Sistema de carga

Júlio César Chaves Câmara

Funções do sistema de carga

• Recompõe a carga da bateria gasta durante a partida;• Supre de energia elétrica os componentes elétricos durante o

funcionamento do motor.

Geração de corrente elétrica

Geração de corrente DC

Dínamo

Corrente alternador

Corrente trifásica

Enrolamentos do estator

Formação da corrente trifásica

Formação da corrente trifásica

Estrutura interna do Alternador

Estrutura interna do alternador

Estrutura do rotor

Rotor do alternador

Fluxo magnético no rotor

Comutador e escovas

Rotor e estator

Estrutura do estator

Demais componentes do alternador

Ponte retificadora

Processo de retificação da corrente elétrica

• Processo de transformação da corrente alternada em corrente contínua.

Operação da ponte retificadora

Operação da ponte retificadora

Retificação da corrente elétrica

• Processo que permite transformar a corrente alternada (AC) em corrente contínua.

Fases após retificação

Melhoramento da retificação com uso de capacitores

Avaliação da retificação com osciloscópio

Fluxograma de regulagem da tensão

Esquema do circuito de carga

Circuito completo do alternador

Terminal W

• Em algumas aplicações o terminal “W” para medição da rotação;

• Provém um sinal pulsante DC (retificado meia onda);

• Bastante comum em motores Diesel com injeção mecânica;

• f=p�n/60, onde:f = frequência (pulsos por segundo);

p = quantidade de pólos do alternador;n = rotação do alternador (rpm)

Esquemas de ligação do estator

• Os três enrolamentos do estator podem ser ligados em dois tipos de configuração:– Estrela: a tensão de saída entre duas fases é o

vetor soma das tensões das fases. A corrente entre duas bobinas por sua vez, como ligação em série, é a mesma que circula em uma fase.

V = Vp �√3 I = Ip

Esquemas de ligação do estator

• Triângulo: a corrente de saída entre duas fases é o vetor soma das correntes das fases. A tensão entre duas bobinas por sua vez, como ligação em paralelo, é a mesma que circula em uma fase.

I = Ip �√3 V = Vp

Regulador mecânico

Regulador eletrônico de voltagem

A temperatura influi na regulagem da tensão

Regulador com circuito integrado

Refrigeração do alternador

• Fontes de calor– Processo de geração propriamente dito: energia

mecânica → Energia elétrica;– Motor e componentes mecânicos;

• Revestimentos e coberturas termoacústicasprejudicam dissipação de calor;

• Dependendo do modelo, máxima temperatura de operação entre 80 e 100ºC;

• Projeto deve garantir vida útil e eficiência nas piores condições.

Refrigeração a ar

• Uso do ar nas proximidades do alternador– Tipo mais comum de refrigeração;

– Pode possuir um ou dois fluxos;– Alguns modelos usam pás assimétricas para

controle NVH.

Refrigeração a ar

• Fluxo simples x Fluxo duplo

Refrigeração a ar

• Uso do ar oriundo de tubulação– Permite ar com temperatura mais baixa.

Refrigeração a ar

• Uso do ar oriundo de tubulação– Permite ar com temperatura mais baixa.

Refrigeração a água

• Utiliza uma derivação do fluido de arrefecimento que refrigera o motor– Utilizado em alternadores de alta capacidade.

Requerimentos para o sistema de carga

• Fornecer corrente DC para as cargas elétricas embarcadas;• Manter uma potência reserva para a carga rápida e

manutenção da carga da bateria, mesmo com cargas permanentes ligadas;

• Manter a tensão a mais constante possível, mesmo com variação da rotação e das cargas aplicadas;

• Construção robusta;• Baixo peso e tamanho compacto;• Vida útil longa;• Baixo nível de ruído;• Elevada eficiência energia mecânica consumida x energia

elétrica gerada.

Características importantes de um bom alternador

• A geração de corrente ocorre mesmo na marcha lenta;• Uso de diodos de potência para retificação da corrente

gerada pelo estator trifásico;• Ponte retificadora separa alternador do restante do sistema

elétrico, evitando que bateria alimente o alternador em momentos de queda de tensão;

• Vida útil superior a 150.000 Kms;• Resistência a vibrações, alta temperatura, impurezas e

umidade;• Com pequenas alterações no sistema de arrefecimento

deve ser capaz de funcionar em qualquer sentido de rotação.

