Ya hay algunas cuestiones abordadas en la electrónica del automóvil (embarcada) a fin de ofrecer a los lectores los elementos para trabajar en este importante sector de la electrónica que en la actualidad no sólo se limita al sistema de encendido y el equipo de sonido, como hemos visto. En este número analizamos otro sector del automóvil, donde está presente de una manera muy intensa la electrónica: el sistema de energía eléctrica del alternador que pasa por los reguladores de voltaje y termina en el sistema de carga de la batería.
La obtención de electricidad a partir de energía mecánica, ya que tiene un motor de rotación es relativamente simple. Los primeros vehículos con motor de explosión utilizaban dinamos para obtener electricidad a la carga de la batería y como consecuencia la chispa de las velas, esencial para el sistema de encendido.
Era un sistema sencillo en el que una dinamo es impulsado por el motor, generando un bajo voltaje DC y pasando un sistema regulador de voltaje alimentado tanto dispositivos eléctricos de vehículos además del sistema de encendido incluido faros, sino que también lleva al exceso la energía, la batería.
Por lo tanto, como se muestra en el diagrama simplificado de la figura 1, el propósito del dinamo sería proporcionar energía al sistema eléctrico con el coche en movimiento.
Para el partido y, finalmente, a la luz de un faro con el coche parado, debía ser utilizada la energía de la batería.
La principal desventaja es que el dínamo que requiere una velocidad mínima del motor para que produzca suficiente voltaje para los circuitos de potencia, de ahí la necesidad de un sistema regulador de voltaje que se activa cuando la tensión alcanza el mínimo requerido.
Para los vehículos que transitan en la ciudad y que por lo tanto están sujetos a paradas consecuentes o baja velocidad con reducida velocidad del motor, el uso de la dinamo tiene serios inconvenientes porque se corre el riesgo de no proporcionar el tiempo necesario para la carga de la batería.
Generando tensiones alternadas y con el uso de diodos semiconductores e incluso circuitos electrónicos es posible obtener un rendimiento mucho mejor para el sistema eléctrico del vehículo y eso es lo que sucede en los vehículos modernos que sólo utilizan la solución alternador de energía a partir del motor.
Sólo en el vehículo más simple tenemos sistemas eléctricos hacen uso del dinamo, por ejemplo en las bicicletas para encender un faro o señal de luces.
En los vehículos de motor de hoy en día son más sofisticados, en casi todas las funciones de este circuito e incluso funciones adicionales para mejorar el rendimiento tenemos la presencia del alternador.
El alternador, que es el punto de partida de este sistema es un dispositivo electromecánico y, como tal, así como el desgaste de las piezas móviles puede tener defectos.
La presencia en los modelos actuales de algunos dispositivos electrónicos internos de este dispositivo hace muy electricistas coches tienen cierto temor en el manejo, pero con las explicaciones que vamos a seguir, los lectores verán que esto no se justifica.
EL DINAMO Y EL ALTERNADOR
El principio de funcionamiento de un dinamo es muy simple: si tenemos una bobina para girar en el interior del campo magnético creado por un conjunto de imanes o otra bobina, como se muestra en la Figura 2, cada vez que las bobinas de esta bobina corte las líneas de fuerza del campo magnético aparece en los extremos de bobina de una tensión eléctrica.
Encender una lámpara u otro dispositivo capaz de convertir la energía eléctrica en otra forma de energía, va a trabajar: si va a encender la lámpara.
Esto indica que, para cortar las líneas del campo magnético de la fuerza es necesario hacer un esfuerzo mecánico en la bobina, y la energía mecánica necesaria a este se convierte en electricidad.
El problema del dispositivo es que a cada vuelta de la bobina dentro del campo magnético tenemos dos cortes de sus líneas de fuerza, y esto en direcciones opuestas.
Esto significa que cada ida y vuelta, el corte de las líneas dobles en la dirección opuesta, la bobina genera una tensión ahora con el polo positivo en un lado, a veces el otro. En otras palabras, estas condiciones de tenemos la producción una corriente alterna.
Con el fin de corregir este problema, la salida de la bobina se une a un sistema de cepillos, como se muestra en la Figura 3, que invierte uno de los polos en uno medias vueltas, siempre de modo que tengamos la corriente fluyendo en la misma dirección, es decir, para obtenemos una corriente continua.
Esto nos lleva a que los dispositivos llamados dinamos. Si eliminamos el sistema que invierte la dirección de la corriente cada media vuelta de la espiral, el dispositivo comienza a generar corriente alterna, es decir, vamos a tener un alternador.
Antiguamente no era fácil de convertir la corriente alterna en la corriente continua necesaria para muchos de los aparatos eléctricos y electrónicos de un coche y por lo que se requería el uso de dinamos.
Sin embargo, con la disponibilidad de diodos de silicio, se puede fácilmente convertir en corriente continua la alternada, de manera que es igual a un circuito eléctrico si tiene la tensión continua de alimentación como alternada.
Por lo tanto, en los vehículos modernos, en lugar de utilizar dínamos tenemos los alternadores, o dispositivos similares que tienen un conjunto de bobinas móviles que giran dentro del campo magnético de un conjunto fijo de bobinas fijas, como se muestra en la Figura 4.
En este caso, ya que la polaridad de la corriente se invierte de forma continua, es decir, los polos se alternan, tenemos un alternador. Diodos se añaden en el propio dispositivo de modo de obtener en el circuito la corriente continua que el coche necesita para funcionar.
En la figura 5 tenemos la disposición de diodos mostrando que para facilitar la producción de energía más constante se emplean tres conjuntos de bobinas y, por tanto, de tres conjuntos (pares) de los diodos en la mayoría de los circuitos.
