acumuladores, recarga y arranque

8/14/2019 Acumuladores, Recarga y Arranque

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ACUMULADORES,RECARGA Y ARRAN UE


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ACUMULADORES,RECARGA Y ARRANQUE

I

ACUMULADORES..........................................................................................01 COMPONENTES DEL ACUMULADOR ..............................................................02 CELDAS.................................................................................................03 ELECTRODOS .........................................................................................03 ELECTROLITO.........................................................................................03 CONTENEDOR Y TAPA..............................................................................04

REJILLAS ...............................................................................................04 MATERIA ACTIVA ....................................................................................04 PLACA................................................................................................... 04 SEPARADORES .......................................................................................04 ELEMENTOS ...........................................................................................05 CICLO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ACUMULADOR........................................05 FASE DE DESCARGA................................................................................05 FASE DE RECARGA ..................................................................................06 REQUISITOS FUNCIONALES ........................................................................07 CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN ACUMULADOR....................................07 TENSIN NOMINAL .................................................................................07 TENSIN CON CIRCUITO ABIERTO............................................................07 CAPACIDAD (Ah) ....................................................................................07 INTENSIDAD DE DESCARGA RPIDA EN FRO (A) .......................................08 RESISTENCIA INTERNA............................................................................08 EJEMPLO DE RESISTENCIAS INTERNAS......................................................09 PRUEBAS ELCTRICAS EN ACUMULADORES AL PLOMO ...................................10

CAPACIDAD EFECTIVA .............................................................................10 RESERVA DE CAPACIDAD.........................................................................11 MNIMA ACEPTACIN DE CARGA...............................................................12 DESCARGA RPIDA EN FRO ....................................................................12 PRUEBA DE DURACIN............................................................................13 FUNCIONAMIENTO DEL HIDRMETRO PTICO...............................................14 FUNCIONAMIENTO ..................................................................................14 CARACTERSTICAS..................................................................................14 ANOMALAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ACUMULADORES...........................15

ALTERNADOR ..............................................................................................16 FUNCIN DEL ALTERNADOR........................................................................17

ZOOM ZOOMNDICEIMPRIMIR


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II

PRINCIPIOS FUNCIONALES DEL GENERADOR ELECTROMECNICO ...................18 ALTERNADOR TRIFSICO............................................................................22 CORRIENTE TRIFSICA............................................................................23 CONEXIN DEL GENERADOR EN ESTRELLA ................................................25 CONEXIN DEL GENERADOR EN TRINGULO..............................................26 RECTIFICACIN DE LA TENSIN GENERADA POR EL ALTERNADOR...................27

ESTRUCTURA DEL ALTERNADOR ..................................................................32 ESTATOR ...............................................................................................33 ROTOR.................................................................................................. 34 PUENTE RECTIFICADOR ...........................................................................35 DIODOS DE EXCITACIN .........................................................................35 REGULADOR DE TENSIN ........................................................................36 CIRCUITOS ALTERNADOR .....................................................................37 CIRCUITO CORRIENTE DE CARGA .......................................................38 CIRCUITO DE EXCITACIN ................................................................39 CIRCUITO DE PRE-EXCITACIN ..........................................................40 LMPARA-ESPA DEL GENERADOR ......................................................41 PRINCIPIO DE REGULACIN ..................................................................42 FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR ELECTRNICO..................................43 COMPENSACIN TRMICA.....................................................................47 CURVA DE COMPENSACIN TRMICA ..................................................47 TIPOS DE REGULADORES......................................................................48 REGULADORES POLIVALENTES ...........................................................48

VENTILADOR DE REFRIGERACIN.............................................................49 RODAMIENTOS.......................................................................................49 TAPA POSTERIOR....................................................................................49 CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS ALTERNADORES...................................50 TENSIN NOMINAL .................................................................................50 CURVA DE SUMINISTRO ..........................................................................50 INTENSIDAD NOMINAL ............................................................................51 ZONA DE TRABAJO..................................................................................52 ANOMALAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ALTERNADORES............................53

MOTOR DE ARRANQUE .................................................................................54 EXIGENCIAS DEL MOTOR TRMICO ..............................................................56



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III

CARACTERSTICAS DE UN MOTOR DE ARRANQUE ..........................................56 PAR MOTOR............................................................................................57 PAR DE ARRANQUE .................................................................................57 CONSUMO DE CORRIENTE .......................................................................57 TENSIN DE ALIMENTACIN....................................................................57 VELOCIDAD NECESARIA PARA EL ARRANQUE .............................................58

DURACIN DEL ARRANQUE......................................................................59 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE ..............................................59 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO..............................................................59 FUERZA ELECTROMAGNTICA EN UN CONDUCTOR......................................60 VALOR DE LA FUERZA ELECTROMAGNTICA ...............................................61 MOTOR DE EXCITACIN COMPUESTA............................................................63 MOTOR DE EXCITACIN COMPUESTA DE FLUJO ADICIONAL .........................64 CARACTERSTICAS GENERALES ...................................................................65 ESTRUCTURA ............................................................................................65 EL MOTOR ELCTRICO.............................................................................67 EXCITACIN DEL MOTOR .........................................................................68 SOPORTES, INDUCIDO Y EXPANSIONES POLARES.......................................69 ESCOBILLAS Y COLECTOR........................................................................69 CAMPO MAGNTICO ................................................................................70 VENTAJAS DE LA EXCITACIN MAGNTICA..............................................70 VENTAJAS DE LA EXCITACIN ELCTRICA ...............................................70 ASPECTOS PROBLEMTICOS DE LA EXCITACIN MAGNTICA .................70

EL REDUCTOR ........................................................................................71 TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO ............................................................72 CONSTITUCIN DEL TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO ............................73 DEVANADO INDUCTOR DEL TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO ..................74 GRUPO DE ACOPLAMIENTO DE MANDO ELECTROMAGNTICO .......................76 RUEDA LIBRE .........................................................................................80 POTENCIA DEL MOTOR DE ARRANQUE..........................................................81 VERIFICACIN DE LA POTENCIA DEL MOTOR DE ARRANQUE ...........................81 PUNTO DE TRABAJO ................................................................................81

ESQUEMA ELCTRICO ................................................................................82 DATOS CARACTERSTICOS DEL MOTOR M. MARELLI E 100 - 1,5 KW - 12 V .......83



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IV

DIAGRAMA PRESTACIONES DEL MOTOR M. MARELLI E 100 1,5 KW 12 V......84 ANOMALAS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE........................85



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01

ACUMULADORES

La batera es un contenedor de energa electroqumica que sirve principalmente parasuministrar energa elctrica al motor de arranque para encender el motor trmico, alos mandos y servicios que tambin pueden activarse con el motor apagado, y a todosaquellos dispositivos que tienen un consumo permanente (por ejemplo, el reloj, elbloqueo de puertas, el antirrobo, etc.). La energa consumida se recupera con el sistemade recarga (alternador/regulador).La batera forma parte del sistema de puesta en marcha y recarga y su tamao dependede las caractersticas elctricas del motor de arranque; sin embargo, su capacidad y las

cargas de los servicios presentes en el vehculo se determinan en funcin del alternadoral que la batera est conectada en paralelo.La batera es un generador electroqumico secundario, llamado comnmente acumulador,capaz de absorber energa elctrica durante el perodo de carga y de suministrar energaelctrica durante el perodo de descarga. Esta energa es acumulada/liberada por unasreacciones especiales de oxidacin-reduccin que se realizan en los electrodos.Suele llamarse bateras de arranque a los acumuladores al plomo cuya principalaplicacin se encuentra en los automviles, para los servicios combinados de puestaen marcha de los motores de combustin interna, la iluminacin y los servicios auxiliares.stos deben ser diseados y fabricados para cumplir estos requisitos, que comportan:

- Suministro de intensidad elevada.

- Resistencia mecnica a los golpes y vibraciones.- Funcionamiento en un rango de temperatura comprendido entre 25C y +55C.



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02

COMPONENTES DEL ACUMULADOR

1. Tapa.2. Proteccin bornes batera.3. Conector directo entre elementos.4. Bornes.5. Tapn de cierre.6. Conector de placas (positivas-negativas).

7. Caja.8. Gua inferior.9. Placas positivas con hojas de

plstico separadoras.10. Placas negativas.

Componentes de la bateraImagen cedida amablemente por Bosch



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CELDAS

La configuracin interna del acumulador al plomo es de celdas, tal como muestra lafigura, aunque para un acumulador de 12 Voltios habr 6 celdas en lugar de las 3 quemuestra la figura.

ELECTRODOS

Estructura de rejillas que funciona como colector de intensidad elctrica y soporte dela materia activa, sede de las reacciones electroqumicas.

ELECTROLITO

Solucin de cido sulfrico en la que estn sumergidas las placas, y en la que se difundenlos iones implicados en las reacciones electroqumicas. El electrolito puede ser libre(batera de cido libre tradicional) o absorbido en separadores de fibras de vidrio (baterasellada de recombinacin).



