FUNCIÓN DEL SISTEMA DE CARGAEl vehículo está dotado de muchos dispositivos eléctricos que mejoran la seguridad y comodidad del vehículo. Asimismo, el vehículo necesita electricidad mientras está en marcha como cuando está parado.Por esta razón, el vehículo está dotado de una batería que suministra electricidad y un sistema de carga que genera electricidad mientras el motor está en marcha. El sistema de carga suministra electricidad a todos los dispositivos eléctricos y carga la batería.

Construcción de un sistema de cargaEl sistema de carga consta principalmente los siguientes dispositivos.

Mientras el motor está en marcha, genera una cantidad deelectricidad prácticamente idéntica para hacer funcionar losdispositivos eléctricos del vehículo y para cargar la batería.

• Alternador

(incorporado en el alternador)Este dispositivo regula la tensión generada para que sea constanteincluso cuando cambia la velocidad del alternador o cuando fluctúa lacantidad de corriente que fluye hacia los dispositivos eléctricos.

•Regulador

Este dispositivo actúa como fuente de alimentación cuando el motor está parado; suministra electricidad a los dispositivos eléctricos que ponen en marcha el motor o en los casos que el alternador no generaelectricidad. Sin embargo, la electricidad generada por el alternador carga la batería una vez el motor comienza a funcionar.

• Batería

Este dispositivo comunica si hay un funcionamiento incorrecto en elsistema de carga.

• Luz de aviso de carga

Este dispositivo pone en marcha el motor, con lo que el alternadorcomienza a generar electricidad.

• Interruptor de encendido

Función del alternador

(1) GeneraciónLa transmisión de la revolución del motor a la polea mediante la correa en V hace girar el rotor electromagnetizado, lo que genera corriente alterna en la bobina del estátor.

El alternador desempeña un papel fundamental en el sistema de carga. El alternador tiene tres funciones: generar electricidad, rectificar la corriente y regular la tensión.

(2) RectificaciónPuesto que la electricidad que se genera en la bobina del estátor es alterna, no puede usarse con los dispositivos eléctricos que están instalados en el vehículo. El rectificador se usa para rectifica la corriente alterna en corriente continua.

(3) Regulación de la tensiónEl regulador de IC regula la tensión generada para que ésta sea constante aun cuando cambien la velocidad del alternador o la cantidad de corriente que fluye a los dispositivoseléctricos.

Principio del alternador

Cuando un imán gira dentro de una bobina se crea una tensión en los dos extremos de la bobina. Esto da lugar a una corriente alterna.

1. Corriente alterna trifásica

En la figura se muestra la relación entre la corriente generada en la bobina y laposición del imán. La mayor cantidad de corriente se genera cuanto más cerca de la bobina están los polos N y S. Sin embargo, la corriente fluye en dirección opuesta en cada media vuelta del imán. La corriente que forma una onda de seno de esta manera recibe el nombre de “corriente alterna monofásica”. Una variación de 360° en la figura representa un ciclo y el número de variaciones que suceden en un segundo recibe el nombre de frecuencia.

Principio del alternador

Para generar electricidad más eficazmente, el alternador del vehículo usa tres bobinas, dispuestas como se muestra en la figura.

Principio del alternador

Principio del alternador

Cada una de las bobinas A, B y C está separada de las otras 120°. Cuando el imán gira entre ellas, en cada una de ellas se genera corriente alterna. La figura muestra la relación entre los tres conjuntos de corriente alterna y el imán. La electricidad formada por tres conjuntos de corriente alterna recibe el nombre de corriente alterna trifásica.Todos los alternadores de los vehículos modernos generan corriente alterna trifásica.

TODO EMPIEZA EN EL ROTOR

A la bobina llega corriente continua procedente de los diodos magnetizantes (excitadores) a través de los anillos deslizantes para magnetizar las mordazas.Un alternador de ocho polos tiene ocho polos norte y ocho sur, mientras que uno de seispolos tiene seis de cada uno.

