Todo vehículo moderno está equipado con un generador eléctrico que genera corriente para el funcionamiento del sistema eléctrico de a bordo y todos sus dispositivos.Una de las partes principales del generador es el estator fijo.Lea sobre qué es el estator de un generador, cómo funciona y funciona en este artículo.
Propósito del estator del generador.
En los automóviles y otros vehículos modernos se utilizan alternadores trifásicos síncronos con autoexcitación.Un generador típico consta de un estator fijo fijado en una carcasa, un rotor con un devanado de excitación, un conjunto de escobillas (que suministra corriente al devanado de campo) y una unidad rectificadora.Todas las piezas están ensambladas en una estructura relativamente compacta, que está montada en el motor y tiene transmisión por correa desde el cigüeñal.
El estator es una parte fija del alternador de un automóvil que lleva un devanado en funcionamiento.Durante el funcionamiento del generador, es en los devanados del estator donde surge una corriente eléctrica, que se convierte (rectifica) y se alimenta a la red de a bordo.
El estator del generador tiene varias funciones:
• Lleva un devanado de trabajo en el que se genera una corriente eléctrica;
• Realiza la función de una parte del cuerpo para acomodar el devanado de trabajo;
• Desempeña el papel de un circuito magnético para aumentar la inductancia del devanado de trabajo y la correcta distribución de las líneas del campo magnético;
• Actúa como disipador de calor: elimina el calor excesivo de los devanados calefactores.
Todos los estatores tienen esencialmente el mismo diseño y no se diferencian en varios tipos.
Diseño del estator del generador.
Estructuralmente, el estator consta de tres partes principales:
• Núcleo del anillo;
• Devanado de trabajo (devanados);
• Aislamiento de devanados.
El núcleo se ensambla a partir de placas anulares de hierro con ranuras en el interior.A partir de las placas se forma un paquete, la rigidez y solidez de la estructura se da mediante soldadura o remachado.En el núcleo, se hacen ranuras para colocar los devanados, y cada protuberancia es un yugo (núcleo) para las vueltas del devanado.El núcleo se ensambla a partir de placas con un espesor de 0,8 a 1 mm, hechas de grados especiales de hierro o ferroaleaciones con una cierta permeabilidad magnética.Puede haber aletas en el exterior del estator para mejorar la disipación de calor, así como varias ranuras o huecos para acoplarse con la carcasa del generador.
Los generadores trifásicos utilizan tres devanados, uno por fase.Cada devanado está hecho de alambre aislado de cobre de gran sección transversal (con un diámetro de 0,9 a 2 mm o más), que se coloca en un orden determinado en las ranuras del núcleo.Los devanados tienen terminales de los que se extrae la corriente alterna, normalmente el número de pines es de tres o cuatro, pero hay estatores con seis terminales (cada uno de los tres devanados tiene sus propios terminales para realizar conexiones de un tipo u otro).
En las ranuras del núcleo hay un material aislante que protege el aislamiento del cable contra daños.Además, en algunos tipos de estatores, se pueden insertar cuñas aislantes en las ranuras, que además actúan como fijadores de las espiras del devanado.Además, el conjunto del estator se puede impregnar con resinas epoxi o barnices, lo que garantiza la integridad de la estructura (evita el cambio de espiras) y mejora sus propiedades de aislamiento eléctrico.
El estator está montado rígidamente en la carcasa del generador y hoy en día el diseño más utilizado es en el que el núcleo del estator actúa como parte del cuerpo.Esto se implementa de manera simple: el estator se sujeta entre dos tapas de la carcasa del generador, que se aprietan con pernos; este "sándwich" le permite crear estructuras compactas con enfriamiento eficiente y facilidad de mantenimiento.También es popular el diseño en el que el estator se combina con la cubierta frontal del generador, y la cubierta trasera es extraíble y proporciona acceso al rotor, el estator y otras partes.
Tipos y características de estatores.
Los estatores de los generadores se diferencian por el número y la forma de las ranuras, el esquema de colocación de los devanados en las ranuras, el diagrama de cableado de los devanados y las características eléctricas.
Según el número de ranuras para las espiras de los devanados, los estatores son de dos tipos:
• Con 18 ranuras;
• Con 36 ranuras.
Hoy en día, el diseño de 36 ranuras es el más utilizado, ya que proporciona un mejor rendimiento eléctrico.Hoy en día, se pueden encontrar generadores con estatores con 18 ranuras en algunos automóviles nacionales de versiones anteriores.
Según la forma de las ranuras, los estatores son de tres tipos:
• Con ranuras abiertas: ranuras de sección transversal rectangular, requieren fijación adicional de las espiras;
• Con ranuras semicerradas (en forma de cuña): las ranuras se estrechan hacia arriba, por lo que las bobinas se fijan insertando cuñas aislantes o batistas (tubos de PVC);
• Con ranuras semicerradas para devanados con bobinas de una sola vuelta: las ranuras tienen una sección transversal compleja para colocar una o dos vueltas de alambre de gran diámetro o alambre en forma de cinta ancha.
