Curso EB-191 Autotronica

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CURSO EB-191 Autotronica Manual del Estudiante LECCIÓNES DE LABORATORIO

Copyright © 1994 propiedad I.T.E. Innovative Technologies in Education. Todos los derechos reservados. Este libro o cualquiera de sus partes no deben reproducirse de ninguna forma en sin la el permiso escritoexclusiva previo dede I.T.E. Esta publicación esta basada metodología Degem Systems Ltd. Con el interés de mejorar sus productos, los circuitos, sus componentes y los valores de estos pueden modificarse en cualquier momento sin notificación previa.

Primera edición en español impresa en: Segunda edición en español impresa en:

Cat. No. 9031319105 (SPN, DEGEM)

1994 2004

TABLA DE CONTENIDO

Laboratorio 1: Introducción al EB-191

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Laboratorio 2: Corriente Alterna

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Laboratorio 3: Taco-Generador Laboratorio 4: ConversiónCA/CC Laboratorio 5: SistemadeCargaI Laboratorio 6: Sistema de Carga II

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Laboratorio 7: Interruptor de Efecto Hall I

7-1

Laboratorio 8: Interruptor de Efecto Hall II

8-1

Laboratorio 9: EstroboscopioI

9-1

Laboratorio 10: EstroboscopioII

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Laboratorio 11: EncendidoPorEfectoHallI Laboratorio 12: Encendido Por Efecto Hall II Laboratorio 13: Disparo Inductivo I Laboratorio 14: DisparoInductivoII Laboratorio 15: Diagnostico–Preparación

11-1 12-1 13-1 14-1 15-1

Laboratorio 16: Diagnostico–Prueba

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Laboratorio 17: MaratóndeDiagnostico

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LECCIÓN No. 1: INTRODUCCION al EB-191 OBJETIVOS

El curso EB-191 cubre temas básicos en electricidad y electrónica del automotor. Estos temas son parte importante de la capacitación de los técnicos en electrónica automotriz. El curso EB-191 es la secuela lógica del curso EB-190, Autotrónica I. No obstante, el curso EB-191 puede ser estudiado independientemente. El curso EB-191 requiere, sin embargo, conocimientos básicos de electricidad y electrónica (CC, CA, y circuitos semiconductores). En la figura puede apreciarse el arreglo físico de la plaqueta de circuito impreso EB-191.

Al lado de la plaqueta de circuito impreso que se enchufa en el bastidor PUZ-2000, el EB-191 incluye una unidad separada, el "Simulador de Motor", que se conecta por medio de un cable plano a la plaqueta EB-191. El Simulador de del Motor deque la figura incluye motor eléctrico de CC (que simula el motor auto) hace girar un un generador de CA (que simula el alternador).

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La unidad incluye asimismo una plaqueta de circuito impreso que contiene los componentes usados para simular dos sistemas de disparo electrónico: acoplamiento inductivo e interruptor de efecto Hall. La plaqueta EB-191 contiene un amplificador de corriente (amplificador transistorizado en configuración de emisor común) que permite a PS-1 (la fuente de alimentación del PUZ-2000) controlar al motor de CC en una amplia gama de velocidades. El motor de CC es conectado al amplificador por medio de dos cordones de puenteo (marcados en la figura con una "X"), y puede ser controlado por medio del potenciómetro PS-1 del bastidor PUZ-2000.

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PUZ-2000

El bastidor PUZ-2000 es alimentado por fuentes de ±12 V. Si su fuente posee salida variable, fije las tensiones de salida en ±12 V antes de insertar la plaqueta EB-191. Nota: Los valores de tensión que se dan en distintos puntos del curso poseen una tolerancia estándar de ±10%, salvo que se indique lo contrario. Este ha sidorápidamente. diseñado para que le sea fácil aprender los temas y puedacurso así avanzar Las Discusiones que preceden a las secciones de Procedimiento contienen un mínimo de teoría, lo esencial para llevar a cabo los experimentos. Una breve Autoprueba evaluará su comprensión antes de comenzar cada experimento. Cada medición o cálculo será validado apenas ingresado. Ud. sólo podrá proseguir si sus resultados son válidos, lo que asegura que Ud. no perderá la continuidad del experimento. Las siguientes preguntas de resumen examinarán los conocimientos adquiridos en las actividades experimentales precedentes. Si Ud. no está seguro de su respuesta, quizá convenga que repase sus resultados y/o consulte a su instructor, y no intente dar con la respuesta al azar, ya que cada error reduce su calificación.

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LECCIÓN No. 2: CORRIENTE ALTERNA OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Explicar cómo se genera corriente alterna (CA). 2. Describir la onda senoidal. 3. Definir: frecuencia, período, tensión pico, tensión eficaz (rms). 4. Explicar cómo se genera CA polifásica. DISCUSION

La corriente alterna (CA) es aquella corriente que varía periódicamente en amplitud y signo. Los aparatos que generan corriente alterna son llamados generadores de CA o alternadores. Si al rotor de dicho generador se adosa un imán, al girar el rotor se induce una tensión en las bobinas de alambre situadas en el estator (la parte que no gira). Si la velocidad de rotación del rotor es constante, se produce una onda senoidal en cada bobina.

La senoidal de la figura posee una amplitud pico de 3 V, que equivale a una amplitud pico a pico (pp) de 6 V. Note que la forma de onda se repite cada 360 grados eléctricos.

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El período es el tiempo que toma completar un ciclo. El período T se mide en unidades de tiempo (segundos). En la figura, el período puede ser medido como el tiempo entre picos (T 1) o como el tiempo entre cruces por cero de igual dirección (T 2). En la figura, T1 = T2 = 8 milisegundos (ms). El número de ciclos generado por segundo es la frecuencia de la corriente alterna. La frecuencia f es medida en Hertz (Hz). 1 Hz = 1 ciclo por segundo La relación matemática entre período y frecuencia es la siguiente: f=

1 T

, donde: f = frecuencia en Hz, T = período en segundos.

La frecuencia de la onda senoidal mostrada en la pantalla anterior puede, entonces, ser calculada así: f=

1 T

=

1 8

µseg =

1 seg = 125 Hz 0.008

La corriente alterna es expresada generalmente en el valor equivalente a la tensión de CC capaz de hacer el mismo trabajo. Para una forma de onda senoidal este valor es 0.707 veces la tensión pico.

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Este es llamado el valor eficaz (o RMS - Root Mean Square). La tensión (o corriente) pico es 1.41 veces el valor eficaz. La tensión correspondiente a I es E. El valor eficaz (rms) de una tensión de CA obedece la siguiente relación: E(ef) = 0.707 * Epico (CA);

o bien

Epico = 1.414 * E(ef)

Luego, el valor pico de una corriente (o tensión) alterna, es igual a 1.41 veces el valor eficaz. Los voltímetros y amperímetros de CA son graduados en valores eficaces. El alternador que usaremos en este experimento posee tres devanados de estator, que producen tres tensiones de salida desfasadas 120 grados entre sí. El alternador del automóvil suele ser trifásico - el alternador trifásico es más pequeño que el monofásico. El porqué de esto será analizado más adelante. En la figura se muestra corriente alterna trifásica:

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AUTOEXAMEN

Antes de realizar el experimento, las siguientes preguntas verificarán sus conocimientos del tema.

1. La onda mostrada arriba es la tensión de salida de un alternador, vista en la pantalla de un osciloscopio (una línea es igual a una división) ajustado así: - sensib. vertical = 20 V/div - base de tiempo horizontal = 5 miliseg/div = .005 seg/div Tensión pico de alternador =_____ Voltios. Tensión eficaz (rms) =______ V 2. La onda mostrada arriba es la tensión de salida de un alternador, vista en la pantalla de un osciloscopio ajustado así: - sensib. vertical = 20 V/div - base de tiempo horizontal = 5 miliseg/div = .005 seg/div Período de onda = T1, T2 =_______ seg Frecuencia = f = _______Hz

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EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor.

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire el potenciómetro PS-1 del basti dor PUZ-2000 a fondo, en sentido antihorario. 4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el cone ctor de cable plano. 5. Estudie el esquema de la figura.

6. Ubique los terminales del alternador en la plaqueta. Nota: En este experimento usaremos sólo uno de los tres devanados del alternador.

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7. Conecte el circuito como se indica en la próxima pantalla.

8. Ajuste el multímetro para medir Voltios de CA en escala de 10 V o superior. 9. Ajuste los controles del osciloscopio del siguiente modo: - barrido (sweep time): 5 mseg/div - sensibilidad vertical (vertical sensitivity): 5 V/div. 10. Gire PS-1 lentamente en sentido horario para arrancar el motor. Aumente la velocidad del motor hasta observar en el osciloscopio una tensión senoidal con un valor pico (Epico) igual a 10 Voltios (2 div.). 11. Dibuje el oscilograma en su cuaderno, y llámelo Gráfico 1. Una onda típica es mostrada en la pantalla siguiente. 12. Mida el período de la onda que se observa en la pantalla. Recuerde que mseg/1000 = seg T =________ mseg = __________seg 13. Use la ecuación f = 1 / T para calcular la frecuencia. La frecuencia f =________ Hz.

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14. Use la ecuación E = 0.707*E(pico) para calcular la tensión eficaz generada por el alternador. Ingrese los valores medidos en la tabla siguiente: Vpico medida

Vef calculada

Vef medida

15. Aumente la velocidad del alternador hasta que el multímetro indique 8.5 V. 16. Complete la siguiente tabla. Use la ecuación Vp = 1.41 * Vef. Vef medida

Vpico calculada

Vpico (oscil.) medida

17. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario para detener el motor. 18. Estudie el circuito de la figura.

19. Conecte el circuito del modo mostrado:

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20. Gire PS-1 lentamente en sentido horario para arrancar el motor. Note que el diodo emisor de luz (LED) LDI destella al ritmo del alternador (es decir, con la frecuencia de éste). 21. Desconecte momentáneamente el cordón de puenteo del terminal positivo del LDI (+), y ajuste la velocidad del motor hasta observar en el osciloscopio una tensión Vp=10V(CA). Reconecte el cordón de puenteo al terminal positivo del LDI. Dibuje en su cuaderno la onda observada, y llámela Gráfico 2. 22. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario para detener el motor. PREGUNTAS de RESUMEN

El siguiente cuestionario trata acerca de los temas estudiados en este experimento. En particular, Ud. deberá comparar los oscilogramas que dibujó en su cuaderno durante los pasos 11 y 21 (Gráficos 1 y 2, respectivamente). Compare ambos gráficos. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta? La tensión en el gráfico 1 es mayor. La tensión en el gráfico 2 es mayor. Ambas tensiones son iguales.

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LECCIÓN No. 3: TACO-GENERADOR OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Enumerar los factores que determinan la frecuencia generada por el alternador. 2. Conocer cómo depende la salida del alternador de la velocidad de rotación. 3. Usar el multímetro como tacómetro. DISCUSION

La frecuencia y tensión de salida de un alternador con rotor de imán permanente depende de dos factores. Uno de ellos se relaciona con los detalles de construcción del alternador (número de devanados de estator, pares de polos, y potencia del rotor). El otro factor es la velocidad de rotación del rotor. A una dada velocidad, la frecuencia valdrá: f=

N ∗P 60

(Hz)

siendoN = velocidad de alternador (rpm) P = número de pares de polos. Si la frecuencia es conocida, la velocidad del alternador puede ser despejada como: N=

60 ∗f P

(rpm)

El alternador que usaremos en este curso posee seis pares de polos. La relación entre la velocidad del alternador N y la frecuencia f es: N (rpm) = 10 * f (Hz)

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Al aumentar la velocidad del alternador, la frecuencia y la tensión generadas crecen en proporción directa. La tensión inducida puede ser calculada mediante la ecuación: E = K * N (Voltios) donde: K = Constante del generador (en V/rpm) N = Velocidad del alternador (rpm). Los alternadores con característica de salida lineal son usados para sensado de velocidades de rotación y son llamados taco-generadores o tacoalternadores. En la figura puede verse la característica Volt-rpm de un taco-alternador:

Si se conecta un voltímetro calibrado en rpm al taco-generador, se obtiene un preciso tacómetro. El experimento que llevará a cabo le mostrará cómo usar el multímetro como tacómetro, al conectarlo a uno de los devanados del alternador. AUTOEXAMEN

1. Un taco-alternador trifásico de 12 pares de polos gira a 1000 rpm. Calcule la frecuencia de la CA generada. f = _________Hz.