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CONTENEDOR Y TAPA

El contenedor, que tambin hace de separador entre las 6 celdas que contienen losgrupos de placas, es de plstico de tipo copolmero propileno-etileno y presenta unaelevada resistencia mecnica y a la accin de cidos, disolventes, aceites, etc.La tapa tambin es de polipropileno y est termosoldada al contenedor, con lo queconsigue una elevada estanqueidad mecnica a las vibraciones y es hermtica frentea las posibles fugas de electrolito.

REJILLASLas rejillas tienen una doble funcin: sostener la materia activa y conducir la intensidad.Estn hechas con un material conductor de electricidad, poseen suficiente resistenciamecnica y qumica a la accin del cido sulfrico.La rejilla puede estar hecha con una aleacin de plomo-antimonio o plomo-calcio porfusin y estiramiento. En la actualidad el antimonio se aade en porcentaje mnimorespecto al pasado para reducir el desarrollo de gases y, por lo tanto, el consumo deelectrolito con la consiguiente autodescarga de la batera.

MATERIA ACTIVA

Es el principal componente slido en el que tienen lugar las reacciones electroqumicasque son la base del funcionamiento de la batera. Se aplica en las rejillas para obtenerlas placas.La diferencia fundamental de la placa negativa respecto a la positiva es la presencia delos expansores que permiten que la materia activa se haga esponjosa, para facilitarla penetracin del electrolito y mejorar las prestaciones de la batera.

PLACA

Es la unidad que, por s misma o junto a otras iguales, constituye uno de los electrodos.

Cada placa est formada por una rejilla de soporte y por materia activa.

SEPARADORES

Para impedir que las placas positivas y negativas se pongan en contacto, pudiendoprovocar cortocircuitos internos, se interponen unos finos diafragmas llamados separadores,que al mismo tiempo deben permitir el paso del electrolito entre las placas.



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ELEMENTOS

Cada uno de los elementos est formado por un conjunto de placas positivas y negativasy por separadores. Las placas positivas y negativas de cada grupo estn soldadas entres en paralelo mediante un puente y los elementos estn unidos en serie medianteconectores.Cada elemento suministra una tensin nominal de 2 Voltios. Una de las magnitudeselctricas que define la batera es la cantidad de electricidad que puede suministrar.sta no slo depende de los materiales, sino tambin de la cantidad de materia activaque entra en reaccin, es decir, de la superficie de las placas.

Para aumentar esta superficie se puede intervenir en la superficie de cada una de lasplacas o en el nmero de placas conectadas en paralelo en cada elemento.

CICLO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ACUMULADOR

FASE DE DESCARGA

Durante la descarga del acumulador el paso de intensidad da lugar a las siguientestransformaciones:

Proceso de descarga Elemento descargadoImagenes cedidas amablemente por Bosch

- En las placas positivas parte del bixido de plomo se combina con el cido sulfrico y se transforma en sulfato de plomo, formando agua que diluye el electrolito.- En las placas negativas parte del plomo se combina con el cido sulfrico y se transforma en sulfato de plomo.



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06

FASE DE RECARGA

Proceso de carga Elemento cargadoImagenes cedidas amablemente por Bosch

Durante la fase de recarga tienen lugar reacciones opuestas, el sulfato de plomo quese encuentra en ambas partes se transforma en bixido en la positiva y en plomoesponjoso en la negativa, liberando cido sulfrico que hace aumentar la densidad delelectrolito. A medida que avanza la recarga el sulfato de plomo se transforma totalmenteen bixido de plomo y plomo esponjoso, y al final empieza a formarse respectivamenteoxgeno e hidrgeno en las placas, que son muy perjudiciales para el acumulador:

- Aumento de la corrosin de las rejillas (sobrecarga).

- Prdida excesiva de agua debido a la disociacin de los gases y, en consecuencia, necesidad de reponer el agua.- Riesgo de explosin por los gases generados.

Debido a que el proceso de carga de un acumulador para automvil depende de unareaccin qumica tiene que preverse una cierta velocidad de recarga.Normalmente, la velocidad de recarga est unida a la capacidad del acumulador segnla siguiente regla:

Corriente de recarga = 1/10 de la capacidad del acumulador

As pues, una batera de 50Ah debera cargarse con 5A durante 10 horas.En este sentido, conviene recordar que si se realizan recargas o descargas muy rpidasla vida media de la batera se reduce.



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REQUISITOS FUNCIONALES

A continuacin se detallan los requisitos medioambientales que aseguran los ciclos defuncionamiento descritos anteriormente y, en consecuencia, el empleo correcto delacumulador en el automvil.

- Temperatura de funcionamiento en descarga (*): de 30C a +55C.- Temperatura de almacenamiento producto: de 05C a +30C.- Temperatura de almacenamiento vehculo: de 40C a +85C.

(*) En dicho intervalo se permite una variacin de las prestaciones.

CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN ACUMULADOR

TENSIN NOMINAL

En las bateras para automviles es de 12 Voltios (V).

TENSIN CON CIRCUITO ABIERTO

(O.C.V. = Open Circuit Voltage)Es la diferencia de potencial medida en los bornes de la batera con circuito abierto,despus de un tiempo de estabilizacin mnimo de 4 horas. Para un acumulador cargadodebera ser O.C.V. 12,7 V.

CAPACIDAD (Ah)

Es la cantidad de carga que puede obtenerse descargando un acumulador a un rgimendeterminado (intensidad de descarga), hasta alcanzar una tensin preestablecida. Paralas bateras de arranque las normas internacionales valoran la capacidad de descargaen 20 horas (C20); se considera terminada la descarga cuando la tensin desciende por

debajo de 1,75V por cada elemento de la batera.Como ya se ha explicado, un acumulador se caracteriza por su capacidad. En el casode los automviles, la capacidad de las bateras, que suelen ser al plomo, se expresaen:

Ah (Amperios hora)es decir Q = I t

Cuando se habla de una batera de 60Ah quiere decir que ese acumulador es capaz,tericamente, de suministrar una corriente de 60A durante una hora sin que la tensinen sus polos descienda por debajo de un valor predeterminado.Por ejemplo, en el caso de puesta en marcha de un vehculo, se podra consumir unacorriente de 300A durante un tiempo mximo de 60 segundos. Para suministrar esa

intensidad sera suficiente una batera de 5Ah.



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INTENSIDAD DE DESCARGA RPIDA EN FRO (A)

Da una indicacin de la potencia que puede suministrar la batera y, por lo tanto, de laactitud para el arranque del motor del vehculo. La valoracin se obtiene descargandouna batera completamente cargada a 18C con una intensidad constante preestablecida.Esto se cuantifica con dos valores:

- Tensin medida despus de 10, 30 y 60 segundos de descarga.- Tiempo en segundos utilizado por la batera para alcanzar la tensin final de la prueba.

RESISTENCIA INTERNA

Representa la resistencia elctrica interna del acumulador y es la responsable de lareduccin de tensin como consecuencia de un fuerte consumo. Este parmetro noaparece en los datos caractersticos del dispositivo pero es el indicador principal delestado del acumulador. De hecho, una batera cargada pero deteriorada presenta unaresistencia interna ms alta que otra en buen estado, que crea una fuerte cada detensin tras un consumo incluso modesto.



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EJEMPLO DE RESISTENCIAS INTERNAS

En la siguiente tabla se indican algunos valores tpicos de resistencias internas que seadoptan nicamente como referencia dimensional.Los valores de resistencia se refieren a acumuladores cargados al 70%.Estos valores se aportan exclusivamente como ejemplo, y podran ser muy diferentesentre un tipo de acumulador y otro.Ntese la curva de los valores de resistencia interna al variar la temperatura defuncionamiento con el mismo acumulador.En negrita se destacan las bateras que utilizan los fabricantes para medir las prestaciones

de los motores de arranque.

C20[Ah]

323640

4550506060607070

110

Isc (-18C) [A]

150175200

225250300320380400400450

470

-25C

21.913,715,5

12,413,513,612,1108,69,27,5

6,3

-18C

1911,913,5

10,811,711,810,58,77,586,5

5,5

-10C

16,710,511,9

9,510,310,49,27,76,675,7

4,9

-5C

15,69,811,1

8,99,69,78,67,16,16,65,3

4,6

20C

137,79

7,587,37,165,55,55

4,5

BATERA RESISTENCIA INTERNA [mohmios]

50 30060 40070 450

110 470

0,8 0,91 1,1 1,41,7 1,8 2

2,2 2,3

Vnculo batera motor de arranque:

Batera [Ah A] Motor de arranque [kW]



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PRUEBAS ELCTRICAS EN ACUMULADORES AL PLOMO

A continuacin se indican algunas de las pruebas que se pueden efectuar en un acumuladoral plomo para determinar su estado de funcionamiento.Estas pruebas suelen realizarse como control de los suministros pero sus parmetrostambin pueden utilizarse para valorar el estado de un acumulador.

CAPACIDAD EFECTIVA

Para verificar la capacidad efectiva de un acumulador hay que efectuar una descargalenta y medir el tiempo necesario para alcanzar una determinada tensin en los bornes.En la tabla se resumen los smbolos y las magnitudes que deben tomarse en consideracinpara determinar la capacidad efectiva. El valor de capacidad efectiva que debe teneruna batera nueva es:

Ce 0,95 Cn

NOTAS:Evidentemente, una batera que haya pasado por varios ciclos de carga-descarga tendr menoscapacidad efectiva que una batera nueva. La finalidad didctica de esta prueba es comprender el significadode capacidad de un acumulador.