El rotor de un alternador consiste en dos piezas metálicas con forma de mordaza (polo norte y sur) que rodean una bobina (devanado magnetizante).Las tres piezas van montadas en un eje.

ROTOR

Cuando pasa corriente por el rotor al mismo tiempo que gira, se genera una corriente de carga en los devanados de fase del estator.La corriente alterna trifásica que se genera entonces tiene que ser rectificada para poder dar corriente continua. Esto se hace con los diodos.

BOBINA DE INDUCCIÓN (ESTATOR)

interceptan el campo magnético rotatorio, generado por el rotor, esta intercepción, se intensifica con un núcleo cilíndrico de fierrro dulce laminado.

Devanados del estator conectados en delta (alternador de 90 A)

Devanados del estator conectados en estrella

(alternador de 65 A)

Los diodos de semiconductores están unidos con un semiconductor de tipo n y otro de tipo p.

(1) Cuando el polo positivo (+) de la batería está conectado al lado p y el polo negativo (-) al lado n, los orificios positivos de un semiconductor de tipo p y el polo positivo de la batería se repelen. Asimismo, los electrones libres de un semiconductor de tipo n y el polo negativo de la batería se repelen, con lo que se aproximan a la zona de intersección p-n. Como resultado, los electrones libres y los orificios positivosse atraen y permiten a la corriente atravesar la zona de intersección p-n.

(2) Al invertir las conexiones de la batería, los orificios positivos del semiconductor de tipo p y el polo negativo de la batería se atraen, y los electrones libres del semiconductor de tipo n y el polo positivo de la batería se atraen, con lo que se apartan de la zona de intersección p-n. Como resultado, se crea una capa desprovista deelectrones libres y de orificios positivos en la zona de intersección p-n, lo que impide el flujo de corriente.

1. DescripciónUn diodo normal permite que unacorriente fluya únicamente en unadirección: desde el lado p al lado n.

2. Características

Es necesaria una tensión mínimapara que una corriente fluya desde el lado p al lado n.He aquí ejemplos de requisitos detensión:Diodo de silicio (A): unos 0,3 VDiodo de germanio (B): unos 0,7 VNo habrá flujo de corriente si seaplica una tensión en la direcciónopuesta (desde el lado n al lado p).Si bien fluye una corriente muypequeña, llamada corriente de fuga,dicho flujo no se tiene en cuentaporque no afecta al funcionamientodel circuito.

Sin embargo, si se aumenta suficientemente dicha tensión de fuga, el amperaje de la corriente que puede pasar por el diodo tambiénaumentará súbitamente.Este fenómeno recibe el nombre dedistribución de diodo y la tensión quese aplica recibe el nombre de tensiónde distribución.

(1) Rectificación de media onda. Se aplica a un diodo tensión de un generador de AC.Debido a que la tensión que se muestra entre (a) y (b) se aplica en el diodo hacia delante, la corriente atraviesa el diodo.Sin embargo, debido a que se aplica al diodo la tensión mostrada entre (b) y (c) en dirección inversa, se impide el paso de corriente a través del diodo.Puesto que solamente se permite que atraviese el diodo la mitad de la corriente generada por el generador.

Función de rectificación

(2) Rectificación de onda completa

Cuando el terminal A del generador es positivo, el terminal B es negativoy la corriente fluye como se muestra en el diagrama

Cuando se invierte la polaridad de los terminales, la corriente fluye como se muestra en el diagrama.

Esto significa que la corriente de salida siempre fluye en una única dirección a través de la resistencia R.

(2) Rectificación de onda completa

Los diodos rectificadores normales se usan como rectificadores de alternadores.

Ejemplo de aplicación

• ConstrucciónEl alternador incorpora un circuito rectificador, como el que se muestra en la figura 1, para rectificar, mediante seis diodos, la corriente alterna trifásica. El circuito está montado en el soporte del rectificador, tal como se muestra en la figura 2.