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2. La tensión de salida de un alternador que gira a 1200 rpm es de 90 V. Cuál será la velocidad de dicho alternador, si se mide una tensión de salida de 135 V. Velocidad =________ rpm EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor.

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 4. Estudie el circuito de la figura:

5. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conec tor de cable plano. 6. Conecte el motor de CC al circuito de conducción y el alternador al voltímetro, como se indica.

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7. Ajuste el multímetro para medir Voltios de CA en las escalas de 10 ó 20 Voltios. 8. Ajuste el osciloscopio: - sweep time: 5 ms/div - vertical: 5 V/div. 9. Gire PS-1 lentamente en sentido horario; aumente la velocidad del motor hasta observar en el osciloscopio un período de 40 milisegundos (8 divisiones). 10. Ingrese la tensión de CA medida con el multímetro. Va =__________V 11. Según la fórmula f = 1 / T, la frecuencia de la CA observada en la pantalla es de 25 Hz. El alternador (que posee seis pares de polos) gira a: N = 10 * 25=250 rpm.

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12. Use los resultados obtenidos en los pasos 10 y 11 para ir llenando los puntos de la Curva de Calibración del Tacómetro. Copie en su cuaderno la tabla que aparece en la próxima pantalla. En la intersección de la línea de tensión con la línea de rpm (en este caso, 250 rpm) marque un punto notable; llámelo punto "a". Curva de Calibración del Tacómetro

13. Aumente la velocidad del motor hasta que puedan verse en pantalla dos senoides de período igual a 20 mseg (4 div.). El motor gira ahora a 500 rpm, que es el doble de la velocidad previamente medida. 14. Ingrese la tensión de CA medida en el multímetro. Vb =______ Voltios. 15. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 16. Marque un segundo punto en la Curva de Calibración del Tacómetro, intersección de la línea que representa la tensión medida en el aso 14 con la línea de rpm (en 500 rpm). Llámelo punto "b". 17. Una los puntos "a" y "b" con una línea. Continúe dicha línea más allá de los puntos "a" y "b". La Curva de Calibración está lista para ser usada. Ud. puede medir y/o ajustar la velocidad de rotación del alternador usando el voltímetro y la Curva de Calibración del Tacómetro. De hecho, el multímetro hace las veces de tacómetro. Nota: Las curvas de calibración varían según qué alternador y/o voltímetro sean usados. Se trazó una curva de calibración para el alternador en vacío (sin carga). La característica V/rpm puede verse afectada al cargar al alternador. Luego, el alternador del EB-191 puede ser usado como taco-generador únicamente en vacío. Una aplicación de este arreglo es la medición de la velocidad del distribuidor de disparo de ignición solidario al eje del alternador. La medición de la frecuencia de la salida del alternador es otro método de medir velocidad de rotación. Existen módulos de control que

determinan la velocidad de rotación contando pulsos (en vez de midiendo tensiones, ya que éstas pueden ser afectadas por el ruido). EB-191

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PREGUNTAS de RESUMEN

Si el alternador es girado a 400 rpm, ¿cuáles serán la tensión y la frecuencia generadas por el taco-alternador? Use los resultados obtenidos en los pasos 11 a 17. V = __________Voltios. F = __________Hz.

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LECCIÓN No. 4: CONVERSION CA/CC OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Identificar los componentes de un alternador típico. 2. Describir cómo se rectifica CA monofásica. DISCUSION Los sistemas de electricidad automotriz (incluyendo el cargado de la batería) operan con corriente continua (CC).

Por ello, era común usar dínamos de CC en automóviles, hasta que la aparición de la tecnología de semiconductores permitió usar alternadores, y rectificar luego la CA generada por éstos. En casi todos los automóviles del presente se usan sistemas de CA rectificada en vez de dínamos. Las ventajas más notables del alternador son: •

•

•

Mejor relación tensión/peso (es decir, menor peso a igual tensión de salida). Mejor salida a bajas velocidades del motor, en especial en marcha en vacío. Es más robusto y de diseño más sencillo, lo que aumenta su confiabilidad y vida útil.

El Alternador

Básicamente, un alternador se compone de: 1. Un devanado estacionario, el "estator". 2. Un electroimán giratorio, el "rotor". 3. Un conjunto de anillos colectores y escobillas. 4. Un rectificador. 5. Dos placas.

6. Un ventilador. EB-191

Los extremos de la bobina del rotor son conectados a los anillos colectores montados sobre el eje. La corriente provista por la batería a través de las escobillas y los anillos colectores energiza el devanado de campo del rotor y produce un campo magnético giratorio. El estator incluye un núcleo circular de hierro laminado sobre el que se devanan tres devanados por separado. Dichos devanados están arreglados de modo tal que induzcan corrientes alternas independientes al pasar el campo giratorio por cada uno de ellos. Si los devanados están arreglados simétricamente (a 120 grados uno del otro) se produce una CA trifásica al girar el rotor (y con éste el campo magnético giratorio). Normalmente, este alternador requeriría seis cables para transmitir la energía producida. Sin embargo, existen formas de conectar las salidas que permiten reducir este número a tres: las llamadas configuraciones en "estrella" ("Y") y en "delta" (triángulo). La salida del alternador es una onda de CA que no puede ser usada para cargar al acumulador: dicha CA debe ser convertida en CC, esto es, rectificada. Para ello, se usan diodos de silicio de alta potencia, los que son adosados a un disipador de calor, formando el conjunto rectificador. Este conjunto está integrado con el alternador. Conversión CA/CC El alternador reemplazó al dínamo al aparecer en el mercado los diodos semiconductores. Estos diodos permiten construir rectificadores pequeños y eficientes. El modo más simple de rectificar la CA es impedir el flujo de ésta en una dirección usando un diodo. En la figura, L representa un devanado del alternador, D representa un diodo semiconductor y R es la resistencia de carga.

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En este circuito, un diodo los semiciclos negativos de las ondas senoidales de la Figura A. bloquea El resultado es una señal rectificada en media onda (Figura B).

A

B

Si se usa el circuito de cuatro diodos de la figura, se obtiene rectificación de onda completa.

Casi todos los automóviles usan alternadores trifásicos, que son más pequeños y eficientes que sus equivalentes monofásicos - como veremos luego.

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Los tres devanados de estator del alternador pueden ser conectados en configuración de delta o estrella. En ambas configuraciones, se toma la salida de tres terminales, y se rectifica la corriente mediante un puente de seis diodos. En un alternador conectado en delta, la salida es: U = Up. La corriente del generador vale: I = √3 * Ip = 1.73 * Ip. Si se usa el circuito de cuatro diodos de la figura, se obtiene rectificación de onda completa. Se tienen dos diodos por fase: un diodo para el semiciclo positivo (terminal B+) y otro para el semiciclo negativo (terminal B-). Cada semiciclo puede pasar por el diodo correspondiente. La polaridad de la salida es siempre la misma, con lo que la entrada de CA es rectificada. El rizado de CA ("ripple") de la salida es disminuido por ser la señal de entrada trifásica. Si la entrada fuese monofásica, el rizado sería significativo (como se aprecia en la figura). Esta es una ventaja apreciable de los alternadores trifásicos.

Si se conecta un acumulador (batería) en paralelo con el alternador, el rizado es aun menor (como se ve en la figura).

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Note que la corriente de excitación para el devanado de excitación (o "de campo") tomada de la salida trifásica es también rectificada antes de ser administrada a la excitación. Este es el papel de los diodos D4 a D9. AUTOEXAMEN

1. ¿Qué tipo de configuración de devanados de estator es la más conveniente si se requiere una alta corriente de salida? Estrella monofásica. Delta monofásica. Estrella trifásica. Delta trifásica. 2. Compare la rectificación de onda completa con la de media onda de una tensión de CA. Reduce el rizado. Rectifica ambos semiciclos de la entrada. Requiere más diodos. Todas las respuestas son correctas.

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EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor.

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Rectificador de Media Onda

4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 5. Estudie el circuito de la figura:

6. Conecte el circuito del modo mostrado:

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7. Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido: 5 ms/div - vertical: 5 V/div. 8. Gire PS-1 lenta mente en sentido horario; aumente la velocidad del motor hasta observar en el osciloscopio una amplitud de 10 V pico. 9. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "Gráfico 1". 10. Para detener el motor, gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Rectificador de Onda Completa

11. Estudie el circuito de la figura:

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12. Conecte el circuito del modo mostrado:

13. Gire PS-1 en sentido horario; aumente la velocidad del motor hasta observar en el osciloscopio una amplitud de 10 V pico. 14. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "Gráfico 2". 15. Para detener el motor, gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Rectificador Trifásico de Onda Completa

16. Estudie el circuito de la figura:

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17. Conecte el circuito del modo mostrado:

18. Ajuste el multímetro para medir Voltios de CC en la escala de 10 V (u otra mayor). 19. Fije la sensibilidad vertical del osciloscopio en 2 V/div. 20. Gire PS-1 en sentido horario hasta que el multímetro indique 6 V(CC). 21. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "Gráfico 3". 22. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Fallas en Rectificadores

Una falla común en alternadores de automóviles es el cortocircuito o corte (circuito abierto) de un diodo rectificador. Los siguientes pasos le permitirán familiarizarse con las formas de onda típicas de un rectificador de seis diodos en condiciones de falla. 23. Simule un diodo abierto - remueva el puente que une los diodos D2 y D3. Gire PS-1 a fondo en sentido horario y observe el oscilograma. 24. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "Gráfico 4". 25. Conecte nuevamente el puente; observe el cambio en la forma de onda.

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26. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario.

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27. Cortocircuite D4 usando un cordón de puenteo. 28. Gire PS-1 a fondo en sentido horario, y observe el oscilograma (quizás deba cambiar la sensibilidad vertical a 5 V/Div). 29. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "Gráfico 5". 30. Quite el puente que cortocircuita D4; observe el cambio en la forma de onda. 31. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. PREGUNTAS de RESUMEN 1. ¿Cuántos diodos se precisan para un rectificador trifásico de onda completa? Número de diodos = __________ 2. Al ser cortocircuitado un diodo, la forma de onda de la tensión rectificada: No cambió. Se tornó una línea horizontal. Tuvo cuatro picos de rizado, y cayó a cero periódicamente. Tuvo dos picos de rizado, y cayó a cero (a razón de 120 grados por cada ciclo).

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LECCIÓN No. 5: SISTEMA de CARGA - I OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Definir el propósito del sistema de carga. 2. Identificar los componentes principales y su función en el sistema. 3. Comprender la operación del regulador y el acumulador. 4. Comprender la operación del sistema de carga. DISCUSION

El sistema de cargado del acumulador (o batería) es responsable de proveer energía a los distintos subsistemas eléctricos mientras el motor está encendido, y mantener el estado de carga del acumulador. De fallar el sistema de carga, el acumulador podría - de ser usado - descargarse en un breve lapso de tiempo. Los sistemas de carga suelen estar compuestos de: • • • •

Un alternador Un regulador El acumulador Dispositivo indicador y de advertencia.