Capacidad nominal de la bateraIntensidad de descarga lentaTensin final en los bornesTemperatura del electrolitodurante la pruebaCapacidad efectiva

Magnitud Smbolo Valor Ejemplo

CnInVfT

Ce

-0,05 x Cn10,5 0,05 V25 2 C

Inx Tiempo de descarga

por ej. 60Ahpor ej. 3A--

-



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RESERVA DE CAPACIDAD

Con esta prueba se verifica el funcionamiento del acumulador simulando un consumotpico.La prueba consiste en descargar con una intensidad constante (IRC) el acumulador yen la medida del tiempo utilizado para alcanzar la tensin final (V F).En la tabla se indican los valores de tiempo prescritos para un acumulador nuevo.

Intensidad constante de descargaTemperatura del electrolitoTensin final

Magnitud Smbolo Valor

IRCTVF

25 0,25 A25 2 C10,5 0.05 V

304050607090100

Capacidad Nominal [Ah] Tiempo [min]

45628099119162185



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MNIMA ACEPTACIN DE CARGA

Esta prueba verifica el nivel de consumo del acumulador cuando se est cargando. Pararealizar la prueba hay que haber descargado lentamente el acumulador en fro y ponerel cargador de bateras tal como se indica en la tabla.El consumo mnimo durante la recarga se verifica 10 minutos despus del inicio delprocedimiento.

DESCARGA RPIDA EN FROLa prueba consiste en efectuar la descarga con una intensidad constante al valor nominal,midiendo los valores de tensin y el tiempo necesario para alcanzar el valor final de7,2V.La tensin se mide despus de 10, 30 y 60 segundos, y el tiempo de descarga se midecuando se alcanza la tensin final.Recuerde que los valores de la tabla se refieren a un acumulador nuevo.

Temperatura del electrolitoTensin de cargaIntensidad inicial Mx.Consumo despus de 10 min.de carga

Magnitud Smbolo ValorTVcImax

-

0 1 C14,4 V60 A

0,20 x Cn[A]

Temperatura del electrolitoTensin finalTensin despus de 10sTensin despus de 30sTensin despus de 60sTiempo necesario para alcanzar VF

Magnitud Smbolo Valor

TVF

-18 1 C7,2 V

9,0 V8,9 V8.6 V100 s



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PRUEBA DE DURACIN

La prueba consiste en simular un ciclo de uso del acumulador con recargas y descargascompletas, tanto lentas como rpidas, microciclos de recarga y descarga parciales,sobrecarga, pruebas de vibracin, etc.En realidad, se intenta simular una utilizacin tpica del acumulador en el automvil.Lo interesante es la diferencia de parmetros requeridos para la prueba de descargarpida en fro indicados en la siguiente tabla.Comprense estos valores con los de la prueba anterior referidos a un acumuladornuevo.

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Tensin despus de 30s de descarga rpidaTiempo necesario para alcanzar VFPrdida total de peso

Magnitud Valor

8,2 V40 s7,5g x Cn



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FUNCIONAMIENTO DEL HIDRMETRO PTICO

La funcin del hidrmetro ptico es sealar el estado aproximado de carga del acumulador.El funcionamiento del dispositivo est basado exclusivamente en la medicin de ladensidad del electrolito.La densidad del electrolito indica el estado de carga del acumulador ya que, como seha descrito anteriormente, durante la descarga se produce agua que diluye la mezcla,y durante la recarga se forma un cido que aumenta su densidad.

FUNCIONAMIENTO

El hidrmetro ptico est formado por un cilindro hueco sumergido verticalmente enel electrolito en cuyo interior se mueve una bola verde con una densidad de 1,235g/cm3.Por encima del cilindro hay una ventana transparente que permite observar desde elexterior la posicin de la bola.Cuando la densidad del electrolito es mayor que la de la bola (batera cargada, fig. A)la bola flota y por la ventana se ver el color verde. En cambio, cuando la densidad esinferior (batera descargada, fig. B) la bola se hunde en el cilindro y el color verdedesaparece de la ventana.

CARACTERSTICAS

Cuando la batera se est descargando, el paso del color verde a negro debe producirseen un intervalo entre el 70% y el 55% del estado de carga, mientras que durante lafase de recarga el paso de negro a verde debe realizarse entre el 70% y el 85% delestado de carga.

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ANOMALAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ACUMULADORES

En la siguiente tabla se resumen algunas anomalas de funcionamiento de los acumuladorescon las causas posibles que las originan.

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Dificultades para poneren marcha el motorEl motor no se pone enmarcha

Explosin

RuidoDesplazamiento delalojamiento

Anomala observada Posibles causas de la anomala Caracterstica relacionadacon la causa de la anomala

Carga insuficienteFalta electrolito por elevadoconsumo de aguaIntensidad de descarga rpidainsuficiente

Interrupcin contacto elctricointernoCortocircuito internoLa materia activa se separa delas placasBornes flojos y/o desconectados

Temperatura operativa baja oelevadaExcesiva presin interna

Falta electrolito

Ensamblaje defectuoso de laspartes que componen la bateraDeformacin mecnicaHundimiento del contenedor

Fijacin incorrecta

Fijacin floja

AutodescargaConsumo de agua

EnvejecimientoValor insuficiente deintensidad de descargarpida de la bateraConsumo de aguaEnvejecimientoEnvejecimientoEnvejecimiento

Par de aprieteResistencia a las vibracionesOxidacin de los bornesRango de temperaturaoperativaDuracin vidaProyecto del proveedorConsumo de agua

Proceso del proveedorDuracin vidaTemperatura mxima defuncionamientoPosicionamiento y aprietebridasTuerca o tornillo sueltosValor del par de apriete



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ALTERNADOR

En la actualidad, esta mquina elctrica sustituye a la dinamo en el sistema de recargade la batera.El alternador, comparado con la dinamo, que lo ha precedido, presenta estas ventajas:

- Potencia suministrada al ralent del motor: la batera comienza a cargarse antes.- Velocidad mxima ms elevada.- Menos mantenimiento.- Menor desgaste, mayor duracin.

- Gran fiabilidad.- Mejor relacin potencia/peso.- El regulador del alternador no requiere un conjuntor-disyuntor.- Sentido de rotacin indiferente (slo es importante al utilizar cierto tipo de ventiladores).- Posibilidad de utilizar una batera de menor capacidad al estar asegurada una recarga ms rpida.

Intensidad suministrada dependiendo de la velocidad de rotacin para una dinamo y un alternadorcon una potencia mxima comparable

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FUNCIN DEL ALTERNADOR

La funcin del alternador, o generador elctrico, es suministrar energa elctrica parala alimentacin de los receptores del vehculo, y tambin para recargar la batera. Debereunir los siguientes requisitos:

- Alimentar la instalacin de a bordo con tensin continua.- Cargar la batera incluso con los servicios activados y con el motor al ralent.- Generar una tensin constante para todo el rango de revoluciones del motor e independientemente de la intensidad suministrada.

- Resistir los distintos esfuerzos provocados por: saltos de temperatura, impurezas, humedad, combustible y lubricantes.- Peso y volumen mnimos.- Funcionamiento con poco ruido.- Duracin en el tiempo.

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PRINCIPIOS FUNCIONALES DEL GENERADOR ELECTROMECNICO

En la base del funcionamiento de este generador estn los fenmenos de la induccinelectromagntica; es decir, se genera una cierta corriente cuando un devanado elctricoes introducido en un campo magntico, siempre que se produzca una variacin del flujomagntico con relacin al devanado.

En el caso de estos generadores la variacin del flujo puede estar producida:- Por el movimiento del devanado respecto al campo magntico fijo- Por el movimiento del campo magntico respecto al devanado fijo.

Por lo tanto, el campo magntico, el devanado elctrico y su movimiento sonrespectivamente componentes y condicin esencial para un generador electromecnico;para que se mueva una de las dos piezas del generador se usa energa mecnica que,en este caso concreto, es suministrada por el motor trmico.

El alternador est formado por tres piezas principales:

1. El inductor o estator, es la pieza fija de la mquina. Dispone de las dos polaridades de un imn, norte y sur. Las dos polaridades N y S producen un campo magntico.2. El inducido o rotor, es la pieza que gira de la mquina. Sobre el rotor se arrollan las espiras de un conductor elctrico donde se induce la corriente.

3. El colector de anillos formado por dos anillos de material conductor que gira junto al rotor. El colector est en contacto con dos escobillas de carbn a travs de las que se toma la tensin producida.

Estator

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Analicemos ahora el funcionamiento de un alternador elemental en el que el rotor estformado por una sola espira.

Los terminales de la espira terminan en dos anillos X e Y donde apoyan las escobillas,a las que se conecta el consumidor U. Cuando ponemos en rotacin la espira, porinduccin electromagntica, se genera en la espira una corriente con el sentido indicadopor las flechas es decir de A a D. La corriente se toma de la escobilla 1 mediante elanillo X y alimenta el consumidor U, despus retorna a la espira a travs de la escobilla2 en contacto con el anillo Y y el circuito se cierra.