El funcionamiento de un alternador en un vehículo, sin embargo, no muestra la linealidad, que no es interesante para el circuito eléctrico del coche. Los diversos dispositivos que funcionan con electricidad en el coche requieren una tensión fija, o al menos que fluctúen en un rango estrecho de valores. Muy grandes variaciones de tensión pueden causar daño a muchos de estos dispositivos.
Sabemos que la tensión de una dinamo que presenta en su salida, como se muestra en la Figura 6 depende de muchos factores tales como, por ejemplo, la velocidad a la que gira motor y la intensidad de corriente requerida por los circuitos conectados al mismo.
El mayor problema es el enorme rango de variaciones de velocidad de un motor de un coche que puede tener velocidades de entre 500 y 6.000 rpm. Así que el circuito eléctrico del coche sea alimentado por una tensión dentro de un rango seguro, deben ser agregados dispositivos reguladores de voltaje.
EL ALTERNADOR POR DENTRO
En la Figura 7 tenemos una vista de un alternador típico de coche en que se muestra sus diversas partes.
Internamente observamos dos conjuntos de devanados: los devanados de campo que generan el campo magnético que cortan las espiras de la otra bobina y el devanado del estator que genera energía. Internamente tenemos una placa en la que se han instalado seis diodos de potencia para rectificar la corriente alterna generada. Estos diodos están fijos en una sola pieza de metal, que también sirve como un disipador de calor (1 en la Figura 7).
La regulación de la tensión en los vehículos más viejos fue hecha por un dispositivo electromecánico encontrado en los coches que utilizan dínamos, como se muestra en la Figura 8.
En los vehículos modernos, sin embargo se utilizan reguladores de tensión con transistores de potencia en configuraciones como el que se muestra en la Figura 9.
Típicamente la que tenemos es la configuración tradicional del regulador de serie en la que un transistor de potencia funciona como un reóstato o resistor variable de dosificando la corriente del bobinado de excitación con el fin de controlar la intensidad del campo magnético.
Este proceso es mucho mejor que si tratamos de controlar la corriente principal generada por la dínamo que es de decenas de amperios para lo que se requiere transistores de potencia muy alta. Sin embargo, el transistor solía ser del tipo de alta corriente (20 A o más) ya que este es el orden de magnitud de la corriente generada.
La tensión de referencia para la salida se puede dar por los diodos zener como circuitos integrados. En el circuito mostrado a modo de ejemplo, el diodo Zener Z2 fija la voltaje para el transistor T2 que funciona como un controlador para la corriente primaria a través del transistor T1. En l figura 10 tiene la corriente en este circuito cuando está en funcionamiento.
Tenga en cuenta que este circuito está conectado a la lámpara indicadora del panel se apaga cuando se aplica el voltaje generado al circuito que se produce cuando se inicia el motor.
Más configuraciones complejas pueden tener hasta cinco transistores también se encuentran en algunos vehículos. La figura 11 muestra una configuración en la que tenemos un regulador controlado por un SCR.
En este circuito el puesto de tiro después de SCR de conmutación está determinada por la tensión generada, se ejecuta el mismo como un control de fase. Tenga en cuenta que el uso de equipos electrónicos delicados en el coche, especialmente los circuitos de microcontroladores que hacen todo el control del sistema eléctrico y el motor no se admiten grandes variaciones en la tensión de alimentación y pueden dañarse fácilmente, por tanto, la necesidad de circuitos de regulación precisos y eficiente.
SERVICIO
Para el técnico electrónico o electricista coche, la presencia de un circuito electrónico que normalmente se construye en la instalación y, a menudo protegidos por medios que impiden el acceso a sus componentes es un momento difícil para hacer una prueba y, posiblemente, la reparación . Por lo tanto, verificando que el problema es el regulador de tensión o de uno de los diodos del alternador establece el procedimiento más común es intercambiar el conjunto completo.
Sin embargo, a menudo el acceso a un circuito relativamente simple puede revelarnos que sólo un componente de bajo costo debe ser reemplazado y esto puede significar un ahorro y una solución alternativa cuando la pieza original completa no está disponible.
Muchos reguladores tienen un punto de referencia que es una resistencia variable; (ajuste) que se puede acceder mediante un destornillador y le permiten ajustar el circuito para proporcionar la tensión de salida de acuerdo con que se necesita.
La prueba de funcionamiento de un regulador se puede hacer mediante la conexión de la salida del alternador a un voltímetro, la batería y una fuente de alimentación regulable de 0 a 15 V y una lámpara.
A partir de cero de la tensión en el circuito cuando alcanza algún lugar alrededor del 4-5 voltios la lámpara debe encenderse con poco brillo, pero que indica que no hay flujo de corriente. La superación de esta tensión hasta algún lugar alrededor de 14 V el brillo de la lámpara debe aumentar. Esta tensión se indica mediante el voltímetro conectado en el circuito.
Si la luz se apaga antes de alcanzar el 14 o 14,3 V, esto significa que puede haber un mal funcionamiento del regulador o no está ajustado correctamente.
Uno debe tratar de ajustar el regulador (si tiene un valor de consigna) de modo que la lámpara se apague a una tensión de 14,3 V. Para la segunda etapa del ajuste debe se ajustar la fuente de salida para una tensión de 15 V.
Con que la lámpara deberá estar apagada. Ahora disminuyendo gradualmente la tensión de salida debe ocurrir la iluminación de la lámpara con un voltaje de entre 13,9 y 14 V.
Si no hay que hacer de nuevo el ajuste y repetir la primera parte de la carrera. Con el procedimiento repitiendo un par de veces se puede tomar la operación del regulador en el punto.