En la figura puede apreciarse un sistema de carga básico.

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El alternador es la fuente principal de energía eléctrica usada en automóviles. Proporciona energía para la ignición, iluminación, ventilador, radio y otros accesorios. El acumulador almacena parte de la energía generada en el alternador como energía química. Si el alternador no opera, sólo la batería puede proveer energía a los citados accesorios. Al arrancar el motor, toda la energía es suministrada por el acumulador. Al poco tiempo, el alternador comienza a entregar energía y a recargar al acumulador. Bajo ciertas condiciones, tanto el alternador como el acumulador suministran energía a la carga. Al crecer la velocidad del alternador, éste genera la corriente necesaria para operar los accesorios y cargar al acumulador. La capacidad del alternador debe ser suficiente para alimentar a todas las cargas eléctricas del automóvil. En la figura se muestra un diagrama circuital de un sistema de carga basado en CA trifásica rectificada.

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Los tres devanados están conectados de un extremo, y el otro extremo de cada devanado está conectado al punto medio de un par de rectificadores. Los terminales remotos de los tres pares de rectificadores se conectan para proveer rectificación trifásica de onda completa - esta es la salida de CC del conjunto alternador-rectificador. EB-191

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La delmedio acumulador es alimentada a lacontacto bobina de campo del tensión rotor por de escobillas que hacen con un par(excitación) de anillos colectores en el eje del motor. La tensión producida por el alternador depende de la velocidad de rotación y la intensidad del campo magnético giratorio creado por la bobina de campo del rotor. El Acumulador

El acumulador (batería) es un dispositivo electroquímico que almacena energía química, la cual puede ser convertida en energía eléctrica cuando así se requiera. Así, si se conecta al acumulador una carga resistiva, el acumulador proveerá la corriente necesaria para la operación de dicha carga. Las funciones principales del acumulador del automóvil son: -Alimentar a los sistemas de arranque y de ignición. -Suministrar energía eléctrica cuando la demanda excede la capacidad del sistema de carga.

-Estabilizar la tensión del sistema eléctrico. El acumulador filtra o reduce los picos de tensión que ocurren en el sistema eléctrico. Estos picos podrían dañar o destruir componentes del sistema. Cuando el generador carga al acumulador, la tensión en bornes de éste es la llamada tensión de carga. Esta tensión es igual a la fuerza contraelectromotriz (fcem) del acumulador más la caída debida a la resistencia interna del acumulador. La fcemdeescarga. la tensión produce el acumulador en contraposición la tensión Para que cargar el acumulador, la tensión de carga debeaser mayor que la fcem. La fcem depende fuertemente del estado de carga del acumulador. La relación entre el estado de carga y la fcem, para una batería típica plomoácido, se muestra en la figura de la próxima pantalla. Al cargarse el acumulador, crece la fcem. Al descargarse, la fcem cae.

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La fcem depende fuertemente del estado de carga del acumulador. La relación entre el estado de carga y la fcem, para una batería típica plomoácido, se muestra en la figura de la próxima pantalla. Al cargarse el acumulador, crece la fcem. Al descargarse, la fcem cae. Al cargarse el acumulador, se precisa una mayor tensión de carga para seguir cargando al acumulador a la misma tasa (corriente) de carga. Como el regulador limita esta tensión, la tasa de carga es limitada. En acumuladores de plomo-ácido, esta tasa es de unos 2 A (para tensión de regulador de 14.4 V y acumulador plenamente cargado). Regulador Si no existiese un regulador, el alternador produciría una corriente elevada aun cuando ésta fuese innecesaria. La tensión crecería más allá de lo admisible, pudiendo esto causar lámparas quemadas, daño a otros componentes, y sobrecarga del acumulador. El regulador controla automáticamente al sistema de carga, y mantiene una tensión de alternador virtualmente constante en todo el rango de velocidades del motor, pese a los cambios en la velocidad de motor o en la corriente que debe proveerse a los dispositivos de carga.

El principio del regulador es: la corriente en la bobina de campo (excitación) es controlada, lo que fija la amplitud del campo giratorio.

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La tensión de salida del generador es, así, mantenida constante, aun al cambiar la carga o la velocidad de rotación del motor. Los sistemas eléctricos que usan acumuladores de 12 V suelen ser regulados cerca de los 14 V. Mientras la tensión generada por el alternador permanece por debajo de la tensión de regulación, el regulador no opera. Al excederse esta tensión, el regulador corta la excitación, reduciendo la tensión de salida. Al caer la salida del alternador, se renueva la excitación, hasta que la tensión vuelva a superar el umbral de regulación. La vida útil y el desempeño del acumulador dependen del valor de la tensión de regulación. Si ésta es demasiado alta, habrá sobrecarga, lo que reduce la vida útil. Si, en cambio, la tensión de regulación es demasiado baja, el acumulador se halla permanentemente en estado de descarga parcial, lo que lo daña y apareja el riesgo de descarga total. Notas:

1. El generador de CA usado en el simulador de motor del EB-191 posee un rotor de imán permanente. Así, el circuito que será usado en esta lección será distinto a los circuitos de carga discutidos. Empero, el simulador del EB-191 es una buena aproximación a los circuitos Muchas pruebas que Ud. en puede realizar en el EB-191 requierenverdaderos. cuidados especiales al ser realizadas circuitos de carga reales. 2. En el EB-191, el acumulador del automóvil es simulado por medio de un capacitor. Para no dañar al capacitor (lo que ocurre si se excede la tensión nominal del mismo -5V), cargue el acumulador sólo por medio del regulador. 3. En circuitos automotrices reales: -El acumulador nunca debe descargarse del todo -El alternador no debe ser conectado o desconectado si el motor se halla en funcionamiento.

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AUTOEXAMEN

1. ¿Cuáles de los siguientes componentes son los principales de un sistema moderno de carga? Batería, regulador, relé de arranque. Alternador, batería, regulador. Dínamo, batería, llave de arranque. Alternador, regulador, balasto. 2. Una lamparilla indica fallas del sistema de carga. Para cargar el acumulador, la tensión del alternador debe ser: Mayor que la tensión del acumulador. Igual a la tensión del acumulador. Menor que la tensión del acumulador. Constante. 3. ¿Cuál es la misión del regulador? Protege a la batería contra cortocircuito. Protege al alternador contra velocidades elevadas del motor. Mantiene la tensión del acumulador en un nivel constante cuando se detiene el motor. Mantiene la tensión de alternador en un nivel constante, aun al variar la velocidad del motor.

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LECCIÓN No. 6: SISTEMA de CARGA - II OBJETIVOS

En esta lección Ud. llevará a cabo el procedimiento experimental relacionado con el sistema de carga tratado en la lección precedente. EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor.

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el cone ctor de cable plano. 5. Estudie el circuito de la figura:

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6. Conecte el circuito como se indica en la próxima pantalla. No conecte la batería (el puente "X" debe permanecer desconectado).

7. Ajuste el multímetro para medir Voltios de CC (escala de 10 V ó mayor). Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido 5 mseg/div. - vertical 2 V/div. 8. Gire PS-1 enindique sentido8 horario multímetro Voltios.para acelerar el alternador, hasta que el

Note cómo el cambio en la velocidad del alternador afecta la tensión de salida (lo que afecta la intensidad de iluminación del LDI). 9. Detenga el motor. Acelere nuevamente hasta que el multímetro marque +5V. ¡No exceda esta tensión! 10. Dibuje el oscilograma en su cuaderno; llámelo "oscilograma A". 11. Conecte la batería (enchufe el cordón de puenteo "X"). 12. Note cómo el agregado de la batería frena al alternador (la batería es, para el alternador, una carga).

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13. Note cómo el agregado de la batería disminuye el rizado (ripple) del oscilograma A. 14. Dibuje el nuevo oscilograma en su cuaderno; llámelo "oscilograma B". 15. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 16. Estudie el circuito de la figura: No conecte los puentes "X1" a "X3".

17. Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido 2 mseg/div - vertical 5 V/div (ambos canales) - display dual. 18. Conecte el circuito en la secuencia indicada en la siguiente pantalla. Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del regulador (lado izquierdo) y el canal 2 a la salida (derecha). Ponga el común del osciloscopio a masa. Estas son las tres últimas conexiones que se muestran en la secuencia.

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Regulación de Tensión

19. Gire lentamente PS-1 en sentido horario, y luego en sentido antihorario. 20. Observe en el osciloscopio que, mientras la tensión generada por el alternador permanece por debajo de la tensión de regulación, el regulador no se activa, y la salida sigue a la entrada. El regulador comienza a operar cuando la tensión del alternador se iguala a la tensión de regulación. 21. Tras este punto, la salida no sigue al alternador, sino permanece enclavada en la tensión del regulador. 22. Dibuje en su cuaderno el oscilograma para V1 = 3 V; llámelo "Gráfico 2". Llame "entrada" al trazo superior (canal 1), y "salida" al trazo inferior. 23. Dibuje en su cuaderno el oscilograma para V1 = 7 V; llámelo "Gráfico 3". Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Corriente y Tensión de Carga

24. segundos Use un cordón de puenteo cortocircuitar la batería durante unos y descargarla porpara completo. Advertencia:¡No intente esto con acumuladores reales de automóvil!

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25. Ajuste el multímetro para medir miliamperes de CC. (escala de 100 mA). Conecte el multímetro entre la salida del regulador y el terminal "+" de la batería (V3), como se muestra en la próxima pantalla.

26. Gire PS-1 a fondo en sentido horario; el motor girará a plena velocidad. Note cuán alta es la corriente de carga de batería al iniciarse la carga, y observe cómo se reduce al pasar el tiempo. Deje trabajar al sistema hasta que la corriente de carga se estabiliza. 27. Coloque un cordón de puenteo ("X1") en lugar del multímetro. 28. Ajuste el multímetro para medir tensión de CC (escalas de 10 ó 20 V). 29. Conecte el multímetro a V2 y mida la tensión de batería. Ingrese el valor obtenido. V(batería) = ________V Regulación con Variación de Carga

30. Cuando se le solicite acelerar o desacelarar el motor, gire PS-1 en el sentido correspondiente (puede usarse el multímetro como tacómetro). Acelere y desacelere el motor. Note que el regulador mantiene la tensión del sistema constante, pese a los cambios en la velocidad del motor (y por ende del alternador).

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31. Conecte y desconecte los cordones de puenteo "X2" y "X3" (que simulan distintas cargas) y observe el comportamiento del regulador. Si el sistema opera correctamente, el cambio en la tensión debido a la carga será mínimo. 32. Detenga el motor. En lo siguiente, use sólo multímetro de tipo digital (DMM). 33. Estudie el circuito de la figura:

34. Conecte el DMM como voltímetro al circuito como se muestra en la figura.

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Note que la corriente de carga/descarga de la batería puede ser calculada en base a la caída de tensión en R10. En el multímetro, la carga deberá ser indicada por un signo positivo (+), y la descarga un por un signo negativo (-). De no ser así, invierta la polaridad del multímetro. 35. Gire PS-1 a fondo en sentido horario. El alternador carga ahora a la batería. 36. Observe cómo la corriente de carga decrece. Al estabilizarse la corriente, puede decirse que la batería está cargada. Ciclo de Carga y Descarga

37. Observe la indicación del multímetro mientras conecta las cargas simuladas (mediante los cordones de puenteo X2 y X3). Note que la corriente de carga permanece virtualmente inalterada al conectar y desconectar las cargas. En operación normal, con el motor en marcha, es el alternador, no la batería, quien alimenta a la carga del sistema eléctrico. 38. Detenga el motor. Note que ahora es la batería quien alimenta a las cargas. La batería está descargándose, y sólo puede proveer energía durante un tiempo limitado. 39. Arranque el motor (gire PS-1 en sentido horario). Observe que la batería es cargada. Vemos que, al arrancar el motor, el alternador carga a la batería, devolviendo la energía que la batería entregó a la carga. 40. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. PREGUNTAS de RESUMEN

1. ¿Qué ocurre con la salida del rectificador al conectarse el acumulador al alternador? Mantiene la salida constante con diversas cargas. Aumenta laeltensión Disminuye rizado.de CC. No influye sobre la salida del rectificador.