Cuando la espira ha efectuado media vuelta, el anillo X sigue en contacto con la escobilla1 y el anillo Y con la escobilla 2. El sentido de la corriente inducida se invierte en laespira. Mientras en el dibujo anterior iba de A a D, ahora va de D a A, por consiguientetambin se invierte el sentido de circulacin de la corriente en el consumidor U. Dehecho, ahora la corriente se toma de la escobilla 2 mediante el anillo Y y retorna a laespira a travs del anillo X en contacto con la escobilla 1.En conclusin, en el consumidor U la corriente tiene una cierta direccin durante undeterminado intervalo de tiempo, en cambio en el siguiente intervalo de tiempo ladireccin es opuesta. Este fenmeno se repite mientras siga girando la espira.Los alternadores utilizados para la produccin de energa elctrica, aun funcionandosegn este principio, se construyen de diferente manera a un alternador elemental. Dehecho, las bobinas se fijan al estator, y el imn constituye la pieza que gira.Esto no cambia lo fundamental; en efecto como ya hemos visto antes, para inducir una

corriente podemos mover tanto el imn como las espiras.

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La corriente alterna producida por el alternador tiene una intensidad que vara segnel tiempo. Es decir, si observamos el siguiente grfico donde se ha representado la curvade la corriente alterna durante una vuelta del rotor, puede observarse que en diferentesmomentos de tiempo la intensidad de corriente tiene distintos valores.

A cuando t = t0(comienzo) la corriente es cero (I = 0).B en el instante t = t1la corriente es de un amperio (I = 1A).C en el instante t = t2la corriente es de dos amperios (I = 2A).D en el instante t = t3la corriente es cero (I = 0).E en el instante t = t4la corriente es I = -2A.

El signo menos indica que la direccin de los electrones se ha invertido. Por lo tanto:

- Una corriente se dice alterna cuando su curva vara en el tiempo y su intensidad asume valores positivos y negativos.

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Esquematizacin de la generacin de la corriente alterna: devanado inducido (estator)parado espira S y campo magntico rotante.

(La inversin del flujo da lugar a una f.e.m. y por lo tanto corriente indicada por el desplazamientode la aguja en direccin opuesta).

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ALTERNADOR TRIFSICO

En el alternador trifsico, el devanado inducido (o estatrico) tiene tres bobinasindependientes entre s.Estas bobinas generan corrientes alternas llamadas fases (u, v, w).

Las bobinas estn colocadas en modo que las fases estn desplazadas 120. Estas tresfases se conectan entre ellas para estar enlazadas.Los modos posibles son dos:

- En estrella.- En tringulo.

Composicin bsica de un alternador trifsico

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CORRIENTE TRIFSICA

Este tipo de corriente se produce sometiendo a tres sistemas inducidos, situados en unacircunferencia y desfasados 120, a la accin de un campo magntico variable inductor.

El sistema inductor girando embiste con su campo magntico variable los tres sistemasinducidos, uno tras otro, generando en cado uno de ellos una corriente alterna monofase.Con un sistema de este tipo se podrn obtener tres corrientes alternas al mismo tiempo,perfectamente iguales pero desfasadas con un retraso, una respecto a la otra, de 120,es decir de un tercio de perodo.

El conjunto de estas tres corrientes constituye una corriente trifsica.

Las tres bobinas estn colocadas en un ngulo de 120

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El enlace de las tensiones de fase, producido en las tres bobinas,construye la tensin alterna-trifsica

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CONEXIN DEL GENERADOR EN ESTRELLA

En la conexin en estrella los tres extremos de las bobinas del generador se conectanjuntos; este punto se llama: centro de la estrella.Los tres restantes terminales se llaman: fases.En la conexin del generador en estrella se definen:

a. Tensiones de fase o en estrella: las medidas entre una fase y el centro de la estrella

(E1, E2, E3)

b. Tensiones de lnea o enlazadas: las medidas entre dos fases

(E1-2, E2-3, E1-3).

Las corrientes en lnea son las mismas que circulan en las respectivas bobinas.La corriente I0es la que circula en el conductor en el centro de la estrella, llamado:neutro.

(I1, I2, I3)

Conexin de los devanados del generador en estrella

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CONEXIN DEL GENERADOR EN TRINGULO

En la conexin en tringulo la salida de cada bobina del generador est conectada a laentrada de la siguiente. En esta conexin se definen:

a. Corrientes de fase: las que circulan en las bobinas.

I1 I2 I3

b. Corrientes de lnea: las que circulan en los conductores de lnea.

I1-3 I2-1 I3-2

La tensin de cada fase es igual a la respectiva tensin de lnea

E1= E1-2 E2= E2-3 E3= E1-3

Conexin de los devanados del generador en tringulo

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RECTIFICACIN DE LA TENSIN GENERADA POR EL ALTERNADOR

La tensin alterna trifsica generada en el devanado estatrico del alternador tiene queser rectificada para que pueda recargar la batera del vehculo, al igual que alimentarlos aparatos consumidores elctricos/electrnicos de la red de a bordo. Esto se efectamediante semiconductores llamados diodos.Existen diferentes tipos de circuitos para rectificar la tensin alterna.La tensin alterna trifsica generada por el alternador presente en un automvil serectifica mediante un puente de Graetz trifsico formado por seis diodos colocados entres ramales.

Las siguientes figuras ilustran la curva de las corrientes y tensiones cuando la carga delrectificador est constituida nicamente por la batera del vehculo.

Esquema elctrico del inducido y el grupo de rectificacin

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Valor de la tensin del inducido

Empezando por el instante a) la tensin VABsupera la de la batera, fluye una corrienteque sigue el recorrido: punto A, diodo 1, punto E, borne + batera, borne batera,diodo 5, punto B, cerrndose de nuevo en A y esto se produce hasta el instante b).Despus cesa este paso de corriente. Suceder lo mismo entre el punto B y C, en elintervalo c) d, es decir cuando la tensin VBC supera la de la batera.La corriente fluir siguiendo el recorrido: punto B, diodo 2, punto E, borne + batera,borne batera, diodo 6, punto C, cierre de nuevo en B.Lo mismo cuando la tensin VCAsupere la de la batera.

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Esquema del conexionado con la indicacin del recorridode la corriente en los diferentes instantes

Pero cada una de las tensiones VAB, VBCy VCAal ser alternas, tambin tiene un intervalode tiempo en que es negativa, como puede apreciarse en la figura; puesto que hablarde tensin VABnegativa no significa otra cosa que, si se lee en sentido inverso, hablarde tensin VBA, es decir de una onda de tensin volcada en la parte de los valorespositivos, tambin deberemos tener en cuenta las tensiones VBA, VCB y VAC.

Ondas de tensin

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Tambin para estas deberemos repetir todo lo mencionado.

Esquema del conexionado con la indicacin del recorrido de lacorriente en los diferentes instantes

En definitiva, resulta una curva de tensin conjunta VEFque corresponde al tramocontinuo del diagrama, donde intencionadamente el nivel de la tensin de batera seha marcado a un valor tal que, en cualquier instante, exista paso de corriente.

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Curva de la tensin global

En resumidas cuentas, mediante un generador trifsico alterno, con la ayuda de diodos(puente rectificador), hemos conseguido una tensin rectificada y una corrientesuministrada unidireccional que, salvo ligeras fluctuaciones, podemos considerarprcticamente continua y similar a la suministrada por una dinamo.



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ESTRUCTURA DEL ALTERNADOR

1. Estator.2. Puente.3. Regulador.4. Rotor.

El alternador est formado por:

- Estator.- Rotor.- Polea.- Puente rectificador.- Regulador.- Ventilador.- Soportes.

- Rodamientos.



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ESTATOR

Estructuralmente se presenta como un paquete de lminas aisladas entre s con undeterminado nmero de ranuras obtenidas por cizallado. Los devanados, conectadosen estrella o en tringulo y desfasados 120, estn situados alrededor de las lminas

pasando por las ranuras. El estator est fijado en el interior de los soportes anterior yposterior en posicin central.



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ROTOR

Imagen cedida amablemente por Bosch

En el eje inductor estn montados:

- El colector.- Las ruedas polares.- El devanado de excitacin.

El colector est formado por dos anillos a cada uno de los cuales est conectado unextremo del devanado de excitacin realizado con un solo hilo y envuelto en el interiorode las dos ruedas polares. Cada rueda polar tiene 6 polos magnticos o expansionespolares.

Los extremos del eje del rotor estn alojados en dos rodamientos, que a su vez estnbloqueados dentro del soporte anterior y posterior, que permiten su rotacin. En algunosalternadores, con ventilacin interna, se puede encontrar el rodamiento posterior montadocon interferencia en el eje del rotor, en lugar de estar fijado al soporte.