Rectificación(1) Mecanismo de rectificación del alternador

Cuando el rotor da una vuelta en las bobinas del estátor, en cada una de ellas se genera electricidad, tal como se muestra desde los estados (a) a (f) en la figura 3.En el estado (a), se genera electricidad positiva (+) en la bobina III y electricidad negativa (-) en la bobina II.Así pues, la corriente fluye desde la bobina II a la bobina III.Esta corriente fluye hacia una carga a través del diodo 3 y luego regresa a la bobina II a través del diodo 5. En este momento, la electricidad que pasa a través de la bobina I es 0. Debido a esto ninguna corriente fluye hacia la bobina I. Según la misma lógica, desde el estado (b) hasta el estado (f), la corriente alterna se rectifica cuando pasa a través de los diodos y una cantidad constante de corriente fluye hacia la carga eléctricaregularmente.

A fin de añadir la variación potencial a este punto neutral de la salida de tensión DC con diodos de punto neutral, hay dos diodos entre el terminal de salida (B) y la masa (E) conectados al punto neutral. Estos diodos están instalados en el soporte del rectificador.

Diodos de punto neutro

1. Devanado del rotor2. Devanado del estator3. Diodos rectificadores4. Condensador (protección contra interferencias)5. Diodos magnetizantes (Excitadores)6. Regulador de carga

Diodos Excitadores

RECTIFICACIÓN TRIFASICA

Conjunto rectificador (placa de diodos)La corriente generada por el alternador es alterna, pero esta corriente no sirve para cargar la batería.Entonces se utiliza el conjunto rectificador (diodos) que transforma la corriente alterna en contínua, que carga la batería.

OBSERVACIÓN:Temperatura del rectificadorEl diodo usado para la rectificación produce calor cuando pasa corriente por el mismo. Sin embargo, debido a que el propio diodo (semiconductor) no soporta bien el calor, elcalentamiento afecta a la función de rectificación. Así pues, es necesario que la aleta de soporte (aleta de liberación de calor) tenga la mayor superficie posible para producir la máxima liberación de calor.

ESQUEMA ELECTRICO DE UNA PLANCHA DE DIODOS

POR QUÉ ES NECESARIO UN REGULADOR DE TENSIÓN

La función del regulador de tensión es mantener constante la tensión del alternador, y con ella la del sistema eléctrico del vehículo, en todo el margen de revoluciones del motor de este e independientemente de la carga y de la velocidad de giro.

PRINCIPIO DE LA REGULACIÓN DE LA TENSIÓNLa tensión del alternador depende en gran medida de la velocidad de giro y de la carga a que este sometido. A pesar de estas condiciones de servicio, continuamente variables, es necesario asegurar que la tensión se regula al valor predeterminado. Esta limitación protege a los consumidores contra sobretensiones e impide que se sobrecargue la batería. La tensión generada en el alternador es tanto mas alta cuanto mayores son su velocidad de giro y la corriente de excitación.En un alternador con excitación total, pero sin carga y sin batería, la tensión no regulada aumente linealmente con la velocidad y alcanza, p. ejemplo a 10.000 r.p.m., un valor de 140 V aproximadamente.El regulador de tensión regula el valor de la corriente de excitación, y con ello, la magnitud del campo magnético del rotor, en función de la tensión generada en el alternador. De esta forma se mantiene constante la tensión en bornes del alternador, con velocidad de giro y cargas variables, hasta el máximo valor de corriente.

REGULADORES DE CONTACTOS ELECTROMAGNÉTICOS CONVENCIONALES

Mediante la apertura y cierre de un contacto móvil en el circuito de corriente de excitación se interrumpe la corriente produciendose así una modificación de la misma. El contacto móvil es presionado por la fuerza de un muelle contra un contacto fijo y es separado de este por un electroimán al sobrepasarse la tensión teórica.

Los reguladores de contactos apropiados para alternadores trifasicos son de un solo elemento, es decir, reguladores con un elemento regulador de tensión compuesto de electroimán, inducido y contacto de regulación. Cuando la tensión del alternador sobrepasa el valor teórico, el electroimán abre el contacto (posición b), conectando una resistencia (R) en el circuito de excitación que origina un descenso de esta corriente y por lo tanto un descenso en la tensión del alternador. Si la tensión del alternador disminuye tanto que desciende por debajo del valor mínimo teórico entonces el contacto vuelve a conectarse aumentando por ello la corriente de excitación y, por tanto, la tensión del alternador.