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2. ¿Qué ocurre en un sistema de carg a con regulador cuando la tens ión de alternador cae por debajo de la tensión de regulación (ver pasos 19 y 20)? El regulador no opera. El regulador reduce la tensión generada. El rizado cae. El rizado crece. 3. ¿Por qué la corriente de carga del acumulador decrece con el tiempo? Porque la velocidad del alternador cayó. Porque creció la carga. Porque cayó la fcem del acumulador. Porque creció la fcem del acumulador.

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LECCIÓN No. 7: INTERRUPTOR de EFECTO HALL I OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Describir la operación del sensor de efecto Hall. 2. Comprender cómo se dispara el interruptor de efecto Hall por medio de una paleta. 3. Calcular el efecto de un resistor de elevación (pull-up) sobre la salida del interruptor de efecto Hall. 4. Describir cómo un interruptor de efecto Hall puede activar transistores de potencia. DISCUSION

Uno de los métodos más usados de disparar sistemas de ignición en autos modernos es el uso de interruptores de efecto Hall con paleta. El interruptor de efecto Hall es activado y desactivado magnéticamente. El diagrama en bloques del interruptor de efecto Hall es mostrado en la próxima pantalla. Todos los elementos del circuito se hallan integrados en un circuito integrado, encapsulado en una cápsula plástica de tres patas.

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1. Regulador de tensión - permite que el interruptor trabaje en un amplio rango de tensiones de alimentación. 2. Sensor de efecto Hall - dispositivo que detecta campos magnéticos. 3. Amplificador de CC - amplifica la salida del sensor a niveles de tensión fáciles de manipular. 4. Disparador de Schmitt - provee transiciones sin "rebotes" entre los estados de encendido y apagado. 5. Transistor de salida - este transistor en "colector abierto" hace las veces de salida del interruptor, cortocircuitando le terminal de salida a masa al detectarse un campo magnético. El interruptor de efecto Hall es muy sensible, no posee "rebote" en la salida (gracias al efecto de histéresis) y opera confiablemente aun bajo condiciones ambientales adversas. La figura muestra el esquema básico del interruptor de efecto Hall.

El interruptor de efecto Hall es activado por campo magnético. Si no hay campo presente, el interruptor de efecto Hall se halla apagado. Al aparecer un campo magnético de signo correcto y magnitud suficiente, el interruptor pasa a estado encendido.

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La figura muestra un interruptor de efecto Hall retenido en estado encendido por un imán. Al quitar el imán de su posición, el flujo magnético caerá, y al caer por debajo del punto de desacople, el interruptor se apaga.

En circuitos reales, la salida del interruptor de efecto Hall es conectada a la fuente de alimentación (+Vcc) por medio de un resistor elevador (o de "pull-up") que limita la corriente en el transistor de salida (observe la figura).

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Si se conecta un voltímetro entre el terminal de salida OUT y masa, la tensión de salida aparecerá invertida: +Vcc cuando el interruptor se halla apagado, y 0 Voltios cuando se halla encendido. Note que esta es la conexión usada en el EB-191. Los valores de +Vcc y del resistor elevador se muestran entre paréntesis. Debido a la histéresis del sensor, la densidad de flujo magnético (la llamada inducción) requerida para apagar al interruptor (punto de desacople) operación). es menor que la requerida para encenderlo (punto de

En la figura puede verse la característica de transferencia de un interruptor de efecto Hall típico. Nota: esta característica fue relevada con alimentación de 12V. Al acercarse el polo sur de un imán permanente a la zona activa del interruptor, el sensor recibe un flujo magnético creciente. Al llegarse al llamado punto de operación (en este caso, 240 G), el transistor de salida se enciende (satura), y la tensión de salida cae a cero. Aunque se haga crecer la inducción, nada ocurre: el interruptor permanece encendido.

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Para apagar el interruptor, la densidad de flujo magnético (la inducción) debe hallarse muy por debajo del punto de operación (240 G) debido a la histéresis del sensor. En nuestro ejemplo, el dispositivo se apaga cuando la inducción cae a 150 G. Este es el punto de desacople. Para apagar el interruptor de efecto Hall debe alejarse el imán permanente de la zona activa del dispositivo. Otra forma de apagar el dispositivo es colocar una paleta ferromagnética hecha de acero dulce entre el imán y el interruptor, como se ve en la figura. Esto distorsiona el campo magnético en las inmediaciones del interruptor de efecto Hall. Esta forma de activación del interruptor es llamada "conmutación por paleta".

La figura de la siguiente pantalla muestra la constitución de un interruptor de efecto Hall conmutado por paleta. Observe que el imán y el interruptor son fijos, con una pequeña apertura (entrehierro) entre ellos. El concentrador tiene por papel mejorar las prestaciones del circuito magnético.

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En la figura de la izquierda, el interruptor se halla encendido. En la figura de la derecha, la paleta corta ("puentea") el campo magnético, lo que apaga el interruptor. La conmutación a paleta es un cómodo método de operar un interruptor de efecto Hall. El sensor y el imán son montados en una misma unidad, lo que elimina problemas de alineamiento. Este sistema de conmutación es extremadamente robusto. Las paletas pueden moverse en trayectoria lineal o circular. El sistema de conmutación por paleta provee prestaciones precisas en una amplia gama de temperaturas. En la figura se muestran dos paletas comúnmente usadas en aplicaciones de movimiento giratorio.

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El imán puede mantener al interruptor de efecto Hall encendido hasta que una de las paletas ingrese dentro del campo magnético. Al ir penetrando la paleta en el entrehierro, más y más líneas de flujo serán "cortadas" por la paleta. La figura de la próxima pantalla muestra la operación de una paleta. En ella se observan las vistas superior y lateral del sistema de conmutación, así como la característica de inducción en función del recorrido de la paleta. Note que las figuras y el gráfico se hallan alineados verticalmente, y que el desplazamiento es medido desde el borde de ataque de la paleta a la línea central del dispositivo imán/sensor.

AUTOEXAMEN

El siguiente problema ejemplifica la influencia del radio de la rueda sobre el ancho del pulso de disparo. Dado que el radio de la rueda (distancia desde la paleta al centro del distribuidor de ignición) es r = 30mm, y el ancho de la paleta es de 7mm, calcule el ángulo de paleta aproximado, usando la fórmula: Ángulo de Paleta =

Anchode Paleta ∗ 360 2 ∗ 3.14∗ r

= ______Grados

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LECCIÓN No. 8: INTERRUPTOR de EFECTO HALL II OBJETIVOS

En esta lección Ud. llevará a cabo el experimento relacionado con el interruptor de efecto Hall discutido en la lección precedente. EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor. • • • • • •

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. Conecte el simulador del motor con la plaqueta EB-191. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 4. Estudie el circuito de la figura:

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5. Conecte el circuito del modo mostrado: Ajuste la escala del voltímetro a 10 o 20 V(CC).

6. Gire manualmente la rueda distribuidora de disparo, hasta que la paleta se halle dentro de la apertura (como se aprecia en la figura).

Dado que la paleta se halla en la apertura, el flujo magnético es puenteado, lo que apaga al interruptor de efecto Hall. Mida e ingrese la tensión entre el terminal de salida y masa. V(apagado) = ________V

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7. Gire la rueda de disparo hasta extraer la paleta de la apertura. El interruptor de efecto Hall se deberá encender. Mida e ingrese la tensión entre el terminal de salida y masa. V(encendido) =__________ V 8. Conecte el siguiente circuito:

9. Conecte el circuito en la siguiente secuencia:

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10. Gire la rueda de disparo. Observe que, cuando el interruptor de efecto Hall está encendido, el LDI se ilumina. 11. Gire la rueda distribuidora de disparo en sentido horario hasta que LDI se apaga. Note la posición de la paleta relativa a la línea de eje central del interruptor de efecto Hall, cuando el LDI se apaga. 12. Gire la rueda hasta que LDI se ilumine nuevamente. Al iluminarse el LDI, note la posición de la paleta relativa a la línea de eje central del interruptor. 13. Estudie el circuito de la figura. Note que el transistor Q2, que es controlado por el interruptor de efecto Hall, hace las veces de amplificador de corriente. Q2 hace conmutar un relé.

El diodo D1 es conectado en paralelo a la bobina del relé para protegerla contra tensiones inversas (inducidas). LDI hace las veces de lámpara indicadora, y R6 es un resistor limitador de corriente. 14. Conecte el circuito del modo mostrado:

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15. Gire la rueda distribuidora de disparo para ubicar la paleta en la posición indicada.

16. Gire lentamente la rueda distribuidora de disparo en sentido horario. El LDI se deberá encender. 17. Lea e ingrese el ángulo correspondiente a dicha posición (el ángulo es indicado por una marca en la cara superior de la rueda). El LDI se enciende en: _______grados 18. Gire la rueda hasta que el LDI se apague. Ingrese el ángulo en que esto ocurre. El LDI se apaga en: ________grados 19. Calcule e ingrese la diferencia entre ambos ángulos. Este es el ángulo efectivo de conmutación de la paleta. Ángulo efectivo de conmutación: _________grados 20. No modifique las conexiones. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 21. Conecte el motor de CC al amplificador como se muestra en la figura.

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22. Conecte el canal 1 del osciloscopio a "U" y el común del osciloscopio a "W" de la salida del alternador. Conecte "W" al común del EB-191. Ajuste los controles de la siguiente manera: - barrido: 5 mseg/div - vertical: 5 V/div 23. Acelere el motor: gire lentamente PS-1 en sentido horario hasta que el período del oscilograma valga 33 milisegundos (6.6 div). 24. Cuando el distribuidor de disparo gira a 300 rpm, calcule e ingrese: La tasa de destello de LDI: _________destellos / segundo 25. Durante cada rotación de la rueda distribuidora de disparo, LDI estará apagado durante un período de: ____________milisegundos PREGUNTAS de RESUMEN

En los distribuidores, la conmutación se obtiene por medio de un eje giratorio que activa un interruptor que enciende y apaga el primario de ignición. En los autos más antiguos, esto se realizaba por medio de los llamados "platinos". En autos modernos, se usan interruptores de efecto Hall a paleta o unidades de acoplamiento inductivo. El ángulo que el circuito permanece cerrado durante la rotación del eje es el llamado ángulo de detención.