Perdas no alternador

Geração de corrente x RPM

Curva característica de um alternador

Balanço elétrico em um veículo

• Em um veículo, do ponto de vista elétrico, fazem parte do mesmo sistema:– Motor de combustão;– Alternador;– Bateria;– Cargas elétricas.

• Para especificar o sistema, deve ser analisado também ascondições de uso do veículo.

Evolução da demanda de corrente gerada

Percentual de tempo de veículo parado no trânsito

Balanço elétrico em um veículo

Balanço elétrico em um veículo

• Devem ser listadas as cargas:– Permanentes

• Operam enquanto o veículo estiver ligado e por vezes com o veículo parado;

– Longa duração• Podem ser ligadas por longos períodos com o carro

ligado. Ex: faróis;

– Curta duração• Não ficam ligados por longo períodos. Ex: faróis de

neblina.

Características de algumas cargas

• Faróis altos– Consomem mais corrente, mas são usados em velocidades mais

altos, com o alternados em zona de eficiência maior;• Faróis de neblina

– Operam em rotações mais baixas e o seu uso sofre forte influência do bom senso do motorista, podendo ser transformado de cargas decurta para longa duração;

• Desembaçador traseiro– Alto consumidor de corrente, opera por poucos minutos apenas o

necessário para desembaçar o vidro. Caso o mecanismo não tenha temporizador, pode ocasionar grande consumo se o condutor esquecer de desligá-lo;

• Cargas eventuais– Pisca, buzinas, instrumentos de painel, iluminação interna

representam um consumo insignificante devido a baixa carga ou baixo uso.

Exemplo de dimensionamento de alternador

Dimensionamento do alternador

• Listagem das cargas de longa duração em 14V

350Total

10110Iluminação do painel

10110Luz de licença

18118Luzes de posição

1101110faróis baixos

12112Rádio

1001100Sistema de Injeção

70170Bomba elétrica de combustível

20120Sistema de ignição

Consumo estimado (W)FatorPotência (W)Carga

Dimensionamento do alternador

• Listagem das cargas de curta duração em 14V

195,2Total

750,5150Ar condicionado

70,170Farol de neblina

46,21,142Luzes de freio

150,2560Limpadores de pára-brisa

120,1120Desembaçador

400,580Ventilação

Consumo estimado (W)FatorPotência (W)Carga

Dimensionamento do alternador

• Carga total = 545,5 W• Escolher opção que atenda à carga

calculada.

Dimensionamento do alternador

• Multiplicar pelo fator 1,3 a carga de longa duração.IL = 350 � 1,3 = 455 / 14 = 32,5A

• Consultar curva de desempenho e verificarse alternador atende demanda na marcha lenta.Caso contrário, escolherimediatamente superior.

Alternadores incorporados ao volante do motor

• Melhor package;• Elimina

necessidade de polia;

• Solução tende a ser bastante difundida em sistemas de 42 Volts;

• Refrigeração mais crítica.

Testes em alternadores

• Devem simular ambientes reais:– Carga;

– Rotação;– Temperatura;

• Testes específicos de vibração e choque térmico podem ser feitos em bancadas específicas.

• Para dimensionamento utiliza-se softwares ou tabelas de fabricantes;

• Deve ser determinados:– Acessórios a serem

acionados;– Rotações;– Tipos de polia;– Torques;– Força de tensão;– Vida útil estimada;– Perfil de correia.

Correias de acionamento de alternadores

Vida útil de correias

• Sofre forte influência do torque, temperatura e roteiro.

Vida útil de correias

• Sofre forte influência do torque, temperatura e roteiro.

Correias de acionamento de alternadores

• Testes de durabilidade– Controle de

temperatura;

– Diferentes arranjos e configurações;

– Tipos de polia;

– Inserção de deslizamento;

– Rotação controlada.

Obrigado!

Júlio César Chaves Câmara