Iade Electricidad y Electronica Del Automovil - 07

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ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA AU AUTOMOTRIZ ENVIO 2

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CURSO DE ELECTRICID AD Y ELECTRONICA A UT OMO TRIZ ELECTRICIDAD AUT UTOMO OMOTRIZ

Sis Sistema de de car carg ga EL SISTEMA DE CARGA

menos costosas que los medidores y son más fáciles de comprender, así que la mayorái de los autos modernos las usan.

El sistema de carga está compuesto de tres componentes nentes esenciales: esenciales : El Alternador (genera (generador dor de corriente alterna), el Regulador y un Indicador.

CONSIDERACIONES SOBRE EL ALTERNADOR

EL ALTERNAD ALTERNADO OR

El consumo de energía eléctrica en los automóviles crece constantemente influyendo en esto los diversos dispositivos que se agregan para mayor comodiad del usuario, sin ánimo de enumerarlos en su totalidad, mencionaremos algunos de ellos: luces de marcha atrás- luces de posición- luces de freno- luz de patente- luz interior de baúl- acondicionador de aire- luz interior en el techo- encendedor de cigarrillos- reloj eléctrico- luces del tablero de instrumen instrumentoto- radio- relé relé de arranque- sistema de encendido- bocinas- faros- limpiaparabrisas- levanta vidrios eléctricos, etc. Los consumos mencionados pueden no efectuarse simultáneamente, pero bajo ciertas condiciones, por ejemplo, durante el recorrido nocturno, se llega fácilmente a una demanda de 60 Amper utilizando una batería de 12 volt. Esta situación, aunque no sea permanente, somete a la batería a un duro trabajo, sobre todo si el automóvil realiza viajes frecuentes de noche o con muchas paradas. No debemos olvidar que al arrancar el motor se produce una violenta descarga de la batería que aunque de poca duración, de repetirse varias veces, no permite una recarga efectiva. Tam Tampoco oco de debemos olv olvid ida ar qu que el el au autom tomóvil qu que cir cir-cula en las grandes ciudades está obligado a hacerlo a baja velocidad en muchos casos e incluso a permanecer detenido con el motor en marcha.

La parte más importante del sistema de carga es el alternador. El alternador es la fuente de voltaje. Un alternador sencillo consiste en un conductor enrollado y rodeado de un campo magnético rotatorio. Un rectificador de diodos se usa para convertir la corriente alterna en corriente contínua para usarse en el sistema eléctrico del vehículo.

REGULADOR El regulador de voltaje realiza más que simplemente regular el voltaje. Limita el voltaje de salida del generador, puede controlar la salida de corriente del alternador y puede usarse para abrir y cerrar el circuito de fuente a batería.

INDICADORES Si bien el indicador no es una parte exigida del sistema de carga, es esencial para el funcionamiento seguro en al mayoría de los vehículos. El indicador puede ser una lámpara de advertencia o un medidor. Ambos tipos se montan sobre le panel de instrumentos de tal manera que el conductor puede darse cuenta de los problemas en el sistema de carga. Los indicadores del tipo medidor pueden ser de dos clases: un Amperímetro o un Voltímetro. El Amperímetro mide el flujo de corriente del alternador y la batería al resto del sistema eléctrico. El voltímetro revisa el voltaje del sistema. Si ocurre una falla parcial o completa en el sistema de carga el voltímetro o el amperímetro mostrarán el problema. Los indicadores de tipo lámpara de advertencia se encienden cuando el voltaje del alternador es menor que el voltaje de la batería. La desventaja de este sistema tema es que la carga carga de la batería está es tá baja y la salida salida del generador está baja también, el sistema no le advertirá al conductor de un problema inminente. Sin embargo, las lámparas de advertencia son mucho

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADO ALTERNADOR R En la figura 1 se representa un alternador elemental, puede observarse el rotor formado simplemente por un imán giratorio y el estator constituído por una sola espira. Al girar el imán sus líneas de fuerza cortan a la espira induciiéndole una corriente en el sentido indicado. En la figura 2 el rotor, a raíz de su movimiento circular, ha cambiado de posición y la corrien-

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te inducida en la espira invierte su sentido de circulación, se deduce fácilmente que la corriente obtenida es alternada. Si bien el generador explicado produce corriente, su valor no es lo suficientemente elevado como para satisfacer el alto consumo de energía eléctrica que demanda un automóvil moderno, por ese motivo es necesario que el campo magnético del rotor se consiga mediante bobinados recorridos por corriente. En la figura 3 se representa un alternador elemental que cumple el requisito mencionado. Mediante dos escobillas con sus correspondientes anillos se entrega corriente a un bobinado devanado sobre una pieza giratoria, el campo magnético en permanente rotación induce una corriente alterna en el estator quien se encuentra representado en este esquema mediante una sola espira, el consumo se indica con la resistencia R. El alternador se compone de cuatro componentes esenciales. Estos se conocen como: El Rotor, El Estator, El marco y El Conjunto de Escobillas o Anillos Deslizantes.

Fig. 1: Principios del alternador.

Fig. 2: Al cambiar la posición de los polos del imán se invierte el sentido de la corriente inducida.

BOBINA DE CAMPO

ESTATOR

+

_ Fig. 3.