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1. Use los res ultados obtenidos en el paso 19 del experimento (donde se midió el ángulo efectivo de paleta) para calcular el ángulo de detención (DA) de este dispositivo. DA =__________ o (grados) La fórmula usada para calcular el período durante el cual el circuito se halla cerrado al rotar el distribuidor, es: t=

1000 ∗ DA ∗

6 rpm

t = tiempo (mseg) DA = ángulo de detención, paso 19 rpm = velocidad de rotación 2. Mediante esta fórmula, calcule el tiempo en que el LDI se halla encendido durante cada revolución, si la rueda distribuidora de disparo gira a 300 rpm. Tiempo =________ mseg

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LECCIÓN No. 9: ESTROBOSCOPIO I OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Reconocer el principio de operación y las aplicaciones del estroboscopio. 2. Comprender cómo se dispara un estroboscopio. 3. Describir cómo puede usarse iluminación estroboscópica para observar movimiento giratorio. 4. Comprender cómo se dispara un estroboscopio. DISCUSION

La lámpara estroboscópica, o estroboscopio, produce destellos lumínicos que permiten observar objetos en movimiento giratorio o vibratorio. Un destello lo suficientemente breve y potente produce en la retina del observador una imagen fija del objeto. Una serie de destellos repetitivos tomados a intervalos similares al período del movimiento múltiplos imagen fija - giratorio el objeto observado aparentará (o estar quieto. de este período) producirá una Si se observa, a la luz del estroboscopio, un movimiento aparente de baja velocidad, esto indica que los períodos están ligeramente desapareados. El movimiento aparente será hacia adelante si el estroboscopio "atrasa" (esto es, el período del estroboscopio es mayor que el del movimiento), y hacia atrás si el estroboscopio "adelanta". El estroboscopio posee muchas aplicaciones: observar objetos que vibran o giran, medir con precisión períodos y frecuencias. Algunos instrumentos están calibrados en frecuencia; así, al aparentar detenerse el movimiento, la frecuencia indicada es la frecuencia de rotación del objeto observado. Nótese que, si el período del estroboscopio es múltiplo del período de rotación, el objeto aparenta estar quieto, pero el período indicado por el estroboscopio no es correcto, debiendo ser dividido por un factor igual al múltiplo (2 veces, 3 veces, etc.).

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Por ello, y para evitar errores, se debe usar uno de los métodos disponibles que permiten comparar la tasa de destello con la frecuencia de rotación. Un método es buscar todas las tasas de destello que produzcan una imagen estacionaria. La tasa de destello más alta es la frecuencia de rotación. Si se incrementa aun más la tasa de destello, aparecerán múltiples imágenes del objeto giratorio. Si la tasa de destello (F) es el doble de la frecuencia (N), se verán dos imágenes. La mayorUnparte estroboscopio poseen un almacenar energía. tubodedelos descarga de gas produce loscapacitor breves y para fuertes destellos requeridos. El tubo contiene un cátodo, un ánodo, y electrodos de disparo, y está relleno de gas xenón. Un pulso de alta tensión y baja potencia aplicado a los electrodos ioniza el gas entre el ánodo y el cátodo, lo que descarga el capacitor. El diagrama en bloques de la figura muestra los elementos principales del estroboscopio. El oscilador controla la frecuencia de los pulsos que disparan el tubo de descarga de gas (y por ende la frecuencia de destellos). La fuente de alta tensión recarga el capacitor tras cada destello, por medio del resistor de carga R.

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La luz estroboscópica es ampliamente usada en mantenimiento y reparación del automotor para verificar la regulación del encendido. El instrumento toma corriente de la batería del auto por medio de dos pinzas (broches) de contacto. Una de las pinzas es un acoplador de inducción que determina la tasa de destello del estroboscopio, y suele ser enganchada al cable de la bujía del cilindro Nº 1. El estroboscopio es apuntado hacia las marcas de regulación del encendido situadas sobre una parte giratoria del motor. AUTOEXAMEN Las siguientes preguntas están relacionadas a los temas discutidos. 1. Un estroboscopio destella sobre un eje giratorio (árbol) marcado con un único punto blanco. Al fijarse el dial en 2400 rpm, se observan tres puntos sobre el eje. ¿Cuál es la velocidad de rotación del eje? 600 rpm 800 rpm 2400 rpm 7200 rpm 2. Un estroboscopio destella sobre un eje (árbol) marcado con un único punto blanco. Al fijarse el dial en 1000 rpm, se observa un punto sobre el eje. ¿Cuál es la velocidad de rotación del eje? Menor que 1000 rpm. Exactamente 1000 rpm. Un múltiplo entero de 1000 rpm. Más que 1000 rpm.

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LECCIÓN No. 10: ESTROBOSCOPIO II OBJETIVOS

En esta lección Ud. llevará a cabo el experimento relacionado con el estroboscopio discutido en la lección precedente. EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo (opcional) Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor Generador de funciones (opcional).

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 5. Estudie el circuito de la figura:

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6. Use un cordón largo para conectar la ficha "OUT" del estroboscopio (sita en la plaqueta EB-191) con la ficha de entrada de estroboscopio (strobe) del Simulador de Motor. Esto es ilustrado por el cable que aparece "suelto".

Nota:

Los pulsos sensados en el circuito de disparo IN1 son conformados por un comparador regenerativo (disparador Schmitt), recibiendo forma cuadrada. Estos pulsos controlan al LED que simula el tubo de descarga gaseosa de los estroboscopios reales. El LED puede ser extraído de su marco en el Simulador de Motor. A continuación determinará si el circuito de disparo actúa sobre el flanco ascendente o sobre el flanco descendente. 7. Quite la conexión de masa del puente conectado a la entrada IN1 del circuito de disparo. 8. Mientras observa el LED, tome la ficha banana adosada al cordón que conecta IN1 a la ficha de +12 V. 9. Observe el LED y conecte la ficha banana a masa y a los +12 V nuevamente. Repita este procedimiento.

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10. Podemos concluir que el circuito de disparo se activará y el estroboscopio destellará en el flanco _____________ del pulso de entrada. Ascendente. Descendente. El estroboscopio será disparado por el interruptor de efecto Hall. 11. Desconecte el cordón de puenteo de IN1. 12. Puente la salida(IN1) del interruptor Hall a la del circuito de disparo del estroboscopio como se muestra enentrada la figura.

13. Observe el LED; gire la rueda de distribución de disparo en sentido horario. 14. Note que se produce un destello cada vez que la paleta penetra la apertura del interruptor de efecto Hall. 15. Marque con una etiqueta adhesiva blanca un punto en la rueda de engranaje del motor. 16. Conecte un voltímetro a la ficha de salida de PS-1 en el bastidor PUZ-2000. 17. Gire PS-1 en sentido horario hasta que la lectura del voltímetro indique 8 V. El Simulador de Motor deberá arrancar.

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18. Remueva el LED de su marco. Apunte con la lámpara de destellos a la rueda de engranaje del motor. 19. Coloque la lámpara de destellos en distintas posiciones alrededor de la rueda hasta observar la imagen "congelada" de la rueda. 20. Mantenga la lámpara de LED en la posición a la que llegó en el paso 19. Lentamente gire PS-1 en sentido antihorario. Observe que la posición de la marca no cambió al variar la velocidad (el régimen) del motor. 21. Detenga el motor: gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 22. Estudie el circuito de la figura, que invierte la salida del interruptor de efecto Hall.

23. Conecte el circuito del modo mostrado:

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24. Gire manualmente la rueda distribuidora de disparo. Observe que se ve un destello cada vez que la paleta sale de la apertura del interruptor, con lo que éste se enciende. 25. Gire PS-1 en sentido horario hasta que el voltímetro indique 8 Voltios. 26. Quite el LED y apunte la luz destellante hacia la rueda (engranaje) del motor. 27. Coloque la lámpara de destellos en distintas posiciones alrededor de la rueda hasta observar la imagen "congelada" de la rueda. 28. Note que la posición de la imagen congelada cambió. 29.Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Tacómetro Estroboscópico

Como ya fue mencionado en la Discusión, el estroboscopio puede ser usado como tacómetro, siempre que la tasa de destellos pueda ser ajustada con precisión. El experimento siguiente muestra la aplicación del estroboscopio como tacómetro. 30. cuadrada Ajuste el generador de 25 Hz. de funciones hasta obtener una salida de onda 31. Conecte el osciloscopio a la salida del generador de funciones.

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32. Ajuste la amplitud y el desplazamiento (offset) del generador hasta obtener una salida como la mostrada en la figura.

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33. Estudie el circuito de la figura:

34. Conecte el circuito del modo mostrado. El cable de la derecha debe conectarse a la entrada de estroboscopio del Simulador de Motor.

La luz estroboscópica es ahora disparada por el generador de funciones con una frecuencia de 25 Hz. 35. Arranque el motor: gire PS-1 en sentido horario hasta medir 6 V en el voltímetro. 36. Apunte la luz de destellos hacia la rueda de engranaje del motor. 37. Ajuste lentamente la frecuencia de salida alrededor de la frecuencia

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actual hasta que la marca en el motor aparente detenerse. EB-191

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38. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario hasta detener el motor. 39. Determine e ingrese la frecuencia exacta del generador de funciones (léala del dial del instrumento o dedúzcala del oscilograma). f = __________Hz 40. Calcule la velocidad del motor en rpm. Nmotor = 60 * f =______ rpm 41. Si se asume que la relación de transmisión entre alternador y motor es aproximadamente 3:1, la velocidad de rotación del alternador será: Nalt. =

Nmotor 3

=______ rpm

42. La frecuencia del alternador será: falt. =

Nalt 10

=_______ Hz

43. Gire PS-1 en sentido horario hasta observar 6 V en el voltímetro. Use el osciloscopio para medir la frecuencia del alternador. 44. Compare el valor medido con el valor calculado en el paso 41. La diferencia entre ambos valores no debería superar el 10%. Los próximos tres pasos son opcionales. En ellos se muestra un modo alternativo de medir velocidad de alternador usando el taco-generador. Para ello, precisará la Curva de Calibración del Tacómetro obtenida en la lección No. 4. 45. Mida la salida del alternador con el multímetro. Anote el valor medido. 46. Use la Curva de Calibración del Tacómetro para determinar la velocidad del alternador (en rpm). 47. Compare este valor con el valor calculado en el paso 41. La diferencia entre ambos valores no debería superar el 15%.

Con esto concluye el ejercicio opcional. 48. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario.

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PREGUNTAS de RESUMEN

1. En el paso 14, se produjo un destello cada vez que la paleta penetró en la apertura del sensor Hall. ¿Por qué ocurrió esto? La paleta cortó las líneas de flujo magnético. La salida del interruptor de efecto Hall cayó a cero. El circuito Mono #2 detectó el flanco ascendente de la salida del interruptor. Todas las respuestas son correctas. 2. En los pas os 19 y 20 no hubo cambio en la posición de la imagen estática aun al variar la velocidad. Explique el por qué de este fenómeno. El interruptor detectó a la paleta siempre en la misma posición. El estroboscopio destelló cuando la paleta llegó a la misma posición deteminada. El destellar del estroboscopio estuvo sincronizado con la paleta. Todas las respuestas son correctas. 3. ¿Por qué la posición de la imagen estática cambió del paso 19 al paso 27? El inversor modificó la polaridad del interruptor de efecto Hall. El circuito Mono #2 detectó el flanco descendente. El estroboscopio destelló cuando la paleta abandonó la apertura. Todas las respuestas sugeridas son correctas.

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LECCIÓN No. 11: ENCENDIDO POR EFECTO HALL I OBJETIVOS

Encendido por Efecto Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Definir la función del sistema de encendido. 2. Reconocer los compo nentes y el principio de operación del sistema de encendido acumulador-bobina. 3. Describir la operación de un sistema de encendido electrónico basado en el interruptor de efecto Hall conmutado por paleta. 4. Reconocer en el osciloscopio las formas de onda típicas del sistema. DISCUSION Introducción

La función principal del sistema de encendido (ignición) es producir una chispa dentro del cilindro, cuando el pistón está por culminar su ciclo de compresión. En el pasado, los sistemas de encendido usaban una combinación acumulador-bobina, y no se usaban circuitos electrónicos. El encendido electrónico ofrece mejores prestaciones y más sencillo mantenimiento. Por esta razón, más y más sistemas de encendido en automóviles modernos son electrónicos. Sistema de Encendido Convencional Acumulador-Bobina

El estudio del sistema convencional de encendido le ayudará a comprender los más modernos sistemas electrónicos. En la próxima pantalla se puede apreciar un sistema de encendido básico acumulador-bobina.