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PUENTE RECTIFICADOR

Su funcin es rectificar la tensin alterna trifsica generada por el alternador. Normalmente,el puente est constituido por 6 diodos de potencia, tres de ellos positivos y tresnegativos. En algunos alternadores se han previsto 2 diodos ms para rectificar el centrode la estrella o punto neutro.Hay 2 diodos para cada fase con el fin de conseguir una rectificacin de toda la onda.Este tipo de rectificacin permite sumar los desarrollos positivos y negativos de lassemiondas rectificadas produciendo una tensin continua ligeramente ondulada. Estaondulacin es nivelada por la batera de servicios conectada en paralelo (efecto

condensador).

DIODOS DE EXCITACIN

En el puente tambin se encuentran, en las configuraciones que los prevn, los tresdiodos de excitacin cuya funcin es derivar la intensidad del circuito de corriente trifsicadel alternador con el fin de alimentar el devanado de excitacin y una carga externa,tomada en el D+, hasta un mximo de 1A.En los alternadores que no tienen tro de excitacin, la intensidad es derivada directamentepor los diodos de potencia.



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REGULADOR DE TENSIN

Reguladores de tensin

El regulador es uno de los componentes ms importantes del alternador. Su funcin esintentar mantener constante la tensin de salida del alternador en todo el rango defuncionamiento del motor trmico, independientemente de la carga y del nmero derevoluciones del mismo. Adems, para asegurar una mejor recarga de la batera encualquier condicin climtica, el regulador compensa la tensin del alternador en funcinde la temperatura (tensin ms alta con temperaturas bajas y ms baja con temperaturasaltas).

Actualmente, el regulador de tensin adoptado en todos los alternadores es el que llevaportaescobillas incorporado y se monta en el soporte posterior.



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CIRCUITOS ALTERNADOR

La conexin mediante puente trifsico no slo se utiliza para la corriente de potenciadel generador, sino tambin para la corriente de excitacin que debe magnetizar lospolos del campo de excitacin.

En los alternadores trifsicos deben diferenciarse estos tres circuitos elctricos:

- El circuito de carga (circuito corriente de potencia = carga)- El circuito de la corriente de excitacin

- El circuito de la corriente de pre-excitacin.



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CIRCUITO CORRIENTE DE CARGA

Circuido corriente de cargau = positivo v = 0 w = negativo

Del borne B+ del alternador se recoge la corriente para cargar la batera y para losconsumidores elctricos de la instalacin. El recorrido de la corriente, tanto de cargacomo de los consumidores se representa en la figura.El recorrido de la corriente es el siguiente:

- Devanado U.- Diodo positivo U.- Borne alternador B+.- Batera (consumidores).- Masa.- Borne alternador D -.- Diodos negativos W.- Fin devanado W.- Centro de la estrella.



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CIRCUITO DE EXCITACIN

Circuido corriente de excitacinu = positivo v = 0 w = negativo

La corriente de excitacin necesaria para generar el campo magntico se deriva deldevanado estatrico y se rectifica por medio de: tres diodos especficos (excitacin) ytres diodos de potencia negativos. La corriente de excitacin sigue el recorrido indicado:

- Terminal devanado U (momentneamente positivo).- Relativo diodo de excitacin.- Borne alternador D+.- Borne regulador D+.- Borne regulador DF.- Devanado de excitacin del alternador DF.- Borne alternador D -.- Diodo negativo.- Terminal devanado W (momentneamente negativo).- Centro estrella.



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CIRCUIDO DE PRE-EXCITACIN

Por lo general, los alternadores generalmente son autoexcitados, es decir la corrientede excitacin es retirada de la misma mquina, al estar derivada de la corriente principal.Pero, cmo es posible la excitacin, es decir la instauracin de un campo magntico,en el momento mismo en que el alternador es accionado; esto es, cundo no hay todavacorriente de excitacin?Para contestar hace falta remontarse al concepto de magnetismo residual o remanente:cuando la corriente de un electroimn es interrumpida, el campo magntico no desaparececompletamente, y queda en el hierro un pequeo resto del mismo.Cuando el alternador es accionado por el motor, el magnetismo remanente presente enel ncleo de hierro determina la aparicin de una dbil f.e.m. en el devanado delalternador. Esta pequea f.e.m. determina una dbil corriente en el circuito cerrado deldevanado de excitacin, de este modo al magnetismo remanente se suma un dbile lectromagnetismo que amplif ica un poco el campo de excitacin.

Circuito de la corriente de pre-excitacin



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De esta amplificacin resulta una f.e.m. ms elevada y as sucesivamente, hasta queal final se instaura la f.e.m deseada en funcin del rgimen de giros del alternador.En el circuito de excitacin del alternador trifsico se encuentran seis diodos, tres deexcitacin y tres negativos. La autoexcitacin slo puede realizarse cuando el alternadorha alcanzado al menos la tensin de cebado de dos diodos conectados en serie.El campo magnetico remanente, presente en el rotor, slo genera esta tensin con unelevado rgimen de giros. Por esta razn el alternador, durante el arranque, tiene queser pre-excitado.Eso se produce en modo oportuno con la corriente tomada de la batera a travs de lalmpara de control de la carga. La corriente de pre-excitacin pasa despus de la

activacin del conmutador de arranque: del polo positivo de la batera a travs delconmutador de arranque, la lmpara de control, el regulador, el devanado de excitacinal polo negativo de la batera.La corriente de pre-excitacin determina, cuando el consumo de corriente por parte dela lmpara de control es adecuado, un campo magntico suficiente para autoexcitar elalternador.

LMPARA-ESPA DEL GENERADOR

La lmpara-testigo del generador se monta en el circuito de pre-excitacin y funcionacomo resistencia cuando el conmutador de arranque es activado. Si la lmpara-testigo

consume la suficiente corriente, la corriente de pre-excitacin genera en el arranqueun campo magntico suficiente para activar la autoexcitacin necesaria.Tras la diferencia de tensin entre el alternador y la batera, la corriente de excitacinpasa del polo positivo de la batera al polo positivo del alternador a travs de la lmpara-testigo. El alternador no suministra corriente durante todo el tiempo en que la lmpara-testigo permanece encendida.La lmpara-testigo se apaga en cuanto se ha alcanzado un nmero suficientemente altode giros para la autoexcitacin, por lo tanto el alternador puede alimentar los servicioselctricos.Por lo general, las potencias que necesitan las lmparas-testigos son de 2W en lasinstalaciones de 12V.



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PRINCIPIO DE REGULACIN

La tensin generada por el alternador aumenta a medida que crece el nmero derevoluciones del rotor y la intensidad de la corriente de excitacin. Esto significa quesi no hubiera regulacin, la tensin tendera a subir de forma lineal hasta valores muchoms altos que los de la instalacin del vehculo (12V).La regulacin de la tensin de salida se realiza mediante la regulacin de la corrientede excitacin (campo magntico), independientemente de la tensin generada por elalternador. El regulador no interviene hasta que la tensin generada por el alternadores inferior a la tensin de regulacin. En cuanto se supera ese valor se disminuye la

corriente de excitacin para reducir la tensin de salida del alternador hasta un valorms bajo que el umbral de regulacin. Llegados a este punto, la corriente de excitacinqueda libre para subir.De ello se deduce que el alternador es regulado por un sistemtico y continuoaumento/disminucin de la corriente de excitacin. La relacin entre los tiempos deON y OFF determina el valor medio de dicha corriente.



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FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR ELECTRNICO

Esquema elctrico del alternador y su conexin a la instalacin

Esquema elctrico del alternador y su conexin a la instalacin



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Con alternador parado y contacto de batera cerrado en la lnea de alimentacin delvehculo, el regulador est alimentado mediante la lmpara testigo L1, a la tensin debatera. Esta tensin, inferior a la de tarado, determina, en el campo del alternador, lacirculacin de corriente hacia masa a travs de TS4, que se encuentra en estado deconduccin. De este modo la lmpara L1 se enciende.Comienza la rotacin, la condicin inicial es modificada desde el comienzo del suministrodel alternador: en el borne +D se establece una tensin positiva prcticamente igual ala del punto +B que alimenta el sistema de recarga.En estas condiciones la lmpara L1 se apaga indicando as el comienzo del suministrodel alternador.

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Cuando la tensin de alimentacin en el punto +D alcanza el nivel superior de calibradofijado para permitir la recarga de la batera, la red constituida por R2R4D2TS2,determina la interrupcin del paso de corriente a travs de TS4.

Corriente de excitacin a travs de TS4interrumpida

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Se quita as la alimentacin al campo de excitacin del alternador, la tensin de lneatiende a bajar. Cuando alcanza el lmite inferior de intervencin del regulador, TS4vuelvea conducir para alimentar de nuevo el campo.

Corriente de excitacin a travs de TS4

Las redes R10C4C2 mejoran las condiciones de conmutacin del grupo TS4.Por lo tanto, el campo se alimenta con una tensin pulsatoria, con relacin lleno-vacovariable, para conseguir corrientes medias de excitacin adecuadas a las condicionesde suministro solicitadas a las mquinas y a su velocidad de rotacin.En caso de cortocircuito en el devanado de excitacin, el regulador al no estar alimentadopor la batera, no sufre dao alguno, mientras que la avera es sealada por el encendidode la lmpara espa L1.