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ROTOR El rotor del alternador es la fuente de los campos magnéticos. Está montado sobre un eje y es impulsado por el motor de tal manera que los campos giratorios cortan a través de los conductores estacionarios. El rotor tiene varios polos. Un rotor automotriz típico tiene 12 o 14 polos, la mitad son polos norte y los demás polos sur. Cuanto más polos más líneas de flujo dentro del alternador. El resultado es un aumento en el voltaje de salida. El rotor está hecho de dos piezas polares. Cada una tiene de 6 a 7 dientes. Estos dientes forman los polos. Todos los polos norte forman una pieza y todos los polos sur forman la otra. Los dientes de polos norte y sur están entrelazados. Las líneas de flujo magnético corren entre estos. Las líneas de flujo alternantes tendrán polaridad alternante. Esto quiere decir que a medida que las líneas de flujo se cortan, inducirán un voltaje alternante y por lo tanto crean corriente alterna. Al variar la cantidad de corriente en la bobina de campo se varía la intensidad del campo magnético. Esta intensidad determinará el voltaje de salida del alternador. La bobina de campo está formada alrededor de un núcleo de hierro. Las piezas polares se colocan a presión sobre el eje del rotor y se ponen en contacto con los dos extremos del núcleo correspondiente. La co-

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rriente se suple al embobinado por medio de anillos deslizantes o escobillas. Las piezas polares, el enbobinado, el núcleo y los anillos deslizantes se colocan a presión sobre el eje. El eje se sostiene por cojinetes montados en la envoltura. La polea y el ventilador se agregan a un extremo del eje.

EL ESTATOR El conductor en el alternador es estacionario porque el campo magnético está en movimiento. Por eso es que el conductor se llama Estator. El alternador normal usa tres conductores que están devanados sobre un núcleo circular y laminado. Las laminaciones evitan que se formen las Corrientes Parásitas en el núcleo. (Las Corrientes Parásitas o de Remolino son corrientes indeseables que se inducen en el núcleo y se oponen al flujo normal de corriente). Cada conductor está devanado en forma de bobinas las que se distribuyen alrededor del núcleo. El número de bobinas en cada conductor es igual a la mitad de dientes en el rotor. Cuando los tres conductores están devanados completamente sobre el núcleo, quedan sueltos seis extremos. La forma de conectar estos extremos uno con otro y a las terminales de salida determina el tipo de estator. Dos tipos comunes de estator son el Estator Devanado en «Y» y el Estator Devanado en Delta.

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MARCO DEL ALTERNADOR

TIPOS DE CIRCUITOS

El marco o cubierta del alternador está construído de dos piezas de aluminio fundido. Se usa el aluminio porque es liviano, no conduce el magnetismo y disipa bien el calor. El extremo impulsor de la cubierta sostiene el cojinete que apoya la parte delantera del eje del rotor. Este es un cojinete anti-fricción diseñado para soportar fuerzas laterales causadas por la correa. El otro extremo de la cubierta, el extremo del rectificador, sostiene la parte trasera del eje. Este extremo del eje usualmente gira en cojinetes de rodillos. Este extremo de la cubierta también contiene las escobillas, el rectificador, los terminales de entrada y salida y en algunos casos el regulador de voltaje.

Los alternadores se diseñan con diferentes tipos de circuito de campo. Los tres tipos más usados son el circuito A (después del campo), circuito B (antes del campo) yel circuito aislado. Los tipos de circuitos se determinan por la ubicación del regulador de voltaje en el circuito de campo.

ALTERNADORES DE CIRCUITO A En el alternador de circuito A, el regulador de voltaje está situado entre la bobina de campo y la conexión a tierra de la bobina. Esto significa que la corriente fluye de la salida del alternador, a través de la bobina de campo hasta el regulador y después a tierra. En este tipo de circuito, tanto las escobillas como los sostenes de escobillas están aislados del marco o cubierta. Este tipo de circuito con frecuencia se usa con reguladores de estados sólidos, los cuales pueden ser lo suficientemente pequeños para estar incluídos dentro de la cubierta del alternador.

ANILLOS DESLIZANTES Y ESCOBILLAS Los anillos deslizantes y escobillas se usan para conducir la corriente directa (D.C.) al enbobinado del rotor. La mayoría de los alternadores tienen dos anillos deslizantes monados en el eje del rotor. Los anillos están aislados entre sí y del eje. Un extremo del enbobinado del rotor está conectado a cada anillo. Una escobilla de carbón con resorte va montada sobre cada anillo deslizante. Las escobillas se conectan en paralelo con el circuito de salida del alternador. Ellas dejan pasar parte de la corriente de salida y la conducen a través de los enbobinados del rotor. El flujo de corriente a través del enbobinado se controla por el regulador de voltaje. La corriente de campo en un alternador generalmente es de 1.5 a 4.0 amperios aproximadamente.

ALTERNADORES SIN ESCOBILLAS Algunos alternadores de servicio pesado están construídos de tal manera que la bobina de campo permanece estacionaria semejante al estator. Las piezas polares están unidas al eje y giran alrededor de la bobina. Debido a que la bobina no gira no hay necesidad de escobillas o anillos deslizantes. Este tipo de alternador se usa principalmente en camiones grandes y en aplicaciones comerciales.

ALTERNADORES DE CIRCUITO B En el alternador de circuito B, el regulador de voltaje está situado entre la salida del alternador y la bobina de campo. Esto significa que la corriente fluye de la salida del alternador a través del regulador, a través de la bobina de campo y después a tierra. En este tipo de circuito, una escobilla y sostén está

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aislado del marco mientras que la otra escobilla y sostén está conectado a tierra y el marco. Este tipo de circuito se usa con reguladores electromagnéticos que se sitúan lejos del alternador.

ALTERNADORES DE CIRCUITO AISLADO El alternador de circuito aislado es similar al alternador de circuito porque el regulador está situado entre la bobina de campo y el circuito a tierra. La diferencia entre este circuito y el circuito A es que la corriente de campo no se deriva directamente de la salida del alternador si no que se trae al alternador desde un circuito separado.

