Hay muchos diseños de sistemas de carga diferentes que se utilizan en aplicaciones automotrices. Un factor principal que diferencia un sistema de otro es el regulador de voltaje del alterador.
Algunos autos clásicos tienen un regulador electromecánico de voltaje, mientras que los vehículos de producción modernos usan un regulador electrónico o una computadora (a veces ambos). El diseño del regulador afecta a todo el diseño del sistema de carga.
Cómo funcionan el alternador y el sistema de carga
El alternador carga la batería siempre que el motor está en marcha y al mismo tiempo suministra electricidad a los componentes electrónicos del automóvil.
Antes de saltar a los diferentes tipos de reguladores, es útil tener una comprensión básica de cómo funciona el sistema de carga.
Como la mayoría de la gente sabe, el alternador carga la batería siempre que el motor está en marcha y al mismo tiempo suministra electricidad a los componentes electrónicos del automóvil. El alternador realiza estas tareas a través de la inducción electromagnética, un fenómeno que genera corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
Componentes del alternador de un coche
El estator (fondo), el rotor (centro) y el rectificador (primer plano) del alternador.
Los componentes principales que se encuentran dentro del alternador son el rotor, el estator y el puente rectificador.
- El rotor, que es la parte giratoria del alternador, consta de bobinas de alambre (conocidas como bobina de campo) detrás de polos magnéticos opuestos.
- El estator consta de tres conjuntos de bobinados estacionarios y un núcleo laminado.
- El puente rectificador contiene diodos que actúan como válvulas de retención eléctricas unidireccionales.
La bobina de campo del rotor recibe corriente eléctrica a través de un conjunto de anillos deslizantes y cepillos (ubicados en el eje del rotor). Esa corriente crea un campo magnético, que se ve reforzado por los polos magnéticos del rotor.
Siempre que el motor está en marcha, la correa de transmisión del vehículo hace girar el rotor a través de una polea en la parte delantera del alternador. A medida que el rotor gira, hace que el estator genere una corriente alterna. El puente rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) que puede utilizar el sistema eléctrico del automóvil.
Pero hay una pieza más en el rompecabezas. Para que el sistema de carga funcione correctamente, el alternador debe producir suficiente voltaje para cargar la batería, pero no tanto como para dañar los componentes electrónicos del automóvil.
Para solucionar este problema, la salida del alternador se controla regulando la cantidad de corriente que fluye a través de la bobina de campo del rotor. El regulador de voltaje es el encargado de realizar esta tarea.
Regulación de voltaje electromecánica, electrónica y controlada por computadora
Hasta mediados de la década de 1970, muchos automóviles usaban reguladores de voltaje electromecánicos. Sin embargo, los vehículos de producción modernos controlan la salida del alternador con un regulador electrónico, una computadora o ambos.
Aunque cada tipo de regulador funciona de manera diferente, todos realizan la misma tarea: controlar la salida del alternador. La salida se regula administrando el flujo de corriente a través de la bobina de campo.
Echemos un vistazo a cada tipo de regulador y su circuito.
Regulador de voltaje electromecánico
Algunos vehículos antiguos usan un regulador de voltaje electromecánico externo al alternador que contiene tres interruptores electromagnéticos: el relé de corte, el regulador y el regulador de corriente.
Algunos vehículos antiguos usan un regulador de voltaje electromecánico externo al alternador. La mayoría de estos reguladores contienen tres interruptores electromagnéticos denominados relé de corte, regulador y regulador de corriente. Cada uno tiene un propósito distinto.
- El relé de corte se cierra para conectar el alternador a la batería, lo que permite cargar la batería. El relé de corte también se abrirá según sea necesario para evitar que la batería se descargue en el alternador.
- El regulador se abre y se cierra para controlar el circuito de campo del alternador, regulando así la salida de voltaje del alternador.
- El regulador de corriente se abre y se cierra para controlar el circuito de campo del alternador, regulando así la salida de corriente del alternador.
Los reguladores de voltaje electromagnéticos ya no se encuentran en los vehículos de producción. Todos los sistemas de carga modernos utilizan alguna forma de regulación que es puramente electrónica.
Regulador Electrónicos
Los reguladores electrónicos utilizan semiconductores (diodos zener y transistores) para controlar la salida del alternador. Normalmente, el regulador controla el alternador abriendo y cerrando el lado de tierra del circuito de campo. Si lo hace, permite u obstruye el flujo de corriente.
A diferencia de los reguladores electromecánicos, los reguladores electrónicos son de estado sólido sin partes móviles. El diseño de estado sólido permite ciclos más rápidos y un control más preciso del alternador.
Los reguladores electrónicos se pueden montar internamente (dentro del alternador) o externamente (en otro lugar).
Exactamente qué cables van a un alternador dependerá del diseño del sistema. Pero generalmente, un alternador (que no está controlado por computadora) con un regulador interno tendrá tres terminales. Los terminales son los siguientes:
- Terminal de la batería: se conecta a la batería para cargarla.
- ” de detección de voltaje: permite que el regulador detecte el voltaje de la batería.
- Terminal de campo o de encendido: permite que el voltaje de la batería del encendido fluya a la bobina de campo del alternador durante el arranque.
Los reguladores de voltaje electrónicos se han utilizado en muchos automóviles desde mediados de la década de 1970.
Regulación de voltaje controlada por computadora
Muchos vehículos de último modelo utilizan la computadora del motor, que a menudo se denomina módulo de control del tren motriz (PCM), para controlar la salida del alternador. La mayoría de los módulos usan un controlador interno para encender y apagar el circuito de campo del alternador.
Un ejemplo es el sistema de administración de energía eléctrica (EPM) de General Motors (GM). Con esta configuración, hay un regulador interno que no se puede reparar dentro del alternador. Pero el PCM controla la salida del sistema cambiando el tiempo de encendido del flujo de corriente a través de la bobina de campo.
Muchos vehículos de último modelo utilizan el PCM para controlar la salida del alternador.
El PCM decide cuánto voltaje necesita el sistema de carga al observar los datos del módulo de control del cuerpo (BCM). Una red de datos permite que el PCM, el BCM y otros módulos se comuniquen entre sí. El BCM monitorea un sensor de corriente de la batería, que está ubicado en uno de los cables de la batería, para monitorear la corriente que entra y sale de la batería.
Si hay una falla dentro del sistema EPM, se enviará un mensaje a través de la red de datos, indicándole al grupo de instrumentos que encienda una o más luces de advertencia.
El sistema EPM de GM es solo un ejemplo de un sistema de carga controlado por computadora. Hay muchos otros diseños de sistemas, algunos de los cuales no usan un regulador dentro del alternador. Ciertos sistemas de carga de Chrysler, por ejemplo, albergan todos los componentes electrónicos del regulador dentro del PCM.
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