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COMPENSACIN TRMICA

Curva caracterstica de un regulador de 14V.Franja de tolerancia admitida de la tensin del generador dependiendo

de la temperatura del aire aspirado en el regulador incorporado

La tensin del alternador se compensa en funcin de la temperatura leda en elregulador. Es evidente que, para una compensacin precisa, la medicin debera efectuarseen la batera. De cualquier forma, existe una correlacin para obviar las diferenciasdebidas al delta trmico entre ambos componentes.Normalmente, el rango de temperatura leda en el regulador, en el que se efecta lacompensacin, vara entre 40 y +110C. La compensacin se hace necesaria ya queel valor de resistencia interna de la batera disminuye a medida que aumenta la

temperatura del electrolito, y viceversa, por lo que se correra el riesgo de sobrecargar,con la consiguiente gasificacin/consumo de agua o de no recargar adecuadamente labatera.

CURVA DE COMPENSACIN TRMICA

La curva de compensacin de la tensin en funcin de la temperatura se selecciona conrelacin a los siguientes puntos:

- Posicin de montaje de la batera (compartimiento del motor, maletero, etc.).- Curva de tensin de gasificacin de la batera en funcin de la temperatura.- Cada de tensin en el cable de conexin batera alternador (posible presencia de fusibles, resistencia del cable, resistencias de contacto, etc.).- Tensin de alimentacin de las lmparas (importante en la condicin de baja temperatura).

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TIPOS DE REGULADORES

Los reguladores se distinguen por su tecnologa de realizacin en los siguientes tipos:

- Reguladores con transistor.- Reguladores hbridos (monofuncin).- Reguladores monolticos (monofuncin/multifuncin).

Los primeros han sido sustituidos por los reguladores hbridos, que se realizan concomponentes discretos y componentes activos.

Los reguladores monolticos, actualmente muy utilizados, se obtienen realizando todoslos componentes en un nico chip integrado. Con esta tcnica ha sido posible conseguir:

- Aumento de la fiabilidad.- Tolerancias de ajuste ms cortas tanto para la tensin regulada como para lacompensacin de la temperatura.

- Realizacin de reguladores polivalentes (multifuncin).

REGULADORES POLIVALENTES

Un regulador polivalente, respecto a los tradicionales de una sola funcin, posee tres

caractersticas:

- Driver del campo separado del driver lmpara testigo generador.- Sealizaciones de mal funcionamiento relacionadas con la falta de recarga o la recargaexcesiva (el monofuncin slo seala la falta de suministro).

- Driver dedicado para dirigir una carga externa en el d+ (en el regulador monofuncinla carga es alimentada a travs de los diodos de excitacin).

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VENTILADOR DE REFRIGERACIN

Los alternadores pueden tener refrigeracin interna o externa.En el caso de alternadores con ventilacin interna la refrigeracin est asegurada pordos ventiladores alojados dentro del alternador, empaquetados a los lados de lasextensiones polares.En el caso de alternadores con ventilacin externa, el ventilador, de mayor tamao, estfuera del alternador, entre el soporte anterior y la polea.Los ventiladores estn hechos de chapa de acero galvanizada y la orientacin de laspaletas sigue el sentido de rotacin del motor.

RODAMIENTOS

El alternador tiene dos rodamientos alojados en el centro de los soportes anterior yposterior. En los alternadores con ventilacin interna el rodamiento posterior estacoplado al el eje del rotor.El rodamiento anterior se elige en funcin de la carga sobre la correa de transmisindel sistema motor/alternador y sobre la distancia de la polea respecto al rodamiento.

TAPA POSTERIOR

La tapa, de chapa o de plstico, protege los rganos internos del alternador contra losexcesos de temperatura. En concreto, es importante que proteja el regulador de cargay el puente rectificador.En caso de temperaturas muy elevadas se realiza tambin una boca de toma de aireque con un tubo aspira aire ms fresco de otra zona del compartimiento del motor.

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CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS ALTERNADORES

TENSIN NOMINAL

El valor nominal de la tensin del generador es de 14V.

CURVA DE SUMINISTRO

Curva caracterstica de suministro para el alternador BOSCH K1-14V-23/55A

En el grfico se indican las caractersticas mnimas de suministro con una tensin enlos bornes de 13,5V y una temperatura ambiente de 25C.

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INTENSIDAD NOMINAL

Curva caracterstica de suministro para el alternador BOSCH K1-14V-23/55A

Se define a travs de dos puntos de la curva de suministro:

- Suministro a 1800 rpm.- Suministro a 6000 rpm.

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ZONA DE TRABAJO

Est determinada por la relacin de transmisin motor/alternador (dada por la relacinentre el dimetro de la polea del motor y el dimetro de la polea del alternador) y porel rango operativo, en trminos de revoluciones, del motor trmico.Los valores lmite de la relacin de transmisin estn condicionados por:

- El dimetro mnimo de la polea del alternador: 60 mm.- La relacin entre el nmero mximo de revoluciones continuado del alternador y elnmero mximo de revoluciones del motor trmico.

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Tensin nominal

Velocidad mxima continuada

Resistencia devanado rotrico

Resistencia devanado estatrico entre fase

y faseVelocidad mx. calentamiento en revoluciones

Sobrecalentamiento diodos

Sobrecalentamiento lminas estator

Sobrecalentamiento devanado estator

Sobrecalentamiento devanado rotor

Caractersticas Unidad de medida Lmites

V

Rpm

Ohmios

Ohmios

rpm

C

C

C

C

12

2000

3,4 10% a 20C

0,138 10% a 20C

2000 4000

80

65

110

60

Alternador BOSCH K1-14V-23/55A



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ANOMALAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ALTERNADORES

En la siguiente tabla se resumen algunas anomalas de funcionamiento de los alternadorescon las causas posibles que las originan.

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Descarga de la batera

El motor no arrancaDisminucin de las prestaciones delos servicios

Descarga de la bateraSealizacin ineficiencia generador

Averas por sobretensin:-Vida lmparas breve-Vida batera breve-Arranque dificultoso.

Mal funcionamiento/averas de la

electrnica

Ruido

Desgaste precoz de la correa

Anomala observada Posibles causasde la anomalaCaracterstica

relacionada con la causa

Aflojamiento de los tornillos de

fijacinRalent motor demasiado bajo

Rotura borne positivo

Interrupcin circuito desealizacin

Aflojamiento tuerca de fijacincable B+ al borne

Rotura correa

Tensor de correa defectuoso

Interrupcin circuito deexcitacin entre escobilla y anillo

Interrupcin/c.c. circuito demando regulador

c.c. devanado de excitacin

c.c. driver del circuito deexcitacin

Longitud excesiva de los cables

de conexin a la batera

Rotura bulln de fijacin

Desalineacin excesiva de laspoleas

Desgaste rodamiento

Tolerancia de enrase excesiva

Par de apriete de los tornillos

Datos tcnicos del motor

Resistencia al golpe del borne

Cableado

Par de apriete

Geometra/rugosidad poleaCarga correa

Especificaciones tcnicas deltensor

Proteccin colector/escobillas

Resistencia a las sobretensiones,a las vibraciones, a latemperatura, a las condicionesambientales.

Suma longitudes cable B+ y cable

de masa batera


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MOTOR DE ARRANQUE

Los motores de combustin interna (gasolina, gasleo, etc.) tienen el grave inconvenientede ponerse en marcha usando nicamente medios externos.El medio utilizado en el pasado para la puesta en marcha era la fuerza muscular delhombre a la que le siguieron soluciones basadas en varios principios. No cabe duda sinembargo, que la solucin ms satisfactoria del problema est representada por el usode una batera y un motor elctrico convenientemente dimensionados.

Componentes del sistema de arranque de los motores de explosin

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Esquema elctrico de un sistema de arranque para un motor de explosin

Por lo general, el sistema de arranque de los motores de explosin en automocin secompone de:

- La batera (de tipo, tensin, corriente y capacidad adecuadas).- El grupo motor que realiza la puesta en marcha (motor elctrico de potencia adecuadaal motor trmico a poner en marcha con respectivos dispositivos de acoplamiento yaccesorios, como, por ejemplo: el interruptor de mando mecnico o electromagntico).

- Los cables de conexin de la batera al motor de arranque.

Para poner en marcha los motores de tipo Diesel tambin se han utilizado mediosauxiliares de arranque, como: buja de incandescencia (y unidad electrnica de mando)

y precalentadores.

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EXIGENCIAS DEL MOTOR TRMICO

Establecida la necesidad de ponerlo en marcha, es decir de poner en rotacin el cigeal,hay que aclarar que ste debe alcanzar y mantener una cierta velocidad durante undeterminado perodo de tiempo; velocidad y tiempo dependen del tipo de motor trmico,del estado en que se encuentra, de los lubricantes utilizados, de la temperatura ambiental,etc.Por ejemplo: velocidad y tiempo son ms elevados en el motor Diesel (la mezcla tieneque alcanzar la temperatura de auto-combustin) que en el motor Otto, y son mselevados para todos los motores durante la estacin fra debido a la dificultad de formacin

de la mezcla de explosin, etc.La funcin del motor de arranque es precisamente la de imprimir al motor trmico lallamada velocidad mnima durante el tiempo necesario para iniciar el proceso decombustin. En concreto, el motor elctrico tiene que vencer la resistencia de lacompresin, el rozamiento de los pistones, de los soportes, de las bielas y del cigealcon todas las implicaciones mecnicas y trmicas que conlleva.