EL ALTERNADOR Y LOS DIODOS Hemos visto que los alternadores producen corriente alternada por lo tanto es necesario convertirla en contínua para cargar la batería. Esto se consigue mediante un proceso llamado rectificación en la que se utilizan dispositivos electónicos llamados diodos. el que se destacan dos zonas perfectamente definidas. Una de ellas posee una cantidad apreciable de electrones en condiciones de circular, en el sentido de que están poco ligados al átomo a que pertenecen. Esta zona se denomina cristal N. En la otra zona existe un faltante de electrones razón por la cual se la llama «cristal P». Pese a que ambas zonas están unidas, los electrones del cristal N

DIODOS DE ESTADOSÓLIDO Los diodos sólidos son dispositivos que permiten el pasaje de corriente en un solo sentido. Si bien su proceso de fabricación es complejísimo, para interpretarlos con sentido netamente práctico, nos interesa saber únicamente que están formados por un cristal en

Fig. 4.

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no pueden pasar por sí mismos a la zona P donde faltan electrones ya que en la unión entre ambos cristales existe una fuerza eléctrica que lo impide. Esa fuerza eléctrica, conocida como barrera de potencial es de pequeño valor, se la representa en la figura 4 con una pequeña flecha cuyo sentido se opone a que los electrones del cristal N crucen hacia la zona P. En la misma figura se puede observar el símbolo eléctrico utilizado para representar el diodo sólido y su aspecto físico.

a esta última, en consecuencia la barrera de potencial deja de actuar permitiendo el pasaje de electrones de la zona N a la zona P y de ésta al borne positivo de la batería. En resumen, al unir el borne negativo de la fuente al cristal N y el borne positivo al cristal P se realiza una polarización directa que permite el pasaje de corriente.

Polarización Directa del Diodo Si aplicamos al diodo una diferencia de potencial tal como lo muestra la figura 5, se establecerá una circulación de corriente. Los motivos son sencillos de entender, veamos: la batería posee una tensión o volta je que queda aplicado a los terminales de conexión del diodo, podemos decir que la tensión aplicada equivale a una presión eléctrica cuyo sentido y valor se representa mediante una flecha o vector. La presión que ejerce la batería, además de ser mayor que la barrera de potencial tiene sentido opuesto

Fig. 5: La presión de la batería es mayor y opuesta a la barrera de Potencial. Circula corriente eléctrica.

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POLARIZACION INVERSA Se la ha representado en la figura 6, el borne negativo de la batería se une al cristal P y el borne positivo al cristal N. Representamos nuevamente la presión eléctrica de la fuente mediante un vector que igual que en el caso anterior es mucho mayor que la barrera de potencial. Observando la figura notamos que las dos presiones eléctricas tienen el mismo sentido, lo que equivale a decir que la batería ayuda a la barrera de potencial a impedir el pasaje de electrones, por lo tanto no circula corriente.

BARRERA PRESION DE LA BATERIA

LA RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA

Fig. 6: La presión de la batería se suma a la barrera de potencial. No circula corriente.

La tensión inducida en el estator es alternada, o sea, cambia periódicamente de polaridad, para lograr que el Alternador entregue corriente continua se utilizan diodos ya que estos permiten el pasaje de corriente en un solo sentido. En la figura 7 se representa un generador de alterna conectado a cuatro diodos en disposición puente. Indicaremos el funcionamiento de este circuito señalando la circulación de corriente para dos polaridades del alternador. En la figura 7 A el borne superior del generador es positivo con respecto al inferior, la corriente se desplaza atravezando el diodo 1, luego pasa por la batería regresando al polo positivo del alternador a través del diodo 2. Durante todo este tiempo los diodos restantes no conducen corriente. En la figura 7B el generador ha invertido su polaridad, la corriente sale del borne negativo, pasa por el diodo 3, la batería y retorna al polo positivo del alternador por el diodo 4. Si observamos en las figuras 7 A y 7 B el sentido de la corriente que carga a la batería, notaremos que es siempre el mismo aunque el generador invierta periódicamente su polaridad. Resumiendo: el generador produce tensión alterna, los diodos por permitir la conducción en un solo sentido entregan corriente continua.

lación, pero excesivamente variable en su valor como para lograr una carga adecuada del acumulador (fig.8). Con el objeto de lograr una corriente rectificada menos fluctuante (más continua) se utilizan alternadores cuyo estator contiene tres bobinas (llamadas bobinas de fase) espaciadas angularmente a 120 grados unas de otras.

Fig. 7 A.

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Fig. 7 B.

GRÁFICOS DE LA CORRIENTE RECTIFICADA La corriente obtenida con este circuito rectificador es continua ya que mantiene un solo sentido de circu-

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En la figura 9 se representa en forma de esquema la distribución de los tres bobinados que forman el estator. Estos bobinados se unen en un punto común en la parte interna del generador, los tres terminales libres, a,b, y entregan tensión alternada a los diodos rectificadores c como se explicará más adelante. Al girar el rotor va induciendo sucesivamente en cada uno de los tres juegos bobinas tensiones alternas que se encuentra defasadas entre sí, o sea, no presentan iguales valores o polaridades en cada instante. Estos alternadores, llamados trifásicos, permiten obtener una corriente rectificada con fluctuaciones mínimas lo que permite cargar a la batería con eficacia. En la figura 10 se representan gráficamente las tensiones entregadas por cada una de las bobinas del estator, puede apreciarse que para un instante dado, por ejemplo t , los valores y polaridades son distintos. La conexión de los bobinados ya explicada y representada simbólicamente en la figura 10 se la conoce como en «estrella». En la figura 11 se representa una conexión «triángulo», denominada así porque los bobinados se encuentran unidos por sus extremedos, este sistema es poco usado en los automóviles ya que la tensión que produce es pobre para cargar con eficacia a la batería.

Tensión alterna del generador La corriente disminuye Corriente continua rectificada Fig. 8.

EL CIRCUITORECTIFICADOR Fig. 9: Esquema de un alternador trifásico.