REGULADOR DE UN ELEMENTO UN CONTACTO

Un regulador que tiene un elemento y dos contactos, que posibilita tres posiciones de conexión. En la posición de conexión "a" la resistencia de regulación se encuentra en cortocircuito, por lo que circula una elevada corriente de excitación. En la posición de conexión "b" están conectadas en serie la resistencia de regulación y el devanado de excitación, lo que reduce la corriente de excitación. En la posición de conexión "c" se cortocircuita el devanado de excitación, con lo que la corriente de excitación es casi nula. El tamaño constructivo de estos reguladores solo permiten instalarlos sobre la carrocería es decir no integrados o adosados al alternador.

REGULADOR DE UN ELEMENTO DOS CONTACTOS

Las crecientes exigencias planteadas en cuanto a duración, exactitud de regulación y menor mantenimiento han llevado al desarrollo del regulador transistorizado – llamado generalmente regulador electrónico – que no tiene ni contactos ni otras partes móviles.

QUE VENTAJAS PRESENTAN LOS REGULADORES ELECTRÓNICOS

• Tiempos de conexión mas breves que posibilitan menores tolerancias de regulación.

•No hay desgaste, y por tanto no requieren mantenimiento.

•Las elevadas corrientes de conmutación permiten reducir el numero de tipos.

•La conmutación sin chispa evita interferencias en la radiotransmision.

• Son resistentes contra choques, vibraciones e influencias climáticas, así se consiguen una elevada seguridad de funcionamiento y pocos fallos.

•La compensación electrónica de temperaturas permite reducir también las tolerancias de regulación.

•Su pequeño tamaño hace posible montarlos en el alternador, incluso en el caso de alternadores de gran potencia, de esta manera pueden suprimirse cables de conexión.

TRANSISTOR Transistores normales

1. DescripciónUn transistor está formado por un semiconductor de tipo P, situado entre dos semiconductores de tipo N, o de un semiconductor de tipo N, situado entre dos semiconductores de tipo P. A cada capa se adjunta un electrodo: B (base), E (emitter) y C (collector). Según la forma en que estén dispuestos los semiconductores, los transistores normales pueden ser de dos tipos: NPN y PNP.Un transistor realiza las siguientes funciones:• Amplificación• Conmutación

2. Funcionamiento básico

En un transistor NPN, cuando la corriente IB fluye de B a E, la corriente IC fluye de C a E.En un transistor PNP, cuando la corriente IB fluye de E(emitter) a B (base), la corriente IC fluye de E a C.La corriente IB recibe el nombre de corriente base y la corriente IC recibe el nombre de corriente de colector.Así pues, la corriente IC no fluye salvo que fluya también la corriente IB.

3. Función de interruptor

En un transistor, la corriente de colector (IC) no fluyesalvo que también fluya la corriente de base (IB). Portanto, la corriente de colector puede activarse ydesactivarse activando y desactivando la corriente debase (IB).Esta característica de los transistores puede usarsecomo interruptor de relé.

1. Descripción

Mientras que un diodo Zener permite que la corriente fluya hacia delante del mismo modo que un diodo normal, también permite que la corriente fluya en dirección inversa en determinadas circunstancias.

Diodo Zener

2. Características

En la dirección hacia delante, lacorriente fluye desde el lado P al lado N a través de un diodo Zener de la misma forma que en un diodo normal.En la dirección inversa, una corriente que excede una tensiónpredeterminada fluye a través de un diodo Zener.Esta tensión recibe el nombre detensión Zener; permaneceprácticamente constante independientemente del amperaje de la corriente.Es posible aplicar tensiones Zenerdiferentes a un diodo Zener enfunción de su aplicación u objetivo.