CARACTERSTICAS DE UN MOTOR DE ARRANQUE

Esquema de motor c.c. excitado en serie

El motor elctrico de corriente continua, con excitacin en serie, es el que mejor respondea las exigencias de puesta en marcha de los motores de combustin interna, quenecesitan un par mximo en el arranque y decreciente al aumentar la velocidad. Estasexigencias son:

- Par de arranque.- Par motor.- Consumo de corriente.- Tensin de alimentacin.- Velocidad necesaria para el arranque.- Duracin del arranque.

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PAR MOTOR

Es el par necesario para poner en marcha los motores de combustin interna; ste noes constante incluso para el mismo motor. De hecho, depende, por ejemplo, de latemperatura, del rozamiento, de la lubricacin y del estado de conservacin de losrganos. Experimentalmente en los motores de automocin se necesita un par de15 30 N m (1,5 3 kgm).

PAR DE ARRANQUE

Este par es el que el motor de arranque transmite al motor de combustin en el momentoen que, tras el engrane del pin con la corona dentada, es alimentado por corriente.El motor de corriente continua con excitacin en serie suministra, con un tamao mnimo,un buen par de arranque.

CONSUMO DE CORRIENTE

Es la corriente que el motor consume de la batera que, como sabemos, tiene un pesoy un tamao considerables. Pero es necesario que la transformacin en potencia seproduzca con un consumo mnimo: un consumo elevado implicara disponer de una

batera de mayor capacidad. En el arranque la batera est sujeta a una descargaviolenta por lo que entra en juego, adems de la capacidad, la autonoma de la batera.

TENSIN DE ALIMENTACIN

La tensin de alimentacin de los motores elctricos de arranque, para automviles,es de 12 voltios para vehculos de pequea potencia; en los de mayor potencia, con elfin de contener las secciones de los conductores y limitar las cadas de tensin, se pasaa los 24 voltios.Es importante que la tensin disponible en los terminales del motor elctrico seasuficiente, es decir que no se produzca ninguna inadmisible cada de tensin. De hecho,

si la cada entre la batera y el motor elctrico fuese demasiado elevada, el motor nopodra suministrar toda la potencia demandada.

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VELOCIDAD NECESARIA PARA EL ARRANQUE

Es la velocidad que el motor elctrico debe suministrar al motor trmico para su puestaen marcha incluso en las peores condiciones posibles, sobre todo de temperatura.

En el diagrama de la figura se muestra una curva que representa la velocidad mnimanecesaria para poner en marcha un motor de explosin (curva a) y un motor de cicloDiesel (curva b) en funcin de la temperatura.Si no se alcanzan estas velocidades la inyeccin no es capaz de suministrar una mezclaadecuada para que se queme, mientras en el Diesel no se produce una temperatura decompresin lo suficientemente elevada para la combustin espontnea del combustible.

Por lo tanto, el dimensionado de la batera debe ser tal que, a la temperatura de 1 C(malas condiciones), sea capaz de suministrar al motor elctrico una tensin suficientepara alcanzar la velocidad necesaria para poner en marcha el motor trmico.De hecho, es sabido que, conectando una carga a la batera durante un largo perodode tiempo, la tensin disminuye primero lentamente y despus ms rpidamente: laduracin de la cada de tensin lenta es proporcional a la capacidad de la batera.Si por varias causas, se repite bastante a menudo el arranque, es necesario que labatera tenga una capacidad tal que no le haga ceder rpidamente la tensininmediatamente despus del primer arranque: en resumen, la batera tiene que disponerde una reserva suficiente para el arranque.

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DURACIN DEL ARRANQUE

Es el tiempo que el motor de arranque utiliza para poner en marcha el motor trmico;dependiendo de esta duracin se clasifican del siguiente modo:

- Motor para poner en marcha el motor trmico de gasolina con potencia < 2 kW (2,7CV) que necesita un tiempo limitado de arrastre (< 30 segundos).

- Motor para poner en marcha el motor trmico Diesel con potencia > 2 kW (2,7 CV)que necesita un tiempo superior de arrastre (~ 1 minuto).

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El motor elctrico basa su funcionamiento en el fenmeno de la induccin electromagnticay sirve para transformar la energa elctrica de alimentacin en energa mecnica queprovoca la rotacin del rotor situado dentro de un estator.

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FUERZA ELECTROMAGNTICA EN UN CONDUCTOR

Imagine un conductor rectilneo, por el que pasa la corriente, situado dentro de uncampo magntico uniforme:

- En estas condiciones el conductor est sujeto a una fuerza mecnica llamada fuerza electromagntica que tiende a mover el conductor en el espacio.- El sentido de la corriente que tiende a desplazar el conductor se determina con la regla de la mano izquierda.- Colocando la mano izquierda en el conductor con la palma dirigida hacia el polo norte

y con la punta de los dedos extendidos y en el sentido de la corriente, el pulgar abiertoindicar la direccin del movimiento del conductor.

Regla de la mano izquierda

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VALOR DE LA FUERZA ELECTROMAGNTICA

El valor de la fuerza mecnica que empuja el conductor es directamente proporcionala la induccin magntica, a la intensidad de la corriente elctrica y a la longitud delconductor.Imagine ahora una espira por la que pasa corriente y est situada dentro de un campomagntico uniforme, articulada adecuadamente y, por lo tanto, libre de girar.

En los dos lados activos de la espira por donde pasa la corriente, en sentidos opuestos,actan fuerzas de sentido contrario, por lo tanto la resultante es un par que obliga agirar a la espira colocndose perpendicularmente a las lneas de fuerza del campo.En consecuencia, se dice que una espira situada dentro de un campo magntico y porla que pasa corriente, tiende a girar para colocarse de tal modo que sea atravesada porel mximo flujo.Una aplicacin importante de este caso se utiliza en los motores de corriente continuaque estn precisamente compuestos por una parte fija (inductor), formada por unconjunto de polos magnticos, y por una parte mvil (inducido) constituida por bastantesconductores por los que pasa corriente y que pueden girar libremente alrededor del eje.Los motores se realizan de tal modo que la fuerza que los empuja a girar no se agotetras un cuarto de giro, sino que se mantenga constante. Esto se efecta mediante elsistema de escobillas-anillos.

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El motor excitado en serie, en vaco, puede alcanzar valores de velocidad de fuga quecomprometeran su propia eficiencia mecnica por efecto de reacciones centrfugas. Nose puede dejar funcionar durante mucho tiempo, en estas condiciones, un motor excitadoen serie.

CONCLUSIN:El motor excitado en serie tiene un par de arranque muy elevado y,adems, est sujeto a grandes variaciones de velocidad dependiendo de la carga; envaco, su velocidad alcanza un mximo llamado "velocidad de fuga", opuestamente al

motor excitado en derivacin, cuya velocidad alcanza un determinado rgimen queconserva con cualquier carga.



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MOTOR DE EXCITACIN COMPUESTA

Al igual que para la dinamo, se dicen de excitacin compuesta los motores con una partede la excitacin en serie con el inducido y una parte en paralelo.Segn como se efecten estas conexiones se obtiene:

- Motor de flujo diferencial.- Motor de flujo adicional.

M = Motor.E = Excitacin en serie.E = Excitacin en derivacin.Bt = Batera.

Motor de corriente continua de excitacin compuesta



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MOTOR DE EXCITACIN COMPUESTA DE FLUJO ADICIONAL

En este tipo de motores los flujos que producen los dos devanados de excitacin sesuman, en lugar de restarse, al estar arrollados en el mismo sentido.Este tipo de motor encuentra mayores aplicaciones que el de flujo diferencial:

- Cuando el motor gira en vaco (en este caso la corriente es mnima) el flujo producido por el devanado en serie es casi nulo, mientras que el del devanado en paralelo es mximo; de este modo se obtienen prcticamente las condiciones de un motor de excitacin en derivacin consiguiendo una velocidad en vaco que no alcanza la peligrosa

de fuga sino que tiende a estabilizarse a un valor ms bajo (figura A).- Cuando el motor funciona bajo carga, en el flujo producido por el devanado en serie, el principal, predominan las caractersticas del motor en serie; es decir, la velocidad disminuye (mientras la corriente aumenta) y el par disponible en el eje aumenta (figura B). De este modo se consigue un fuerte par con un consumo de corriente menor al de un motor idntico excitado en derivacin.- Par motor superior al de un motor idntico con excitacin en derivacin.

Figura A - Paralelo Figura B - Serie

Tras producirse el arranque, slo hay que soltar el pulsador para conseguir que losrganos vuelvan a la posicin de reposo.



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CARACTERSTICAS GENERALES

El motor de arranque es un dispositivo utilizado en el automvil para arrancar el motortrmico. Su funcin es acelerar el cigeal, inicialmente parado, hasta alcanzar ymantener un rgimen de rotacin suficiente para que el motor trmico puedaautoalimentarse.La energa necesaria para la funcin de arranque se toma de la batera, que debe estardimensionada en funcin de la potencia requerida por el motor de arranque.