Se usan seis diodos de silicio para rectificar la salida de corriente alterna (AC) del alternador trifásico. Tres de éstos diodos son positivos y van montados en un disipador de calor (Heat Sink). Todo el conjunto se llama Rectificador Positivo. Este rectificador está aislado de la cubierta del alternador y conectado a la terminal de la salidad del alternador (BATT). Los tres diodos restantes son negativos. Estos también están montados en un disipador de calor. Este conjunto se llama Rectificador Negativo. Este rectificador se monta directamente a la cubierta del alternador y por lo tanto está conectado a tierra. Los conjuntos negativo y positivo combinados como una sola unidad se conoce como Puente Rectificador. El puente rectificador está montado de tal manera que el aire frío pasa por el del ventilador integrado en el alternador.

Fig. 10: Tensiones entregadas por un alternador trifásico.

CONEXIONADO INTERNO DE UN ALERNADOR

un Alternador, para la explicación de su funcionamiento se lo toma en un determinado instante de trabajo ya que es muy difícil marcar las corrientes que se generan durante un giro completo del rotor. Esto se debe

En la figura 13 se detalla el conexionado interno de

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a que las corrientes generadas cambian no solamente de valor sino también de polaridad en tres bobinados que no ocupan la misma posición con respecto al campo del inductor en cada instante o momento de giro. De acuerdo a la polaridad instantánea marcada en la figura para cada bobinado, circularan corrientes a través de los diodos en el sentido indicado. A los efectos de evitar confusiones recomendamos al lector tener muy presente que ha explicado la conducción de los diodos tal como es en la realidad, o sea, la corriente eléctrica circulando de negativo a positivo por el circuito. Este detalle tiene importancia ya que muchos textos conservan la costumbre de señalar el sentido de la corriente eléctrica en forma contraria, porque así se lo suponía antes de ser descubierto el electrón.

Fig. 11.

LA CAJA REGULADORA DEL ALTERNADOR El Alternador, como todo generador electromagnético, entrega una tensión que en parte es proporcional a la velocidad con que los bobinados del estator son cortados por el campo magnético del rotor. Esto significa que a mayor velocidad de giro se produce una tensión resultante de valor más alto, lo que determina la necesidad de regularla a los efectos de impedir que un crecimiento excesivo del voltajepueda dañar la instalación eléctrica del automóvil. Este control se efectúa mediante Cajas Reguladoras que poseen características distintas a las utilizadas para los dínamos. En principio no llevan regulador de corriente, esto se justifica por el comportamiento de los bobinados del estator. Debemos recordar que en lecciones anteriores se explicó que toda bobina presenta un efecto de inercia para los electrones quienes no pueden ace- lerar inst antáneame nte por sus espiras. Como en los devanados de fase del estator la corriente es alterna cada vez que debe cambiar su sentido de circulación sufre un efecto de inercia (inductancia) que limita el amperaje. Si la velocidad de giro del al

Fig. 13.

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ternador aumenta, será mayor la cantidad de veces que la corriente debe cambiar su sentido de circulación, por lo tanto el efecto de inercia aumenta con lo que se consigue regular la corriente entregada sin necesidad de elemento de control en la caja. Generalmente las cajas reguladoras contienen dos relay que actúan uno de ellos como interruptor y el otro como regulador de voltaje. El relay interruptor impide que se dañen los diodos del alternador si por cualquier motivo el conexionado de la batería quedase invertido. Además evita un exceso de corriente por el rotor cuando el motor del automóvil se encuentra detenido y la lave permanece en contacto. El Regulador de tensión permite que el alternador cargue a la batería dentro de los valores fijados por fábrica, para voltajes superiores o inferiores o inferiores a los correctos interrumpe el circuito.

termedia. Al conectar la lave los contactos MU permanecen unidos por la acción del resorte lo que permite la circulación de una corriente que desde masa llega al punto L y dede allí al positivo de la batería. Al mismo tiempo circula otra corriente desde masa por el campo pasando por los contactos D-E que permanecen unidos por acción del resorte. Desde el contacto D la corriente sigue hacia los contactos M-U llegando a positivo por la sección SL del relay. Si observa detenidamente el relay P notará que por él circulan dos corrientes de sentido opuesto lo que impide que el campo magnético actúe separando los contactos MU. Dichas corrientes figuran en el circuito en línea de puntos. En estas condiciones aunque el alternador no gene-

FUNCIONAMIENTO DE CAJA REGULADORA PRESTOLITE En la figura 14 se ha represntado una caja reguladora conectada a un alternador trifásico con conexión estrella. La caja reguladora posee dos reléy, uno de ellos actúa como regulador de voltaje y el otro desempeña una función similar al disyuntor. El regulador de voltaje tiene los contactos D-E-F vibratorios mientras que los M-UN del relay P admiten dos posiciones únicamente, o sea, el contacto U toca al M o al N sin poder mantenerse en una posición in-

Fig. 14: Circuito prestolite.

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no puede circular corriente proveniente de la batería por impedirselo el sentido de conducción de los diodos rectificadores. Cuando el alternador comienza a girar genera una tensión menor que la de la batería, la situación anterior impide que pueda convertirse en consumo del acumulador. Al aumentar la velocidad de giro del alternador genera una tensión superior a la de la batería, circulando corriente a través del relay P del siguiente modo: desde masa atraviesa totalmente la bobina del relay y pasando por los contactos U-M llega al borne A de la caja reguladora cerrando el circuito al Alternador. Cuando dicha corriente alcanza determinados valores (especificados en cada caso por el fabricante) se produce una fuerza electromagnética capaz de vencer al resorte uniendo los contactos U-N, produciendo conexión directa entre batería y alternador. En consecuencia el circuito de carga cubre el siguiente recorrido: de masa a través de la batería llega al borne B de la caja reguladora. Desde allí pasando por los contactos N U llega a borne A de la caja y finalmente cierra el circuito con el Alternador.

vamente que la corriente que circula por una bobina tiene inercia, por lo tanto al separarse los contactos ED rápidamente, la bobina se comporta como un generador que «larga» corriente a extremada presión la que es derivada a masa por la resistencia. Este comportamiento es común a todas las bobinas en el sentido de producir tensiones muy elevadas cuando se corta la alimentación de la fuente y se llama extracorriente de apertura. La resistencia R2 está conectada en paralelo con el sector L-O del relay de protección, su misión es mantener estable la tensión en esa parte del circuito ya que los bobinados del regulador de tensión y del protector se encuentran eléctricamente unidos.