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El sistema consta de dos circuitos principales: El circuito primario eleva la tensión de acumulador, y determina el momento en que esta alta tensión es enviada a la bujía. El circuito secundario distribuye alta tensión a las bujías. Los componentes del primario son: El acumulador (batería) suministra la energía que opera al sistema al arrancar y cuando el sistema de carga no produce la corriente requerida. La llave de ignición (encendido) permite al conductor arrancar y detener el motor del automóvil. La bobina de encendido (o de inducción) permite obtener en el secundario una tensión capaz de crear una chispa en las bujías. La bobina es parte del primario y del secundario al mismo tiempo. Los platinos son dos contactos de conmutación presentes en el distribuidor. Una leva montada en el distribuidor gira a la mitad de la velocidad del motor. Sus contactos son unidos y separados, lo que cierra y abre el circuito primario; el campo magnético de la bobina es creado y destruido alternadamente. El ángulo de intervalo es el ángulo de rotación de la leva de distribuidor en que los platinos permanecen cerrados.

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El condensador es conectado en paralelo con los platinos del ruptor, y hace las veces de amortiguador del primario, al proveer un camino para el flujo de corriente cuando los platinos comienzan a abrirse. Así, el condensador reduce el riesgo de arco voltaico en los platinos, lo que extiende la vida útil de los mismos. Al mismo tiempo, el condensador permite obtener tensiones más altas en el secundario. Los componentes del secundario son: La bobina de encendido es parte del primario y del secundario a la vez. La alta tensión inducida en el secundario es usada para disparar a las bujías. La tapa del distribuidor, hecha de plástico u otro material aislante. El rotor, que también suele ser de plástico, está montado en el eje del distribuidor y gire solidariamente con el mismo. La punta del rotor va contactando los terminales sucesivamente, lo que provee tensión a todos los terminales externos por cada revolución del rotor. Las bujías poseen una pequeña luz (espacio entre contactos), en la que, al aplicarse la alta tensión, se genera una chispa que enciende la mezcla combustible-aire. Las bujías tienen forma de rosca, lo que permite atornillarlas en las tapas de cilindro. Tiempos y Distribución

Los motores de cuatro tiempos exigen que la chispa aparezca un poco antes del muerto final delsuperior ciclo de(TDC). compresión, es decir, antesdepende que el pistón llegue al punto El instante exacto de varios factores: régimen del motor (rpm), temperatura, carga, y octanaje del combustible.

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En sistemas tradicionales (no computarizados), el sistema de cálculo de avance de chispa usa un dispositivo de vacío. Este dispositivo se halla ubicado en el distribuidor, y aprovecha la succión del carburador para crear un cuasi-vacío: el avance será mayor si el motor está moderadamente cargado. Para controlar cambios de velocidad, se usa el mecanismo de avance centrífugo. Éste se halla en el distribuidor, y adelanta el instante de la chispa en la bujía al detectarse un aumento de la velocidad. Los motores suelen poseer marcas de temporización de distribución en la polea del cigüeñal y en el frente del motor, que pueden ser iluminadas estroboscópicamente para medir la distribución de encendido. En algunos motores, se tara la polea del cigüeñal en grados de rotación. El término TDC (punto muerto superior) es la posición del pistón Nº 1 al finalizar el ciclo de compresión. ATDC significa "después de TDC"; BTDC significa "antes de TDC". En la figura pueden apreciarse las marcas de distribución del encendido. El puntero es usado para alinear las marcas.

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Las marcas en grados abarcan desde antes de TDC (BTDC) hasta después de TDC (ATDC). Para alinear la marca deseada, se usa el puntero de avance en el frente del motor. En la figura se muestran estas marcas. En otros motores hay sólo una marca, o una muesca, en la polea (ver en la Figura). Esta marca puede ser alineada con el número deseado en una escala montada sobre el motor.

Los mecánicos miden la distribución del encendido con el motor en marcha. Para alinear las marcas (que se hallan girando a alta velocidad) se usa un estroboscopio, con lo que la polea o el volante aparentan estar detenidos. El estroboscopio es alimentado desde el acumulador, conjuntamente con la bujía del cilindro Nº 1. De esta manera, el estroboscopio se ilumina al mismo tiempo que la bujía Nº 1. Las especificaciones de distribución del encendido para cada auto pueden consultarse en el manual de servicio. Generalmente, se dan las condiciones para marcha en vacío y otras condiciones notables.

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Sistemas Electrónicos de Encendido

Una característica principal del encendido transistorizado es que la corriente de primario de la bobina de encendido no es conmutada por puntos de contacto (platinos) sino por un transistor. Así, la corriente puede alcanzar valores nominales más elevados, muy velozmente, y con mayor precisión. Esto contribuye a una ignición de mayor potencia y de distribución más exacta. El circuito del primario consta de un circuito electrónico, que varía de modelo en modelo. El secundario, sin embargo, es muy parecido al usado en los sistemas acumulador-bobina. Los sistemas más antiguos de encendido transistorizado usaban platinos de ruptor para disparar al transistor. Con el tiempo, el menor costo y mayor precisión de los dispositivos de efecto Hall decidió en favor de estos. Los sistemas más modernos reemplazan el conjunto de leva/platinos con un interruptor de efecto Hall o un acople inductivo. El primario incluye: un acumulador, el interruptor de ignición (encendido), la bobina de encendido, el módulo electrónico de control, y un dispositivo de disparo. Estas partes son mostradas en la figura.

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El módulo electrónico de control alberga los circuitos que encienden y apagan el devanado primario, y es controlado por señales provenientes del dispositivo de disparo. Este módulo puede ser parte del distribuidor o estar ubicado fuera del mismo. El dispositivo de disparo consta de un sensor inductivo y una armadura (rueda de distribución de disparo o interruptor de paleta). El dispositivo de disparo se halla en el distribuidor, y detecta cambios en el campo magnético causados por el movimiento de la rueda de distribución de disparo. Esta rueda solidariamente que la leva usada engira el sistema de ruptor.con el eje del distribuidor, al igual El interruptor de efecto Hall y la bobina de acople inductivo (que hace las veces de sensor magnético de posición) son ampliamente usados como sensores de disparo en circuitos de primario de sistemas de encendido electrónicos. En esta práctica trabajaremos con sistemas disparados por interruptores de efecto Hall. Cuando la paleta se halla fuera de la apertura (entrehierro) del circuito magnético, la salida del interruptor de efecto Hall es un "0" lógico. El primario se halla abierto, y por la bobina de encendido no circula corriente. Al entrar la paleta en la apertura, el estado del interruptor pasa a ser un "1", y por el primario circula corriente. La chispa de la bobina es disparada cuando la paleta abandona la apertura. El interruptor de efecto Hall se enciende, cortando la corriente de primario. El intervalo de encendido es función del ancho de las aletas. En la figura pueden verse oscilogramas típicos de las señales en primario y secundario en sistemas de encendido como los descritos.

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Sistemas de Encendido Computarizados

Los sistemas de encendido directo computarizado no usan distribuidor. La gran ventaja de este sistema es que no posee partes móviles que se desgastan y deben ser reemplazadas, ni mecanismo de avance de chispa (centrífugo o por vacío). Bajo condiciones de operación normales, la distribución es controlada por una computadora ECM de a bordo, que analiza los datos en tiempo real suministrados por los sensores mediante un programa. Este sistema usa una bobina por cada dos cilindros. El módulo de encendido controla los transistores de conmutación de alta potencia (uno por cada bobina) que abren y cierran los devanados primarios. En la figura se muestra un diagrama en bloques simplificado de un sistema de encendido computarizado.

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En motores cuya secuencia de encendido es 1-3-4-2, una bobina dispara las bujías de los cilindros Nº 1 y 4 simultáneamente. Así, la bujía del cilindro Nº 1 es encendida al final del ciclo de compresión, y la bujía del cilindro Nº 4 es encendida al final del ciclo de escape. En el próximo ciclo, la bujía del cilindro Nº 1 será encendida al final del ciclo de compresión, y la bujía del cilindro Nº 1 será encendida al final del ciclo de escape. La otra bobina dispara a las bujías de los cilindros Nº2 y 3 de similar manera. Se precisa muy poca tensión para encender una bujía en el ciclo de escape; por ello, la mayor parte de la energía es dirigida a la bujía que se dispara durante el ciclo de compresión. Note que el módulo de encendido toma señal directamente desde el sensor del cigüeñal. Al fallar el ECM durante de el arranque, controla la temporización de encendido las bujías.el sensor del cigüeñal

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LECCIÓN No. 12: ENCENDIDO POR EFECTO HALL II OBJETIVOS

En esta lección Ud. llevará a cabo el experimento relacionado con el sistema de encendido discutido en la lección precedente. AUTOEXAMEN

1. ¿Cuál es la diferencia principal entre el encendido transistorizado y el encendido clásico acumulador/bobina? El sistema a transistor no usa bobina. El primario es conmutado por un transistor, no por platinos. No hay distribuidor. Se usa una computadora de a bordo. 2. ¿Cuál es la diferencia entre el llamado encendido electrónico y el encendido transistorizado? Se usa una computadora de a bordo. Se usa un regulador electrónico. Se usan sensores en vez de leva/platinos. No hay distribuidor. 3. ¿Cuáles son los componentes principales del primario en un sistema de encendido electrónico? Bobina, platinos, llave de ignición. Bobina, llave de ignición, tapa del distribuidor. Bobina, bujías, tapa del distribuidor. Acumulador, llave de ignición, transistor. 4. ¿Cuáles son los componentes principales del secundario en un sistema de encendido electrónico? Bobina, rotor, bujías. Rotor, tapa del distribuidor, llave de ignición. Tapa deltransistor, distribuidor, bujías, condensador. Bujías, rotor.

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EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico)

Simulador de Motor. PROCEDIMIENTO •

Operación del Circuito con Interruptor de Efecto Hall

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 5. Estudie el circuito de encendido con interruptor de efecto Hall, que se muestra en la pantalla siguiente.

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El diodo emisor de luz LDI es usado como indicador de estado del primario. La lámpara de neón es usada como amortiguador de picos. 6. Conecte el circuito del modo mostrado:

7. Gire la rueda de distribución de disparo lentamente en sentido horario, y observe el estado del LDI y de la lámpara de neón. 8. Observe cómo reacciona el LDI a la rotación de la paleta: gire la rueda hasta que el LDI se apaga. Observe qué ocurre con la lámpara de neón. 9. Deduzca la relación entre la posición de la paleta y el momento en que la bujía destella. Características del Primario

10. Estudie el circuito de la figura:

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11. Use el multímetro (ajústelo para medir tensiones de CA) y la Curva de Calibración del Tacómetro para medir velocidades de motor. 12. Ajuste el osciloscopio de la siguiente manera: - barrido: 5 msec/div - sensibilidad vertical (canal 1): 5 V/div - sensibilidad vertical (canal 2): 0.5 V/div Ubique las líneas centrales de los trazos del osciloscopio: - Canal 1: 2 divisiones sobre línea central - Canal 2: 2 divisiones bajo línea central 13. Conecte el circuito del modo mostrado:

14. Para encender el motor, gire PS-1 en sentido horario. 15. Ajuste la velocidad del motor a 400 rpm. Use el multímetro como tacómetro.