3. Ejemplo de aplicación

Los diodos Zener se usan paravarias aplicaciones; una de las más importantes es la de actuar como regulador de tensión de un alternador.Al incorporar el diodo Zener en uncircuito eléctrico, la tensión de salida se controla constantemente.

Ejemplo de: funcionamiento de un regulador electrónico transistorizado tipo EE 14V3 de Bosch incorporado al alternador.. .

En los siguientes gráficos se muestra lo que ocurre en el regulador electrónico al conmutar entre los estados de regulación “conectado” y “desconectado”.

La forma de funcionar queda clara si se observan los procesos al aumentar y disminuir la tensión en los bornes del alternador.

El valor efectivo de la tensión del alternador entre los bornes D+ y D- es registrado por un divisor de tensión, formado por las resistencias R1, R2, y R3 En paralelo a R3 va conectado un diodo Z como transmisor del valor nominal del regulador, y que esta sometido constantemente a una tensión parcial proporcional ala tensión del alternador

ESTADO DE REGULACIÓN “CONECTADO”Mientras el valor efectivo sea inferior al valor nominal de la tensión del alternador y no se alcance todavía la tensión de ruptura del diodo Z, no pasa corriente por la rama del circuito del diodo Z. Por ello tampoco puede llegar corriente a la base del transistor T1. Al igual que el diodo Z, T1 esta también en estado de cierre. Pero con el transistor T1 cerrado, puede fluir corriente de mando de los diodos de excitación y del borne B+ a través de la resistencia R6 a la base del transistor T2, conectando así T2. El transistor T2 conectado proporciona la conexión entre el borne DF y la base de T3. Con ello el transistor T3 es también conductor, igual que T2. A través de T3 y del devanado de excitación fluye ahora la corriente de excitación que aumenta durante el tiempo de conexión y provoca la elevación de la tensión del alternador. Al mismo tiempo aumenta también la tensión en el divisor de tensión y en el diodo Zener.

ESTADO DE REGULACIÓN “DESCONECTADO”Si finalmente la tensión del alternador sobrepasa el valor nominal, el diodo Z se vuelve conductor al alcanzar la tensión de ruptura. Ahora fluye corriente desde D+ a través de R1, R2 y ZD a la base del transistor T1, que también se vuelve conductor. La consecuencia de esto es que la tensión en la base T2 cae, y deja de fluir corriente de base; se cierran los transistores T2 y T3. El circuito de corriente de excitación se interrumpe con ello, se suprime la excitación del alternador y la tensión del alternador desciende de nuevo. Al interrumpir la corriente de excitación, debido a la autoinducción en el devanado de excitación (energía magnética acumulada), se produciría una punta de tensión que podría destruir los transistores T2 y T3. Para impedir esto, la corriente de excitación en amortiguamiento se desvía a través del “diodo libre” D3 conectado en paralelo al devanado de excitación.

En cuanto la tensión del alternador cae por debajo del valor nominal y el diodo Z vuelve al estado de bloqueo se conecta de nuevo la corriente de excitación.

1. Funcionamiento normal(1) Cuando el interruptor de encendido está en posición ON y elmotor está funcionandoCuando se activa el interruptor de encendido, se aplica tensión de batería al terminal IG. Como resultado se activa el circuito M·IC y Tr1 se pone en marcha, con lo que la bobina del rotor permite el flujo de corriente de campo. En esta condición no se genera electricidad, con lo que el regulador reduce todo lo posible la descarga de la batería activando y desactivando Tr1 intermitentemente. En este momento, la tensión en el terminal P es 0 V, M·IC detecta esta condición y luegotransmite la señal a Tr2 para activar la luz de advertencia de carga

(2) Cuando el alternador genera electricidad (cuando está pordebajo del voltaje regulado)El motor arranca y aumenta la velocidad del alternador, M·IC activa Tr1 para permitir un flujo de corriente de campo suficiente y la tensión generada aumenta súbitamente. En este momento, si la tensión en el terminal B excede la tensión de batería, hay un flujo de electricidad hacia la batería para cargarla, y que se suministra a los dispositivos eléctricos. Por consiguiente, la tensión en el terminal P aumenta. Así pues, M·IC determina que se lleva a cabo la generacióneléctrica y transmite la señal de desactivación a Tr2 para desactivar la luz de advertencia de carga.