Funcionamiento de la Caja Reguladora El regulador de voltaje tiene los contactos D-E-F vibratorios, mientras que los contactos del Relay de protección M-U-N admiten dos posiciones únicamente. Al conectar la llave los contactos MU permanecen unidos por la acción del resorte permitiendo la circulación de corriente que desde masa llega al punto L y luego al positivo de la batería. Al mismo tiempo circula otra corriente desde masa por el campo pasando por los contactos D-E que permanecen unidos por la acción del resorte. Desde le contacto D la corriente sigue hacia los contactos M-U llegando al positivo por la sección S-L del relay. Si observa detenidamente el relay de protección notará que por él circulan dos corrientes de sentido opuesto lo que impide que el campo magnético actúe separando los contactos M-U. Dichas corrientes figuran en el circuito con línea punteada. En estas condiciones aunque el Alternador no genera tensión (el motor no gira) por el estator del mismo no puede circular corriente de la batería ya que los diodos no pueden conducir en ese sentido. Cuando el alternador comienza a girar genera una tensión menor que la de la batería, la pequeña corriente generada sólo sirve para aumentar la corriente de excitación del campo. Al aumentar el régimen del motor, el alternador genera tensión superior a la de Batería, por el relay de protección circula una corriente que desde masa llega al alternador pasando por los contactos M-U. Esta corriente provoca un fuerte campo magnético que vence la acción del resorte provocando la unión de los contactos U-N permitiendo de esta menra que el Alternador cargue a la batería.

Circuito de Excitación Parte de la corriente generada por el Alternador es utilizada para excitar los campos del mismo. En efecto, esta corriente partiendo de masa atraviesa la bobina de campo, llega al borne F de la caja, pasando por los contactos D-E (que permanecen unidos por la acción del resorte), sale de la caja por el borne A cerrando el circuito en el alternador. A medida que aumenta la tensión generada circula mayor corriente por el relay T cuando esta corriente alcanza determinados valores indicados por el fabricante, el campo magnético es capaz de vencer la acción del resorte quedando el contacto E en un punto intermedio (la posición que se observa en la figura). En esta condición la corriente de excitación encuentra en su recorrido hacia el alternador al resitor R lo que produce una disminución de dicha corriente. Si por cualquier motivo el alternador continúa aumentando su tensión, la corriente por el relay T aumenta y con esto su campo magnético, por lo tanto el contacto E se une al F quedando el bobinado de campo en cortocircuito anulando la excitación. En el circuito de la caja reguladora puede observarse la resistencia R1 conectada desde el borne F a masa, esta resistencia amortigua la corrinete que circula por el bobinado de campo en el instante en que los contactos E-D se separan. Debe recordarse nue-

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Cuando la tensión generada excede los límites fijados por el fabricante la corriente que circula a través del regulador de tensión es suficiente como para separar los contactos D y F. Al quedar el contacto E en una posición intermedia (como se observa en la figura 16) disminuye la excitación de campo por acción de la resistencia R. Si la generación del alternador sigue aumentando peligrosamente, se hace nula excitación del campo ya que los contactos E y F se unen.

CONEXIONADODE LA CAJA REGULADORA En la figura 15 se observa el conexionado de la caja reguladora al alternador, la luz indicadora permanece encendida mientras el generador no carga a la batería. Durante ese tiempo por la lámpara pasa corriente desde masa, a través de los bobinados de campo y regulador de tensión hacia positivo de la batería. Cuando los contactos UN de la figura 16 se unen, la lámpara queda en cortocircuito y no enciende ya que la corriente prefiere pasar por esos contactos y no por la resistencia del filamento de la lámpara, esto indica que el alternador alimenta a la batería. La luz indicadora de carga se ubica en el tablero de instrumentos del automóvil.

Fig. 15.

Fig. 16.

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REGULADORES DE VOLTAJE ELECTRÓNICOS

INSPECCIÓN DEL ALTERNADOR Existen algunas precauciones importantes que se deben observar cuando se trabaja en un vehículo equipado con sistema de carga de corriente alterna (A.C.). Siga estas reglas para evitar el daño serio al sistema.

El regulador electrónico contiene varios transistores, diodos, resistores y un capacitor. Un transistor grande se coloca en serie con el enbobinado de campo del alternador y con un circuito de control que registra el voltaje del sistema. La unidad de control enciente y apaga al transistor hasta 7,000 veces por segundo para mantener al nivel correcto la corriente de campo y el voltaje del alternador.

1- Observe la polaridad de la batería cuando la instale en el sistema. 2- Desconecte el cable negativo de la batería cuando la ponga a cargar. 3- Cuando suelde una conexión del diodo siempre una con un disipador de calor entre la unión de soldadura y el diodo para proteger al último. 4- Nunca trate de polarizar un alternador o regulador. 5- Nunca haga funcionar un alternador en un sistema abierto (es decir, sin tener conectado ambos terminales de la batería). El alternador es capaz de generar voltajes extremadamente altos cuando se hace funcionar sin una carga.

