Circuito de carga del alternador: tipos, funcionamiento y regulación

Circuito de Carga del Alternador

Introducción

El circuito de carga del alternador es esencial en un vehículo. Su función principal es generar la tensión necesaria para alimentar los circuitos eléctricos y cargar la batería. Este proceso se lleva a cabo mediante un alternador arrastrado por una correa, movida a su vez por el motor térmico.

Tipos de Circuitos de Carga

Circuito Convencional

Consta de dos subcircuitos:

• Circuito de excitación y control de carga: Conecta la llave de contacto con la lámpara indicadora de carga en el cuadro de instrumentos y el terminal D+, que alimenta el rotor y el regulador.
• Circuito de potencia: Une la batería y el alternador.

Circuito Moderno

En este circuito, una centralita controla la indicación de carga y la excitación D+. Al recibir la señal de la unidad de volante (a través de la red CAN), la centralita enciende la lámpara indicadora. Cuando el alternador gira y la tensión de salida en D+ supera la de la batería, la lámpara se apaga. La llave de contacto puede conectarse directamente a la BSI, sin pasar por la unidad de volante.

Tensión Generada en un Conductor Rotativo

La tensión (E) generada en un conductor que se mueve perpendicularmente a un campo magnético (B) se calcula con la siguiente fórmula: E = B * L * V voltios, donde L es la longitud del conductor y V es la velocidad. En un conductor rotativo, la tensión instantánea es E = B * L * Vp, donde Vp es la velocidad perpendicular al campo B (Vp = V * sen(a)). Por lo tanto, E = B * L * V * sen(a).

En una onda alterna, se definen:

• Periodo: Tiempo en completar un ciclo (en segundos).
• Frecuencia: Ciclos por segundo.
• Amplitud de onda: Valor máximo alcanzado.
• Valor eficaz de tensión (Ef): Equivale al valor de tensión alterna que disipa el mismo calor en una resistencia que si fuese tensión continua. Es el valor que leen los aparatos de medida (Ef = Em / √2).

Estator o Inducido

El estator es el conjunto de conductores donde se induce la tensión. Estos conductores, de cobre y con esmalte aislante, se disponen en las ranuras internas de un paquete de láminas de chapa magnética. Los extremos de las bobinas se conectan a un puente rectificador de diodos.

Tipos de Estatores

• Monofásicos: Las bobinas están conectadas en serie, con dos terminales y un puente de cuatro diodos.
• Trifásicos: Las bobinas se agrupan en tres fases, con tres terminales y un puente de seis diodos.

Rotor o Inductor

El rotor crea un campo magnético rotativo dentro del estator. Está formado por dos masas dentadas entrelazadas, montadas sobre un eje. Dentro de estas masas, una bobina se conecta a dos anillos rozantes aislados del eje y alimentados por escobillas. El rotor gira sobre cojinetes y es arrastrado por la correa auxiliar mediante una polea.

Puente Rectificador Trifásico

Rectifica la corriente alterna del estator a corriente continua, permitiendo su incorporación a la red eléctrica del vehículo y la recarga de la batería. Consta de seis diodos (tres positivos y tres negativos) montados en una carcasa con disipadores de calor. Suele incorporar tres diodos adicionales para la excitación y control de carga (terminal D+).

Rectificación de Corriente Alterna Trifásica

La tensión generada en cada fase (U, V, W) es alterna, con valores positivos y negativos. Estas tensiones tienen un desfase de 120º entre ellas. El puente rectificador transforma los valores negativos en positivos, resultando en una curva de tensión casi plana (tensión de rizado). El valor medio (Va) de los picos es mayor que la tensión de la batería (Vb).

Tipos de Alternadores Trifásicos

• Conexión en estrella: Los extremos de cada fase se unen en un punto común. Características eléctricas: EL = √3 * EF, IL = IF, RL = 2 * RF.
• Conexión en triángulo: Los extremos de cada fase se unen formando un triángulo. Características eléctricas: EL = EF, IL = √3 * IF, RL = (2/3) * RF. A igual tensión, entrega mayor intensidad y potencia que la conexión en estrella.

Reguladores Electrónicos

Evitan que la tensión supere los 14V, manteniendo este valor constante para proteger el sistema eléctrico y permitir la carga de la batería. Funcionan mediante un diodo Zener que, al superar los 14V, bloquea la alimentación del rotor, eliminando el campo magnético.

Curvas Características del Alternador

Un banco de pruebas permite obtener la curva de intensidad entregada por el alternador a diferentes regímenes de giro y cargas.