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
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