INSPECCIÓN Y PRUEBA DEL ALTERNADOR Ciertas pruebas elementales se deben realizar antes de descartar el alternador. Efectúe las siguientes pruebas antes de sacar el alternador del vehículo. 1- Pruebe la batería. Esta tiene que estar completamente cargada y en buenas condiciones para que el sistema de carga funcione y se pruebe correctamente. 2- Revise las correas para determinar su condición y tensión. Las correas flojas o vidriadas ocasionan problemas. 3- Revise muy cuidadosamente todas las conexiones del alternador, regulador, batería, interruptor y relevador del encendido. Limpie y apriete estas conexiones. Después pruebe el sistema usando un amperímetro de precisión. Si el sistema ahora funciona bien, quiere decir que lo malo era una conexión o el indicador. 4- Realice la prueba de carga máxima (full field) del alternador. Consulte el manual de especificaciones del fabricante para seguir el procedimiento apropiado del alternador y regulador en cuestión. Esta prueba determinará si es el regulador o el alternador, es el que está averiado. En algunos motores controlados por computadora no se puede efectuar esta prueba. Consulte el manual del fabricante. Si el alternador continúa funcionando mal, remukévalo del auto y desármelo para inspeccionarlo detalladamente.

Nota: Nunca desconecte un cable de la batería con el motor en marcha. 6- Nunca conecte a tierra ni conecte voltaje de la batería a un terminal de campo en el regulador o el alternador a menos que se especifique en el procedimiento de prueba. 7- Desconecte el cable a tierra antes de trabajar en el sistema de carga. 8- No conecte a tierra la terminal de salida del alternador o las del regulador. 9- Desconecte los enchufes del regulador antes de remover los tornillos de montaje. El regulador sin conexión a tierra puede dañarse si se desconecta el enchufe.

PRUEBA DE ALTERNADORES Como es normal en pruebas de equipo eléctrico, la búsqueda de desperfectos se llevará a cabo en forma sistemática. Todos los ensayos se realizarán sobre la salida de corriente rectificada, o sea C.C. No es necesario efectuar ensayos en la parte de C.A. ya que toda falla en ese sector por lógica repercutirá sobre la C.C. de salida

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PRUEBA DE SALIDA DEL ALTERNADOR Para probar el alternador usar el amperímetro de C.C. de la siguiente manera: a) Desconéctese la conexión a masa de la batería. b) Desconéctese el cable de salida del alternador «+». c) Conecte el amperímetro de C.C. sobre el terminal «+» y el cable previamente desconectado. d) Desconecte los cables conectados a los terminales CAM e IGN del regulador y únalos entre sí. Tener especial cuidado de no hacer cortocircuito con masa estos terminales. e) Desconecte el terminal BAT y conéctelo en el terminal ALT. f) Conéctese nuevamente el terminal de masa de la batería. Cierre la llave ignición Arranque el motor y acelere progresivamente hasta que la velocidad del alternador alcance aproximadamente a 3.000 rev./ min. En este punto la lectura en el amperímetro debe ser mayor de 35 Amp. Para realizar conexionado ver la Figura Nº 17. La prueba de salida del alternador se efectúa para determinar si éste es capaz de entregar su potencia nominal, y esta prueba debe ser realizada antes de hacer otras pruebas o ajustes. 1.- El alternador funciona correctamente si se obtiene un excedente en su potencia nominal a temperatura ambiente. Realice la prueba según lo indica la figura Nº 17. 2.- Una lectura de corriente inferior a la especificada a 3.000 rev./ min, indica un alternador defectuoso.

La toma a masa del acumulador se saca para las conexiones, luego se vuelve a conectar cuando se hace la prueba. (1) Campo, (2) + Alternador, (3) Batería, (4) Ignición Fig. 17: Prueba de salida del alternador.

La toma a masa del acumulador se saca para las conexiones, luego se vuelve a conectar cuando se hace la prueba. (1) Campo, (2) + Alternador, (3) Batería, (4) Ignición

VERIFICACIÓN DEL RELE DE POLARIDAD a) Desconecte la conexión de masa de batería. b) Reconecte los terminales CAM a IGN en el regulador. Deje el terminal ALT y el amperímetro tal cual estaba. c) Reconecte la conexión de masa de batería. d) Cierre la llave de ignición y acelere paulatinamen-

Fig. 18.

te hasta que el alternador alcance 3.000 rev./ min. Para realizar el conexionado ver Fig. Nº 18. Si el alternador genera su potencia especificada, nos

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Prueba de aislación a masa

indica que el relé está defectuoso. Háganse las pruebas corrientes para verificar continuidad del bobinado, conexionado, masa, etc. Si el relé y su circuito asociado dan un resultado satisfactorio hágase la prueba 3 para eliminar el regulador de tensión.

Puede hacerse usando unas puntas de prueba y un circuito de corriente alterna de 220 volt con una lámpara de 15 Watt en serie, como se muestra en la figura 26. Se deben desconectar todos los diodos rectificadores para evitar dañarlos mientras se hace la medición. Si la lámpara enciende es porque la bobina tiene una conexión a tierra en el núcleo del estator. Si bien para realizar esta prueba no se requiere más que las puntas de prueba y una lámpara, de usarse estos elementos proceda con mucho cuidado ya que puede recibir una fuerte descarga eléctrica. La prueba de aislación a masa también puede efectuarse con un óhmetro, se conecta una de las puntas de prueba a masa y con la otra punta se hace contacto sucesivo con los tres terminales del estator. Si en alguna de estas mediciones la aguja del instrumento deflexiona, indica que existe conexión a tierra.