(3) Cuando el alternador genera electricidad (cuando esta porencima del voltaje regulado)Si Tr1 continua activado, la tensión en el terminal B aumenta. Luego, la tensión en el terminal S excede la tensión regulada, M•IC lo detecta y desactiva Tr1. Como resultado, la corriente de campo de la bobina del rotor se atenúa mediante el diodo D1 de absorción de fuerza electromotriz inversa y se reduce la tensión en el terminal B (tensión generada). Luego, si la tensión en el terminal S desciende por debajo de la tensión regulada, M•IC lo detecta y activa Tr1. Por tanto, la corriente de campo de la bobina del rotor aumenta, así como la tensión en el terminal B (tensión generada). El regulador de IC regula la tensión en el terminal S (tensión de terminal de batería) constantemente (tensión regulada) repitiendo las operaciones descritas arriba.

2. Funcionamiento anormal(1) Cuando hay un circuito abierto en la bobina del rotorCuando gira el alternador, si hay un circuito abierto en la bobina del rotor, el alternador deja de generar electricidad y la tensión de salida en el terminal P es 0 V.Cuando M·IC detecta esta condición, activa Tr2 para activar la luz de advertencia de carga a fin de indicar la anormalidad.

(2) Cuando hay un cortocircuito en la bobina del rotorMientras gira el alternador, si hay un cortocircuito en la bobina del rotor, se aplica tensión directamente desde el terminal B al terminal F, con lo que habrá un gran flujo de corriente. Cuando M·IC detecta esta condición, desactiva Tr1 a efectos de protección y activa Tr2 simultáneamente para activar la luz de advertencia de carga para indicar la anormalidad.

(3) Cuando el terminal S está desconectadoMientras gira el alternador, si hay un circuito abierto en el terminal S, M·IC detecta “ninguna señal de entrada procedente del terminal S” para activar Tr2 y, a su vez, activar la luz de advertencia de carga. Al mismo tiempo, en el M·IC, el terminal B sustituye al terminal S para regular Tr1 de modo que la tensión en terminal B sea la tensión regulada (aprox. 14 V) a fin de evitar el aumento anormal de tensión en el terminal B.

(4) Cuando el terminal B está desconectadoMientras gira el alternador, si se produce una condición de circuito abierto en el terminal B, la batería no se cargará y la tensión de esta (tensión en el terminal S) irá disminuyendo gradualmente. Cuandodisminuye la tensión en el terminal S, el regulador de IC aumenta la corriente de campo para generar electricidad adicional. Como resultado, la tensión en el terminal B aumentará incesantemente. Sinembargo, el circuito M•IC regula la corriente de campo para que la tensión en el terminal B no exceda 20 V y así proteger el alternador y el regulador de IC.Cuando la tensión en el terminal S es baja (aproximadamente entre 11 V y 13 V), el circuito M•IC considera que la batería no está cargada. A continuación activa Tr2 para activar la luz de aviso decarga y regula la corriente de campo de modo que la tensión en el terminal B disminuya al mismo a fin de proteger el alternador y el regulador de IC.

(5) Cuando hay un cortocircuito entre el terminal F y el terminal EMientras gira el alternador, si hay un cortocircuito entre el terminal F y el terminal E, la tensión en el terminal B se descarga en masa desde el terminal E a través de la bobina del rotor sin pasar a través de Tr1. Como resultado, [la tensión de salida del alternador] se convierte en sobretensión porque la corriente de campo no puede ser regulada por Tr1 aun cuando la tensión en el terminal S exceda la tensión regulada. Si M·IC detecta esta condición, activa Tr2 para activar la luz de advertencia de carga a fin de indicar la anormalidad.

MUCHAS GRACIAS…