Según el esquema de tendido del devanado, los estatores son de tres tipos:
• Con un circuito de bucle (bucle distribuido): el cable de cada devanado se coloca en las ranuras del núcleo con bucles (generalmente una vuelta se coloca en incrementos de dos ranuras, las vueltas del segundo y tercer devanado se colocan en estas ranuras - para que los devanados adquieran el desplazamiento necesario para generar una corriente alterna trifásica);
• En el circuito concentrado de ondas: el cable de cada devanado se coloca en las ranuras en forma de ondas, circunvalándolas de un lado al otro, y en cada ranura hay dos vueltas de un devanado dirigidas en una dirección;
• Con un circuito distribuido por ondas: el cable también se tiende en ondas, pero las vueltas de un devanado en las ranuras se dirigen en diferentes direcciones.
Para cualquier tipo de apilamiento, cada devanado tiene seis vueltas distribuidas en el núcleo.
Independientemente del método de tendido del cable, existen dos esquemas para conectar los devanados:
• "Estrella": en este caso, los devanados están conectados en paralelo (los extremos de los tres devanados están conectados en un punto (cero) y sus terminales iniciales están libres);
• "Triángulo" - en este caso los devanados están conectados en serie (el comienzo de un devanado con el final del otro).
Al conectar los devanados con una "estrella", se observa una mayor corriente, este circuito se utiliza en generadores con una potencia de no más de 1000 vatios, que funcionan de manera eficiente a bajas velocidades.Al conectar los devanados con un "triángulo", la corriente se reduce (1,7 veces con respecto a la "estrella"), sin embargo, los generadores con un esquema de conexión de este tipo funcionan mejor a altas potencias y un conductor de una sección transversal más pequeña puede ser utilizados para sus devanados.
A menudo, en lugar de un "triángulo", se utiliza un circuito de "doble estrella", en cuyo caso el estator no debe tener tres, sino seis devanados: tres devanados están conectados por una "estrella" y dos "estrellas" están conectadas a la carga en paralelo.
En términos de rendimiento, para los estatores lo más importante es la tensión nominal, la potencia y la corriente nominal en los devanados.Según la tensión nominal, los estatores (y generadores) se dividen en dos grupos:
• Con tensión de bobinado de 14 V - para vehículos con tensión de red de a bordo de 12 V;
• Con una tensión en los devanados de 28 V - para equipos con una tensión de red de a bordo de 24 V.
El generador produce un voltaje más alto, ya que inevitablemente se produce una caída de voltaje en el rectificador y estabilizador, y en la entrada a la red eléctrica de a bordo ya se observa un voltaje normal de 12 o 24 V.
La mayoría de los generadores para automóviles, tractores, autobuses y otros equipos tienen una corriente nominal de 20 a 60 A, para automóviles es suficiente de 30 a 35 A, para camiones de 50 a 60 A, se producen generadores con una corriente de hasta 150 A o más. para equipo pesado.
Principio de funcionamiento del estator del generador
El funcionamiento del estator y de todo el generador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética: la aparición de corriente en un conductor que se mueve en un campo magnético o descansa en un campo magnético alterno.En los generadores de automóviles, se utiliza el segundo principio: el conductor en el que surge la corriente está en reposo y el campo magnético cambia (gira) constantemente.
Cuando arranca el motor, el rotor del generador comienza a girar y al mismo tiempo se suministra voltaje de la batería a su devanado excitador.El rotor tiene un núcleo de acero multipolar que, cuando se aplica corriente al devanado, se convierte en un electroimán, respectivamente, el rotor giratorio crea un campo magnético alterno.Las líneas de campo de este campo cruzan el estator ubicado alrededor del rotor.El núcleo del estator distribuye el campo magnético de cierta manera, sus líneas de fuerza cruzan las espiras de los devanados de trabajo; debido a la inducción electromagnética, se genera una corriente en ellos, que se retira de los terminales del devanado y ingresa al rectificador. estabilizador y la red de a bordo.
Con un aumento en la velocidad del motor, parte de la corriente del devanado de trabajo del estator se alimenta al devanado de campo del rotor, por lo que el generador entra en modo de autoexcitación y ya no necesita una fuente de corriente de terceros.
Durante el funcionamiento, el estator del generador experimenta cargas eléctricas y de calentamiento y también está expuesto a influencias ambientales negativas.Con el tiempo, esto puede provocar un deterioro del aislamiento entre los devanados y una avería eléctrica.En este caso, es necesario reparar o reemplazar completamente el estator.Con un mantenimiento regular y el reemplazo oportuno del estator, el generador funcionará de manera confiable y suministrará energía eléctrica al automóvil de manera estable.
Hora de publicación: 24 de agosto de 2023