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16. Dibuje en su cuaderno los oscilogramas que se observan. Llame a este dibujo "Gráfico 1". 17. Observe el "Gráfico 1". El primario se halla cerrado durante:_____mseg 18. Para detener el motor, gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 19. Refiérase al trazo inferior del osciloscopio para calcular la corriente máxima en el primario (Ipmax = V(R1) / 10). Ipmax = _________mA EB-191

Características del Secundario

20. Estudie el circuito de la figura, que usa un amortiguador de picos para simular una bobina.

21. Conecte el circuito en la siguiente secuencia: El cable no terminado en la parte derecha del esquema debe ser conectado a la ficha de estroboscopio del simulador de motor.

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22. Ajuste los controles verticales del osciloscopio: - CH1 sensitivity: 0.5 V/div - CH2 sensitivity: 50 mV/div Note que el canal 2 es una muestra de la tensión en el secundario reducida en un factor de 1000:1. Las tensiones leídas deben ser multiplicadas por 1000. 23. Gire PS-1 en sentido horario para arrancar el motor. Lleve la velocidad del motor a 650 rpm (use el voltímetro como tacómetro). Verifique que aparecen picos (chispas) en la bujía simulada. 24. Dibuje en su cuaderno los dos oscilogramas; llame a este dibujo "Gráfico 2". 25. A continuación Ud. deberá analizar los oscilogramas. Puede que deba ajustar la sensibilidad y/o el tiempo de barrido durante los siguientes pasos. 26. La corriente de primario, ¿fue máxima antes de cortar la corriente? Nunca. A veces. Casi siempre. Siempre. 27. ¿Cuándo aparece el pico de tensión (chispa) en el secundario (canal 2 del osciloscopio)? Al aumentar la corriente de primario. Cuando la corriente de primario cae bruscamente. Cuando la corriente de primario es constante. 28. Ingrese el valor de la tensión pico de disparo. Vf =________ V 29. Apunte la lámpara estroboscópica a la rueda de distribución de disparo; note la posición de la paleta cuando el estroboscopio destella (lo que indica encendido de la bujía Nº 1). 30. Detenga el motor: gire PS-1 a fondo en sentido antihorario.

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El Distribuidor

31. Estudie el circuito de la figura:

32. Conecte el circuito en la siguiente secuencia:

33. Arranque el motor: gire PS-1 a fondo en sentido horario. El circuito simula la operación de un distribuidor real. El relé hace las veces delbujías rotor (note del distribuidor, quesimuladas "pasa" losdestellan picos dealternadamente). alta tensión a las distintas que las bujías 34. Detenga el motor: gire PS-1 a fondo en sentido antihorario.

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PREGUNTAS de RESUMEN

El cigüeñal de un motor de ocho cilindros y cuatro tiempos gira a 4,500 rpm. El sistema de encendido es electrónico, disparado por interruptor de efecto Hall. ¿Cuál es la frecuencia de disparo del interruptor de efecto Hall? f =___________ Hz

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LECCIÓN No. 13: DISPARO INDUCTIVO I OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Listar las aplicaciones de las bobinas de acoplamiento inductivo en disparo de sistemas de encendido. 2. Reconocer las for mas de onda de las seña les generadas por la bobi na de acoplamiento inductivo. DISCUSION En lecciones anteriores tratamos sistemas de disparo basados en el interruptor de efecto Hall. Otro sensor ampliamente usado para dispara el primario del sistema de encendido es la bobina de acoplamiento inductivo. La bobina de acoplamiento consta de un bobina fija (estator) y una rueda de distribución de disparo (rotor o armadura) que gira solidariamente con el árbol del distribuidor. Los polos de la rueda poseen forma dentada. Al girar la rueda, el tamaño del entrehierro (apertura) entre la bobina de acoplamiento y la rueda varía periódicamente; esto induce una tensión alterna en la bobina de acoplamiento. Esta tensión de CA dispara el sistema de encendido (como en el sistema basado en el interruptor de efecto Hall). En la figura puede apreciarse la tensión generada en la bobina - Iz es el punto de encendido. El circuito de primario de la plaqueta EB-191 es representativo de los circuitos hallados en automóviles reales. La tensión generada por la bobina de acoplamiento varía con la velocidad del motor. Al marchar éste en vacío, la tensión vale entre 20 y 50 mV. Un comparador convierte estas tensiones en salidas lógicas de 0 ó 5 V. El comparador convierte a la señal mostrada en la figura en un tren de pulsos.

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La frecuencia de la señal en la bobina es función de la velocidad del motor. Cada paleta genera un período de carga y un período de descarga. A la salida del comparador hay un multivibrador monoestable que produce pulsos de duración fija. Este monoestable evita el problema de "rebotes" que aparece en sistemas de encendido convencionales a altas rpm. El monoestable puede también operar en sistemas disparados por interruptores de efecto Hall. AUTOEXAMEN

1. ¿En qué se basa el disparo por bobina de acoplamiento inductivo? Los polos de la rueda están dentados. El entrehierro varía de tamaño al girar la rueda. El flujo variable induce una tensión alterna en la bobina. Todas las respuestas son correctas. 2. ¿Cuál es la diferencia principal en la salida de un sistema disparado por una bobina de acoplamiento y un sistema disparado por un interruptor de efecto Hall? La tensión de Hall es menor y no posee forma cuadrada. La tensión de la bobina es menor y no posee forma cuadrada. El interruptor de efecto Hall no opera en bajas rpm. No hay diferencia alguna.

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3. ¿Cuál es la función del multivibrador monoestable? Elimina el problema de los rebotes de contacto. Mantiene el tiempo de carga constante, aun al variar el régimen del motor. Mantiene el tiempo de carga constante, aun al variar la inductancia de la bobina. Todas las respuestas son correctas. 4. ¿Qué partes del sistema convencional acumulador-bobina son reemplazadas por la bobina de acoplamiento? Bobina de encendido. Distribuidor. Platinos. Todas las respuestas sugeridas son correctas.

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LECCIÓN No. 14: DISPARO INDUCTIVO II OBJETIVOS

En esta lección Ud. llevará a cabo el procedimiento experimental relacionado con el sistema de disparo inductivo tratado en la lección precedente. EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor Generador de funciones (opcional).

PROCEDIMIENTO Ondas de la Bobina de Acoplamiento

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ- 2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 4. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 5. Estudie el circuito de la figura: el canal 2 es conectado a T1, la salida del comparador o del disparador Schmitt. Note que la paleta hace las veces de reluctancia.

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6. Conecte el circuito del modo mostrado:

7. Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido: 10 mseg/div - sensib. vertical de canal 1: 50 mV/div - sensib. vertical de canal 2: 5 V/div. Lleve las líneas centrales de los trazos: - Canal 1: 2 divisiones sobre línea centro - Canal 2: 2 divisiones bajo línea centro 8. Use el multímetro como voltímetro de CA (será usado como tacómetro). 9. Para arrancar el motor, gire PS-1 en sentido horario. Lleve la velocidad del motor a 600 rpm (use la Curva de Calibración del Tacómetro). El simulador de bujías deberá destellar. 10. Analice los dos oscilogramas. En el canal 1 se aprecia la tensión generada por el acople inductivo. En el canal 2 se ve la misma señal, procesada por el disparador Schmitt.

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La tensión de la bobina de acoplamiento cambia de polaridad cuando la paleta se halla en el centro de la apertura. Note que un pulso cuadrado y estable es generado en cada ciclo de la tensión inducida en la bobina de acoplamiento.

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11. Dibuje en su cuaderno los dos oscilogramas; llame a este dibujo "Gráfico 1". Control de Corriente de Primario

12. Lleve la punta de prueba del canal 2 desde T1 a T2 en el primario, como se muestra en la figura.

13. Lleve la sensibilidad vertical del canal 2 a 0.2 V/div. Relación entre Corrientes de Primario y Secundario

14. Observe la relación entre la tensión inducida (canal 1) y la corriente de primario (canal 2). Dibuje en su cuaderno los dos oscilogramas; llame a este dibujo "Gráfico 2". 15. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario para detener el motor. 16. Estudie el circuito de la figura:

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17. Conecte el circuito del modo mostrado: conecte el cable no terminado del lado derecho a la entrada de estroboscopio del Simulador de Motor.

18. Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido: 20 mseg/div - vertical (canal 1): 0.2 V/div - vertical (canal 2): 50 mV/div. Recuerde que las lecturas del canal 2 deben ser multiplicadas por 1000. 19. Para arrancar el motor, Gire PS-1 en sentido horario. Lleve el motor a 600 rpm (use para ello la Curva de Calibración del Tacómetro). La bujía deberá destellar. 20. (canales Observe 1layrelación entre las corrientes de primario y de secundario 2 del osciloscopio, respectivamente).

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Dibuje los puntos correspondientes en la onda del secundario.

21. Dibuje en su cuaderno los dos oscilogramas; llame a este dibujo "Gráfico 3". Una los puntos de cierre y encendido de la onda del primario con una línea punteada. 22. Apunte el estroboscopio a la rueda de distribución de disparo. Note la posición de la paleta en relación a la bobina de acoplamiento. El estroboscopio debe destellar en el punto de encendido. 23. Detenga el motor: gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Encendido Disparado por Bobina de Acoplamiento

24. Conecte el circuito del modo mostrado:

25. Gire PS-1 en sentido horario; el motor arrancará. 26. Observe cómo las bujías destellan alternadamente. 27. Detenga el motor: gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Dado que el Simulador de Motor trabaja a bajos regímenes de rpm, el se torna difícil usar el osciloscopio para un estudio más detallado. En lo sucesivo, use el generador de funciones en vez del dispositivo de efecto Hall o la bobina de acoplamiento inductivo. Opere el sistema en 60 a 250 Hz, para obtener entre 60 y 250 chispas

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por segundo.

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Note que estas frecuencias son muy superiores a las que puede proveer el Simulador de Motor. Al usar el generador de funciones, será más fácil disparar el osciloscopio y leer los oscilogramas. Recuerde que, en un motor de cuatro tiempos, se provee chispa a cada cilindro cada dos revoluciones del cigüeñal. De allí que el rango de frecuencias de 60 a 250 Hz se corresponde a velocidades de cigüeñal de 1200 a 5000 rpm (considerando un motor de seis cilindros y cuatro tiempos). 1200 2 5000 2

* 6 = 3,600 chispas/min = 60 chispas/seg. * 6 = 15,000 chispas/min = 250 chispas/seg.

Usemos el osciloscopio para estudiar las distintas partes del sistema de encendido. Circuito Primario

28. Conecte el circuito del modo mostrado:

29. Ajuste la salida del generador de funciones hasta obtener una onda cuadrada de frecuencia 250 Hz.

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30. Ajuste la amplitud y corrimiento de CC hasta obtener la onda mostrada en

la figura.

31. Ajuste los controles del osciloscopio: - barrido: 0.1 mseg/div - sensibilidad vertical canal 1: 5 V/div. - sensibilidad vertical canal 2: 1 V/div. - modo de muestra (display): dual. 32. Verifique que el circuito opera correctamente, y observe las chispas en las bujías. 33. Note que el canal 1 muestra la señal de disparo en la salida del comparador o del disparador Schmitt, y el canal 2 muestra la base del transistor Q1. 34. Dibuje en su cuaderno los dos oscilogramas; llame a este dibujo "Gráfico 4". 35. Analice la relación entre los oscilogramas (si así lo desea, use el magnificador del osciloscopio para apreciar los detalles). En el circuito primario hay limitación de corriente. Ubique, en la onda mostrada en el canal 2, el punto en que comienza a operar el limitador de corriente.