VERIFICACIÓN DEL CALIBRADO a) Desconecte la conexión a masa de la batería. b) Desconecte el cable BAT del regulador. c) Conecte un foquito de 12 V y 2,2 W (150 mA) entre el terminal BAT y el cable previamente desconectado. d) Conecte un volímetro de C.C. entre el terminal + del alternador y masa. e) Reconecte la conexión de masa de la batería. f) Póngase en contacto y arranque el motor. g) Acelere instantáneamente el motor hasta media marcha o más para lograr auto-excitación, luego reduzca paulatinamente la velocidad hasta que el alternador alcance 3.000 rev./ min. aproximadamente en ese punto la tensión del circuito abierto debe ser de 14,5 a 14,7 volt a 20ºC. El factor de corrección por temperatura es de 0,1. Agréguese este valor por cada 10ºC debajo de 20ºC y réstelo por cada 10ºC por encima de 20ºC. h) Si fuese necesario regúlese el calibrado retirándose la tapa del regulador y con la herramienta especial haga el ajuste lo más rápido posible girando la herramienta en sentido «reloj» para aumentar la tensión y en sentido «anti-reloj» para diminuir la tensión. Esto se hará con el alternador girando a aproximadamente 3.000 rev./ min. i) Detenga el motor y desconecte la conexión de masa de la batería, coloque la tapa del regulador, retire el foquito, conecte el cable de batería al terminal BAT del regulador y retire el voltímetro. j) Conecte nuevamente la conexión a masa de la batería. Los medidores de resistencia del tipo que utilizan un generador manual meggher no deben ser nunca utilizados para probar diodos.

Prueba de bobinas del estator Una vez comprobado que los diodos rectificadores se encuentran correctos, debemos proceder a verificar el roto y el estator. Sobre el estator se deben realizar dos verificaciones de suma importancia; prueba de aislación a masa e interrupciones en los bobinados.

Nota: Si las pruebas no demuestran ningún problema con el alternador y aún no produce corriente especificada, los enbobinados del estator probablemente tiene corto circuito y debe reemplazarse.

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PRUEBAS DEL ROTOR Una prueba de masa del rotor puede llevarse a cabo empleando la lámpara de prueba o el Ohmetro, tal como se indica en la figura 27. Si la lámpara enciende, o la aguja del instrumento deflexiona, la bobina del rotor tiene una conexión a tierra. Con respecto al estado de los bobinados del rotor, se puede realizar una prueba rápida y satisfactoria mediante un Ohmetro, conectado en la forma que lo indica la figura 28, la lectura correcta es de alrededor de 3 Ohm. Vistas las fallas que pueden presentarse en los bobinados del Alternador, agregamos a continuación una tabla de fallas en la que se indica la posible causa de la avería y las operaciones a realizar para subsanarla. Fig. 26.

PRUEBAS DE CAÍDA DE VOLTAJE El sistema de carga no puede funcionar debidamente si hay resistencia excesiva en la batería o en el circuito de campo. La manera más fácil de verificar si hay demasiada resistencia es efectuando una prueba de caída de voltaje en los circuitos. Una prueba de caída de voltaje entre la terminal positiva de la batería y la terminal del alternador (que va a la batería) con el motor en marcha, debe indicar un máximo de 0.20 V. Voltaje excesivo puede indicar terminales corroidos o dañados.

PRUEBA DEL DIODO Es necesario desarmar algunos pero no todos los alternadores para probar los diodos. Consulte con los procedimientos de servicio del fabricante. Los diodos pueden probarse fácilmente con un óhmetro. Cuando se prueba un diodo, debe tener una resistencia muy baja en una dirección y muy alta en la otra.

Fig. 27.

ESCOBILLAS Las escobillas deben estar completamente libres de aceite o grasa. Si tocan aceite o grasa al desarmarlas se pueden limpiar con tricloretileno. Durante una reconstrucción del alternador es buena práctica reemplazar las escobillas sin importar cuanto desgaste tengan. Revise y reemplace los resortes y sostenes de escobillas si están dañados o han perdido tensión. También haga lo mismo con los aislantes. Fig. 28.

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ANILLOS DESLIZANTES Los anillos deslizantes deben estar lisos y redondeados. Si están sucios o rayados se pueden limpiar usando tela abrasiva (crocus cloth) de grado 400 a 600 o papel de lija. No use tela de esmeril. Si los anillos deslizantes tienen rayaduras profundas o están faltos de redondez, se pueden rectificar en un torno. Elimine lo menos posible de metal. Después es necesario pulirlo con tela abrasiva (crocus cloth) de grado 400.

EL CAPACITOR El capacitor (condensador) puede probarse desconectandolo de su circuito y poniéndolo a través del óhmetro. Si el medidor indica resistencia infinita el capacitor está bueno. Si indica resistencia baja, el capacitor está defectuoso. Para determinar la capacidad de un capacitor se necesita un probador para capacitores y consultar con las especificaciones del fabricante.

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DIAGNÓSTICO DE SERVICIO DEL ALTERNADOR DEFECTO

POSIBLE CAUSA

REPARACION

SALIDA DEL ALTERNADOR BAJA Y BATERIA CON POCO NIVEL DE CARGA

Mal contacto en el circuito de carga.

Probar la resistencia óhmica del circuito de carga. Corregir donde sea necesario.

Calibrado del regulador en un valor bajo.

Ajustar la calibración eléctrica del regulador al valor correcto de especificación.

Rectificador en cortocircuito.

Realizar la prueba de salida del alternador. Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los rectificadores. Instalar nuevos rectificadores si es necesario.

Rectificado abierto. SALIDA DEL ALTERNADOR BAJ A Y BATERIA CON POCO NIVEL DE CARGA

Arrollamiento del estator en cortocircuito a masa.

Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los arrollamientos del estator. Instalar un nuevo estator se es necesario

Regulador de tensión calibrado a un valor demasiado alto.

Calibrar el regulador de tensión al valor correcto de especificación

Contactos del regulador pegados.

Instalar un nuevo regulador de tensión.

Mal contacto a masa de la base del regulador.

Realizar un buen contacto a masa de la base del regulador.

Arrollamiento del limitador de tensión abierto.

Instalar un nuevo regulador de tensión.

Regulador de tensión calibrado a un valor demasiado alto.

Calibrar el regulador de tensión al valor correcto.