ESTRUCTURA


El motor de arranque, cuya estructura se ilustra en la figura, est constituidofundamentalmente por:

1. Motor elctrico de corriente continua.2. Telerruptor de acoplamiento.3. Grupo de acoplamiento.



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1. Devanado de retencin.2. Devanado de atraccin.3. Muelle de recuperacin.4. Palanca de acoplamiento.5. Muelle de engrane.6. Acoplamiento libre de rodillos.7. Pin.


8. Eje del inducido.9. Anillo de tope.10. Conexin elctrica.11. Contacto.12. Contacto mvil.13. Rel de engrane.14. Cojinete del colector.

15. Colector.16. Portaescobillas.17. Zapata polar.18. Inducido.19. Carcasa polar.20. Devanado de excitacin.



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EL MOTOR ELCTRICO

Es de corriente continua, con excitacin elctrica o magntica. En caso de excitacinelctrica los devanados de excitacin y del inducido estn conectados en serie, es decir,que la intensidad de excitacin es tambin la intensidad del inducido.

Esquema de un motor de c.c. excitado en serieEn el instante inicial de la puesta en marcha del motor trmico la intensidad en el motorde arranque es elevada (intensidad de cortocircuito, limitada nicamente por la resistenciadel devanado inductor, del inducido y de las escobillas, y tambin por la resistenciainterna de la batera y de la conexin batera-motor de arranque).



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EXCITACIN DEL MOTOR

La intensidad inicial en el motor de arranque crea un fuerte campo magntico: cuantoms elevada es la intensidad de campo, mayor es el par de aceleracin producido. Estepar tiende luego a disminuir rpidamente al aumentar el nmero de revoluciones.En el motor elctrico el campo magntico inductor puede generarse de dos modos:

- Por los devanados que estn en las expansiones polares cuando son recorridos por la intensidad (excitacin elctrica).

Devanados de excitacinImagen cedida amablemente por Bosch

- Por imanes/imanes permanentes (excitacin magntica).

Imanes permanentesImagen cedida amablemente por Bosch



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SOPORTES, INDUCIDO Y EXPANSIONES POLARES

Las expansiones polares o los imanes permanentes estn fijados a la carcasa, en cuyointerior gira el eje del inducido, sobre cojinetes o casquillos autolubricantes alojadosen los dos soportes.Al soporte, lado acoplamiento, est fusionada la brida de fijacin al cambio y losalojamientos de sujecin del electroimn y del pivote para la palanca de mando delacoplamiento.En el otro soporte estn los portaescobillas con las escobillas presionadas sobre elcolector por unos muelles especficos.

ESCOBILLAS Y COLECTOR

El colector est hecho con embarrados de cobre de seccin trapezoidal (delgas), unidoscon forma de cilindro, con lminas aislantes interpuestas entre cada embarrado.Los devanados del inducido estn bloqueados en su alojamiento por resinas especialesque protegen los devanados de posibles daos provocados por las altas velocidades quepuede alcanzar el inducido (hasta 30.000 rpm).Las escobillas permiten el paso de intensidad a travs de los devanados del inducido.Estn hechas con una mezcla de polvos sinterizados con alto porcentaje de carbono ycobre. Variando los porcentajes de los materiales vara la resistencia de las escobillas,

que es muy importante para la intensidad de cortocircuito.



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CAMPO MAGNTICO

El campo magntico del inductor, como ya se ha dicho, puede ser generado por imaneso por un devanado atravesado por intensidad.A continuacin se presentan las ventajas y desventajas de estas dos propuestastecnolgicas.

VENTAJAS DE LA EXCITACIN MAGNTICA

El par de aceleracin depende del flujo magntico inductor y ste ltimo, en el caso deexcitacin elctrica (devanado en serie), tiende a disminuir siguiendo la curva de latensin de batera (cada en resistencia interna), mientras que en el caso de los imanespermanentes ste permanece constante.

VENTAJAS DE LA EXCITACIN ELCTRICA

Durante la fase de aceleracin se alcanza la saturacin magntica del inductor ya queel flujo generado desde un cierto valor de intensidad en adelante tiende a mantenerseconstante. As pues, el par de aceleracin es muy elevado incluso sin necesidad dereductor de revoluciones, que sin embargo s es necesario en el caso de la excitacin

magntica.

ASPECTOS PROBLEMTICOS DE LA EXCITACIN MAGNTICA

El aspecto problemtico de un motor elctrico de corriente continua es el estado(transitorio) de cortocircuito, que para el motor de arranque es funcional, verificndoseen cada activacin. En condiciones de cortocircuito se verifica una violenta reaccin delinducido, cuyo efecto desmagnetizante se debe combatir con una adecuada fuerzacoercitiva del imn.Los imanes permanentes pueden perder cualidades por las siguientes causas externas:

- Campos desmagnetizantes.- Permanencia a temperaturas demasiado elevadas o demasiado bajas.- Golpes.- Vibraciones.- Envejecimiento.- Presencia de campos electromagnticos de elevada intensidad.

Muchas de estas causas pueden neutralizarse, tras el proceso de magnetizacin porsaturacin, con complejos y costosos tratamientos estabi l izantes.



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EL REDUCTOR

1. Eje portasatlites.2. Rueda dentada interna.3. Satlites.4. Planetario sobre eje inducido.5. Inducido.6. Colector.


El reductor es un dispositivo que permite incrementar el par suministrado al pin,introduciendo una relacin de transmisin entre inducido y pin que reduce la velocidadde rotacin del pin respecto a la del inducido.El reductor puede ser:

- Coaxial.- De ejes paralelos.

La ventaja de usar el reductor, cuando la potencia nominal es superior a 1 kW, es unasensible reduccin de peso y volumen.



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TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO

Los rels sirven para suministrar una corriente elevada a travs de una corriente demando relativamente baja. La corriente del motor de arranque alcanza, por ejemplo,un mximo de unos 1.000 A en los automviles y un mximo de unos 2.600 A en losvehculos industriales.En cambio, para suministrar una baja corriente de mando es suficiente un interruptormecnico (interruptor de arranque, interruptor de encendido-arranque, interruptor depuesta en marcha).Este dispositivo es la combinacin de un imn de acoplamiento y un rel. Tiene una

doble funcin:- Traslacin del pin para el acoplamiento en la corona dentada del volante motor.- Cierre del contacto mvil en los contactos fijos, que permiten el paso de intensidad desde la batera al motor elctrico.



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CONSTITUCIN DEL TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO


El electroimn est compuesto principalmente por:

- Devanado inductor.- Ncleo magntico fijo.- Ncleo magntico mvil o inducido (armadura).- Contactos fijos.- Contacto mvil o puente con muelle de presin.- Muelle antagonista.

Todo est dentro de una carcasa de acero de la que por un lado sobresale la parte mvildel inducido, con el anclaje de la palanca de acoplamiento en cabeza, y por el otro lado

est cerrada con una tapa de plstico con los terminales de alimentacin del devanadoinductor.



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DEVANADO INDUCTOR DEL TELERRUPTOR DE ACOPLAMIENTO

1. Armadura.2. Devanado de lanzamiento.3. Devanado de retencin.4. Ncleo magntico.5. Muelle.6. Contactos fijos.7. Conexin elctrica.8. Contacto mvil.9. Eje de conexin (partido).10. Muelle de recuperacin.




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El devanado inductor, normalmente, est formado por dos devanados distintos:

- Devanado de lanzamiento.- Devanado de retencin.

T = Electroimn.Ar = Devanado de retencin.As = Devanado de lanzamiento.A i = Devanado inductor.M = Motor de arranque

Inicialmente son alimentados los dos devanados, ya que hay que generar un campomagntico suficiente para vencer las resistencias de acoplamiento y atraer al inducido.Una vez realizada esta funcin, se comprueba el cierre de los contactos, con el que se

cortocircuita el devanado de lanzamiento (As); en este segundo tiempo la accinmagntica slo la ejerce el devanado de retencin (Ar), que es capaz de retener elncleo mvil el tiempo que sea necesario.Al finalizar el proceso de puesta en marcha, cuando el devanado de retencin se desexcita,los muelles antagonistas devuelven el ncleo mvil a la posicin de reposo.

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GRUPO DE ACOPLAMIENTO DE MANDO ELECTROMAGNTICO

El conjunto que permite transmitir el par motriz del motor de arranque al rbol del motortrmico, tiene que ser ensamblado de modo que el acoplamiento ocurra en el instanteen que el conductor pone en accin el motor de arranque y que, en cuanto el motortrmico arranca, ocurra la separacin inmediata de la transmisin.Esta ltima condicin es de particular importancia ya que, si el motor de arranquetambin queda unido al rbol del motor trmico despus del arranque, es arrastrado auna velocidad excesiva; el inducido del motor de arranque no podra por tanto en ningnmodo resistir a los apremios mecnicos provocados por la fuerza centrfuga que se

verificara en estas condiciones.En las actuales construcciones automovilsticas es empleado casi exclusivamente eldispositivo de acoplamien

acumuladores, recarga y arranque

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