de la interacción rotor-estator para este sistema de cuatro polos. Cuando el rotor gira medio giro, la fem inducida completa un ciclo completo.
Ahora podemos establecer fácilmente que la frecuencia de la fem inducida, la velocidad de rotación del rotor y el número de polos están conectados mediante la siguiente relación:
frecuencia = (velocidad de rotación * número de polos) / 120
Es claro que la frecuencia de la electricidad producida está sincronizada con la velocidad de rotación mecánica. Antes de producir corriente alterna trifásica, se colocan otras dos bobinas del inducido en una diferencia de fase de 120 grados con la primera bobina. Estas bobinas del inducido adicionales se conectan en estrella en un extremo y la electricidad trifásica se extrae de los otros extremos.
Es claro por esta ecuación que, para producir electricidad de 60 Hz, un rotor de cuatro polos debe funcionar a ciertas RPM. Estas RPM tan altas generarían una **enorme fuerza centrífuga** en los polos del rotor y podrían fallar mecánicamente con el tiempo. Por lo tanto, los rotores de polos salientes generalmente tienen de 10 a 20 polos, lo que requiere una RPM más baja. Los núcleos de los polos se utilizan para transferir eficazmente el flujo magnético y están hechos con láminas de acero de grosor considerable. Estas láminas aisladas reducen la pérdida de energía debido a la formación de corrientes de Foucault.
Aquí se muestra el enrollado del inducido de tres fases y doce polos. Se utiliza un núcleo estándar para aumentar la transferencia de flujo magnético. La corriente en CC se suministra al rotor a través de un par de anillos deslizantes. La corriente en CC se suministra desde una fuente externa o desde un pequeño generador en CC que está montado en el mismo motor principal. A estos alternadores se les llama **autosuficientes**. Con la variación de la carga, la tensión de salida en los terminales del generador variará. Se desea mantener la tensión de terminal en un límite especificado, y un **regulador automático de voltaje** ayuda a lograrlo. La regulación de voltaje se puede lograr fácilmente controlando la corriente de campo. Si la tensión de los terminales está por debajo del límite deseado, el regulador automático de voltaje aumenta la corriente de campo y, por lo tanto, la intensidad del campo. Esto resultará en un aumento en la tensión de los terminales. Si la tensión de los terminales es alta, se hace lo contrario.
Espero que hayas tenido una buena introducción al funcionamiento de los **alternadores de corriente alterna**. ¡Gracias!