CONTACTOS DEL REGULADOR DE TENSION QUEMADOS

Cortocircuito a masa del arrollamiento de campo del rotor del alternador.

Verificar la corriente circulante en el arrollamiento de campo del alternador. Si la corriente es excesiva, instalar un rotor nuevo.

CONTACTOS DEL REGULADOR DE TENSION PEGADOS

Conexión imperfecta entre la masa del alternador y la del regulador. Resistor abierto.

Corregir la conexión de masa. Probar el regulador de tensión y recalibrar si fuera necesario.

ALTERNADOR RUIDOSO

Bulones de fijación del soporte flojos.

Colocar correctamente el alternador y apretar firmemente los bulones de fijación.

Correa de transmisión gastada.

Instalar una nueva correa y tensarla apropiadamente.

Rodamientos gastados.

Sacar el alternador y desarmarlo.

Diodos rectificadores en Cortocircuito o abierto.

Instalar nuevos rodamientos.

RANGO DE CARGA EXCESIVA PARA UNA BATERIA COMPLETAMENTE CARGADA

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Algún arrollamiento del estator abierto o en cortocircuito.

Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los diodos rectificadores. Instalar nuevos si fuera necesario. Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los arrollamientos del estator. Instalar un nuevo estator si fuera necesario.

EL ALTERNADOR NO CARGA

Rotor o ventilador dañado.

Sacar el alternador y desarmarlo.

Correa de transmisión cortada o floja.

Instalar un nuevo rotor o ventilador.

Rodamientos y/ o anillos rozantes gastados.

Reponer la correa o tensar la ya existente.

Escobillas pegadas a la guía.

Instalar nuevos rodamientos y/ o anillos rozantes.

Circuito de campo abierto.

Limpiar los anillos rozantes y las guías de las escobillas. Instalar escobillas nuevas. Probar todas las conexiones del circuito de campo y reparar lo que sea necesario.

NIVEL DE CARGA BAJ A Y DE RANGO INESTABLE

Circuito abierto en los arrollamientos del estator.

Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los arrollamientos del estator. Instalar un estator nuevo si es necesario.

Rectificadores abiertos.

Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los rectificadores. Instalar rectificadores si es necesario.

Correa de transmisión floja.

Tensar la correa de transnsmisión.

Mal contacto de los terminales de la batería.

Limpiar los terminales de la batería y los cables de empalme, apretar luego firmemente los terminales de conexión a batería.

Mal contacto en algún punto del circuito de carga.

Probar la resistencia óhmica del circuito de carga. Corregir donde sea necesario.

Mal contacto en la conexión de masa entre el motor y la carrocería

Apretar los tornillos del cable de conexión de masa. Colocar uno nuevo si es necesario.

Algún arrollamiento del estator abierto.

Sacar el alternador y desarmarlo. Probar los arrollamientos del estator. Instalar uno nuevo si es necesario.

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CONEXIONADO DE SISTEMAS

la lámpara queda sin diferencia de potencial, apagandose y los campos son alimentados con mayor intensidad. La corriente inducida comienza a pasar hacia la batería y en caso de que la tensión aumente demasiado, actua el regulador, medante la limitación de la corriente que circula por los campos.

BOSCH Al poner en contacto el sistema, circula corriente a través del filamento de la lámpara, pasando por los contactos del regulador y recorriendo el bobinado de los campos. De esta manera, se enciende la luz indicadora, formándose un pequeño campo magnético en las piezas polares. Al tomar marcha el motor, girarán las piezas polares (rotor), induciendo corriente en el estator. Esta corriente es rectificada por los 3 diodos de excitación y enviada al borne Dt del regulador, quedando sin diferencia de potencial la lámpara, por lo que se apaga al tiempo que la corriente por los campos se refuerza para aumentar la intensidad de los mismos. A partir de éste momento, comienza a pasar corriente a través de los diodos de potencia hacia la batería, al tiempo que los campos se auto-excitan por el trío de diodos. En caso que la tensión de generación tienda a superar los 14 V en sistemas de 12V, se forma un campo magnético en el bobinado del regulador, capaz de atraer el platino móvil. De ésta forma, la corriente a los campos, tendrá que pasar por una resistencia en dicho regulador. La tensión de generación disminuye, por lo que el platino del regulador, vuelve a su posición inicial. El platino del regulador estará constantemente vibrando para controlar la intensidad del campo y con ésto, la tensión generada.

NIPPON DENSO Este sistema esta formado por un regulador electromecánico de dos elementos, un relé de luz indicadora y de excitación, un regulador de tensión. Al poner en contacto, circula corriente a través del filamento de la lámpara, de los platinos del regulador y por el arrollamiento de los campos. De ésta manera, se prende la luz y se forma un pequeño campo magnético en las piezas polares (rotor). Cuando arranca el motor, se induce corriente en el bobinado del estator. Dicha corriente, en principio es recogida por la conección nutra hacia el bobinado del relé. Esto hará que baje el platino del relé, pasando corriente desde batería hacia los campos, por lo que

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NIPPON DENSO E.P REGULADOR

LAM 1

BAT 2

F N B B

NEU FIELD 3 4

MOTOR DE ARRANQUE

RELE REGULADOR E RESORTE N

L

B

N

F

F

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DELCOTRON

RELEVADOR (NEUTRO) CAMPO (FIELD)

R

C -

B + F

2

3

4

CHRYSLER _

IG F

F V

24

+


BOSCH D-

REGULADOR D+

DF

DF B+

DD+

ARRANQUE

D-

B D+

D-

DF

DF

D+

25


DELCO REMY 1

L B

2 B

ARRANQUE

BOSCH B

Ex.

L

D+ B

ARRANQUE

26


FORD

2

2 L

1 B B

B

B

B

B

ARRANQUE

INDIEL E IC B X

C

27

Iade Electricidad y Electronica Del Automovil - 07

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