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Nota:

Es deseable que el tiempo entre el encendido del circuito primario y la provisión de energía eléctrica a las bujías sea breve, para no afectar el desempeño del motor en altas rpm. Para ello, las bobinas de encendido deben ser de baja inductancia y alta capacidad de corriente. Las bobinas usadas en el primario suelen estar hechas de unas pocas vueltas de cable grueso. Esto disminuye la resistencia óhmica a unos 0.5 - 1 Ω. Es por ello que se requiere limitación de corriente. El límite suele fijarse en unos 6 a 8 Amperes. En la plaqueta EB-191, el límite es de cerca de 0.1 A. A altas velocidades de motor, la corriente no alcanza este valor máximo debido a la autoinductancia de la bobina. En regímenes más bajos, la corriente tiende a crecer indefinidamente, y el limitador entra en acción. Los sistemas que incorporan limitación son a veces llamados "circuitos de energía constante". Tensión y Corriente en el Primario

36. Conecte la punta de prueba del canal 1 como se indica en la figura.

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37. Lleve la sensibilidad vertical del canal 1 a 0.5 V/div. El canal 1 muestra ahora la corriente del primario, mientras el canal 2 muestra la tensión en la base del transistor de conmutación Q1. 38. Note la relación entre la tensión de base en Q1 y la corriente primario. 39. Conecte la punta de prueba del canal 2 como se indica en la figura.

40. Lleve la sensibilidad vertical del canal 2 a 20 V/div. El canal 2 muestra ahora la tensión del primario, mientras el canal 1 muestra la corriente del primario.

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41. Note la relación entre la corriente y la tensión del primario.

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Tensiones en Primario y Secundario

42. Conecte la punta de prueba del canal 1 como se indica en la figura.

43. Lleve la sensibilidad vertical del canal 1 a 0.2 V/div. El canal 2 muestra ahora la tensión del primario, mientras el canal 1 muestra la tensión del secundario (en escala 1:1000). 44. Verifique que la frecuencia del generador de funciones es de 250 Hz. 45. Estudie los oscilogramas. Estudie cada canal por separado (si así lo desea, use el magnificador del osciloscopio para apreciar los detalles). 46. Lleve el osciloscopio al modo "dual"; observe y analice la relación entre las dos formas de onda. 47. Trace en su cuaderno las ondas de tensión primaria y secundaria. Llame a esta figura Gráfico 5.

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48. Mida los siguientes parámetros con el osciloscopio, ingrese los valores medidos, y copie estos valores en el gráfico que dibujó. - Tensión de disparo = _________V (pico) - Duración de chispa = _________microseg - Tensión de chispa = _________V (pico) - Período abierto

=_________microseg

- Período cerrado

= _________miliseg

49. Aumente lentamente la frecuencia de disparo hasta observar que el simulador de bujía se detiene. Observe el cambio súbito en las formas de onda observadas en el osciloscopio. El valor límite para la producción de chispas en el sistema de encendido simulado vale: _________chispas/seg PREGUNTAS de RESUMEN

1. ¿Por qué, en el paso 49, el simu lador de bujía deja de dest ellar a una determinada frecuencia? El tiempo de detención permanece constante debido a Mono #1. La duración de la chispa decreció. No hubo suficiente tiempo para descargar el flujo magnético en la bobina de encendido. Todas las respuestas son correctas. 2. Si en un moto r de seis cili ndros y cuatro tiempos se sabe qu e el límite de producción de chispas es igual al obtenido en el paso 49, halle la velocidad de rotación máxima (en miles de rpm) que puede ser obtenida. rpm (max) = __________krpm.

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LECCIÓN No. 15: DIAGNOSTICO - PREPARACION OBJETIVOS

Tras completar esta lección, Ud. será capaz de: 1. Detectar y diagnosticar fallas en el sistema de carga simulado. 2. Detectar y diagnosticar fallas en el sistema de encendido simulado. 3. Aplicar técnicas generales de diagnóstico en circuitos electrónicos. DISCUSION

En este experimento, Ud. conectará varios circuitos, para simular un entorno de trabajo real. Las actividades de diagnóstico en el EB-191 se realizan sobre dos sistemas: - sistema de carga - sistema de encendido (disparo por efecto Hall). Cada falla puede ser insertada en cualquiera de estos dos circuitos. Para diagnosticar equipo eléctrico o electrónico, se debe, en primer término: - Conocer cómo opera bajo condiciones normales (en ausencia de fallas). - Comprender el esquema circuital. - Conocer los valores de tensión, corriente, y formas de onda en distintos puntos del circuito. Tras realizar una serie de mediciones en el circuito que presenta fallas, Ud. deberá poder localizar el componente en que radica la falla. EQUIPO

Para realizar este experimento se precisa el siguiente equipo: • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta circuitodeimpreso Juego de de cordones puenteoEB-191 Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico)

•

Simulador de Motor.

EB-191

PROCEDIMIENTO

1. Deslice el EB-191 en las guías de plaqueta del PUZ-2000, y verifique la conexión. 2. Asegúrese que el tablero maestro se halle encendido. 3. Estudie el diagrama en bloques del sistema de carga. Note la ubicación de los puntos de prueba T1 - T3.

4. Ubique los puntos de prueba T4 - T9 en la plaqueta EB191. 5. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. 6. Conecte el simulador de motor al EB-191 usando el conector de cable plano. 7. Conecte el circuito en la siguiente secuencia:

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EB-191

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8. Gire PS-1 en senti do horario para arrancar el moto r. Observe cómo el acumulador se carga en aproximadamente un minuto. Estudie la operación del sistema en condiciones normales. 9. Observe los oscilogramas en los puntos de prueba T1 y T2 (antes y después del regulador). 10. Mida e ingrese la tensión de CC regulada en T2. Vcargado = ________V 11. Para detener el motor, gire PS-1 a fondo en sentido antihorario. Mida nuevamente la tensión de CC en T2 en el momento en que se detiene el motor, y anote cuánto tiempo demoró el motor en detenerse. Vdescargado =________ V 12. Mida la tensión en T2 unos 30 segundos tras la detención del motor. Vdescargado =________ V No desconecte el circuito. 13. Estudie el diagrama en bloques del sistema de encendido:

14. Conecte el sistema de encendido como se indica:

EB-191

Observemos cómo opera el sistema de encendido en condiciones normales. 15. Gire PS-1 a fondo en sentido horario hasta que el motor alcance unas 500 a 600 rpm. 16. Verifique que el simulador de chispa opera correctamente. 17. Use el osciloscopio para seguir la señal desde la salida del interruptor de efecto Hall hasta la tensión del secundario (de T4 a T9). Anote las tensiones medidas en su cuaderno. Estas anotaciones le serán útiles en los ejercicios que deberá resolver en las lecciones que siguen. En la próxima pantalla se listan los ajustes recomendados de los controles del osciloscopio. Ajustes del Osciloscopio

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EB-191

17. Use el osciloscopio para seguir la señal desde la salida del interruptor de efecto Hall hasta la tensión del secundario (de T4 a T9). 18. Gire PS-1 a fondo en sentido antihorario para detener el motor. Con esto se completa la preparación de las actividades de diagnóstico del EB-191.

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EB-191

LECCIÓN No. 16: DIAGNOSTICO - PRUEBA OBJETIVOS

Tras una breve discusión acerca de cómo se diagnostican averías, Ud. será interrogado acerca de los temas que estudió, mediante cuatro fallas que serán insertadas aleatoriamente. DISCUSION

En esta práctica se evalúan sus habilidades los valores medidos en la lección anterior. de diagnóstico. Ud. deberá usar Usaremos los siguientes subsistemas: 1. Sistema de carga

2. Sistema de encendido

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EB-191

Para determinar en cuál de los dos circuitos se halla la falla, puede que deba medir en ambos. Al comparar las tensiones, corrientes o tiempos con los medidos anteriormente, podrá determinar unívocamente en qué componente radica la falla. Cuando halle Ud. la avería, seleccione la descripción más adecuada de la tabla de fallas que aparece en la pantalla de la computadora. Haga "clic" con el mouse en la descripción más adecuada. En el modo de prueba, la unidad PUZ-2000 inserta automáticamente, al azar, una de cuatro posibles fallas. Cuando halle Ud. la avería, seleccione la descripción más adecuada de la tabla de fallas. Si Ud. no localiza la falla dentro de los 20 minutos, la descripción correcta será resaltada en la pantalla. Se permiten hasta tres intentos. Cada intento incorrecto reducirá su calificación en ocho (8) puntos. Si Ud. localiza todas las fallas, sin equivocarse nunca, dentro de los 20 minutos, recibirá Ud. un adicional de cuatro (4) puntos. EQUIPO

Para realizar la prueba de diagnóstico se precisa el siguiente equipo: • • • • • •

Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor.

DESCRIPTION de FALLAS

Si los circuitos no están conectados, conéctelos del siguiente modo:

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EB-191

Si los circuitos no están conectados, conéctelos del siguiente modo:

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EB-191

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COMPONENTE D5 D5 D4 D7 Batería Batería

Batería Regulador Int.Hall Int.Hall Q1 G3 Q1 Q1 Bobina enc. Q1

Descripción de Fallas Cortocircuito Circuitoabierto Cortocircuito Circuitoabierto Cargasencortocircuito Desconectadasoabiertas

Alta resistencia interna Tensión demasiado baja Enclavadoen+5V Cortocircuito Baseenclavadaen0V Nopasapulsosdedisparo Fugaencolector Emisordesconectado Devanado primario abierto Desconectadodeprimario

EB-191

LECCIÓN No. 17: MARATON de DIAGNOSTICO OBJETIVOS

En esta lección Ud. deberá diagnosticar un gran número de fallas. DISCUSION

En esta práctica se evalúan sus habilidades de diagnóstico. Ud. deberá usar los valores medidos en la lección de preparación. Sistema de Carga

Sistema de Encendido

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EB-191

Para determinar en cuál de los dos circuitos se halla la falla, puede que deba medir en ambos. Al comparar las tensiones, corrientes o tiempos con los medidos anteriormente, podrá determinar unívocamente en qué componente radica la falla. Cuando halle Ud. la avería, seleccione la descripción más adecuada de la tabla de fallas que aparece en la pantalla de la computadora. Haga "clic" con el mouse en la descripción más adecuada. En aeluna modo Maratón de Diagnóstico, las averías son insertadas al azar, de a lade vez. Las fallas, tras haber sido insertadas -todas ellas- una vez, son vueltas a insertar, en diferente orden. Al contrario que lo que sucede en el modo de Prueba, en ningún caso se muestra la respuesta correcta, ni siquiera en el caso que Ud. no halle la respuesta correcta. Cada sesión puede constar de hasta 99 intentos, o extenderse 99.9 minutos. Una vez hallada el srcen de la falla, seleccione la descripción más adecuada de la tabla de fallas. EQUIPO

Para realizar la maratón de diagnóstico se precisa el siguiente equipo: Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-191 Juego de cordones de puenteo Osciloscopio de doble trazo Multímetro (Digital o Analógico) Simulador de Motor. • • • • • •

DESCRIPTION de FALLAS

Si los circuitos no están conectados, conéctelos del siguiente modo:

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EB-191

Si los circuitos no están conectados, conéctelos del siguiente modo:

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EB-191

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Componente D5 D5 D4 D7 Batería Batería

Batería Regulador Int.Hall Int.Hall Q1 G3 Q1 Q1 Bobina enc. Q1

Descripción de Falla Cortocircuito Circuitoabierto Cortocircuito Circuitoabierto Cargasencortocircuito Desconectadasoabiertas

Alta resistencia interna Tensión demasiado baja Enclavadoen+5V Cortocircuito Baseenclavadaen0V Nopasapulsosdedisparo Fugaencolector Emisordesconectado Devanado primario abierto Desconectadodeprimario