Funcionamiento y Componentes del Circuito de Arranque en Vehículos

Circuito de Arranque: Tipos, Componentes y Funcionamiento

Tipos de Circuitos de Arranque

• Convencional: Al girar la llave de contacto, se da salida por el terminal 50 hacia el relé de arranque. Este se activa, desplazándose y conectando el borne 30 (directo de batería) y el borne M del motor de arranque. La masa se realiza a través del motor térmico, que a veces dispone de un cable de masa.
• Moderno: Al girar la llave, se envía tensión por el terminal 50 a la unidad o centralita del volante. Por red CAN, la unidad envía el SMS de arranque a la centralita BSI u otra centralita del vano motor. La centralita que recibe el SMS actúa alimentando un relé en la caja de fusibles del motor y activa el terminal 50 del relé del motor de arranque.

Funcionamiento General

Un conductor eléctrico recorrido por una corriente y que se encuentra dentro de un campo magnético experimenta una fuerza F que tiende a desplazarlo de dicho campo (F = B * I * L, en Newtons). Esto se debe a que un conductor recorrido por una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor, que reacciona con el campo externo B. Para obtener un giro, se disponen dos conductores en serie formando una espira mediante un anillo colector de láminas de cobre aisladas y unas escobillas rozantes que permiten el giro continuo. Podemos explicar la rotación en motores eléctricos como la atracción y repulsión entre dos imanes: uno fijo (estátor) y otro (electroimán) que puede girar (rotor), montado en un eje.

Componentes del Motor de Arranque

El motor de arranque se compone de las siguientes partes:

• Carcasa lado accionamiento
• Mecanismo de engrane
• Rotor o inducido
• Bobinas inductoras del estátor
• Placa portaescobillas
• Relé de arranque
• Carcasa lado escobillas

Rotor

Está formado por un eje de acero con un estriado helicoidal para el mecanismo de engrane. Sobre el eje se montan unas chapas magnéticas que disponen de acanaladuras para alojar a los conductores. Estos se sueldan a un colector aislado, montado sobre el eje y formado por delgas de cobre aisladas. Los conductores están montados según un sistema o devanado imbricado. Los conductores de cobre llevan un recubrimiento aislante para evitar cortocircuitos. El rotor gira sobre casquillos de bronce alojados en las dos tapas laterales (lado accionamiento y lado escobillas).

Estátor

Encargado de formar un campo magnético estático. Compuesto por una carcasa cilíndrica de hierro dulce, en cuyo interior lleva unas bobinas de láminas de cobre aisladas, montadas sobre unas masas polares, formando el campo magnético inductor. Estos electroimanes son sustituidos a veces por imanes permanentes. La conexión de las bobinas inductoras puede ser en serie o paralelo-serie.

Relé de Arranque

Va montado sobre el motor de arranque. Consiste en un electroimán con un devanado que tiene dos arrollamientos (bobina de accionamiento y de retención), alimentadas por el borne 50 de la llave de contacto. Su misión es crear un fuerte campo magnético para desplazar el núcleo magnético, que realiza dos funciones:

• Mecánica: Engrana el piñón de ataque y la corona del volante de inercia, a través del mecanismo de arrastre, comprimiendo un muelle recuperador.
• Eléctrica: Conecta, mediante un contacto móvil, el borne M del motor, dando alimentación principal de alta intensidad al motor de arranque.

Mecanismo de Engrane

Su misión es acoplar el piñón de ataque a la corona dentada del volante de inercia para arrancar el motor térmico. Consta de un casquillo o manguito con estriado helicoidal interior, montado sobre el eje del rotor. Se desplaza sobre dicho eje mediante un disco de empuje y un muelle. Entre el manguito y el piñón de ataque se intercala un mecanismo de rueda libre que impide que la corona del motor térmico, ya arrancado, arrastre al rotor del motor de arranque y centrifugue las bobinas del rotor. La corona motriz, unida al manguito, arrastra al conjunto cilindro-piñón al acuñarse los rodillos en las rampas.

Funcionamiento Interno del Relé de Arranque

Se distinguen tres fases:

1. Estado de reposo.
2. Excitación del relé de arranque: Giramos la llave y alimentamos el relé por el terminal 50. Se forman dos campos magnéticos, uno por la bobina de retención y otro por la de accionamiento, que atraen la armadura del núcleo.
3. Engrane del piñón y contacto de alimentación: El desplazamiento del núcleo engrana el piñón con la corona mediante la horquilla y conecta el contacto móvil, uniendo el borne 30 con el M. La corriente de alta intensidad entra por M a las bobinas del estátor, creando un gran campo magnético. Seguidamente, pasa a los conductores del rotor a través de la escobilla positiva, y el rotor empieza a girar. Al dejar de alimentar con la llave por el terminal 50, el muelle de recuperación lleva al conjunto al estado inicial de reposo.

Potencia en el Motor de Arranque

• En bloqueo: La intensidad absorbida (Iabs) es igual a V/Ri (alta porque la fuerza contraelectromotriz (E) es 0, y la tensión en bornes es baja).
• En giro: Iabs = (V - E) / Ri (baja, E = fuerza contraelectromotriz en voltios, tensión en bornes alta).
• En vacío: El motor gira sin arrastre, Iabs es mínima, y la tensión en bornes es próxima a la de la batería.

Potencia: P = E * I = V * I - Ri * I². P_útil = P_absorbida - P_perdida. Tensión: E = V - Ri * I.

Motor con Reductora e Imanes Permanentes

Se realiza una reducción de la velocidad de giro del eje del rotor por medio de un tren epicicloidal. Al disminuir la velocidad de giro en el eje portasatélites, conseguimos un aumento del par motor en el piñón que va montado sobre este. El estátor suele ser de imanes permanentes.

Curvas del Motor de Arranque

Se obtienen en el banco de pruebas. Frenando el motor, obtenemos la intensidad. La tensión y el par están referidos a una intensidad determinada. En funcionamiento, la máxima potencia mecánica en el piñón se produce para I = I_max / 2.