Automóvel Sistema de Carga 1ª Edição



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Dínamo versus Alternador


Os veículos mais antigos utilizavam para gerar corrente contínua o dínamo. Porém esse dispositivo não possuía eficiência em marcha lenta, o que não ocorre no alternador. Este gera potências de carga mais elevadas a rotações mais baixas.

O quadro a seguir mostra a comparação entre as linhas características da corrente fornecida por um dínamo e por um alternador de potência máxima aproximadamente igual.



Verifica-se que o alternador começa a fornecer energia eléctrica com uma rotação essencialmente mais baixa. Em outras palavras, a bateria já recebe carga estando o motor em baixa rotação.

Figura 3: O alternador começa a fornecer corrente eléctrica a rotações mais baixas que o dinamo. ([7])

A curva a vermelho, da Figura 3, mostra que sendo o alternador accionado com rotações variáveis, não pode fornecer uma potência uniforme. Este problema é resolvido aplicando um regulador de tensão na saída do alternador, que será estudado em pormenor numa das secções seguintes.

O alternador e o dínamo, são equipamentos que utilizam o princípio da indução electromagnética.

A geração de um campo magnético indutor pode ser efectuada através de:


  • Ímans permanentes (magnetos);

  • Electroímans (bobinas indutoras).

Independentemente disso, os geradores de energia eléctrica (que convertem energia mecânica em energia eléctrica) podem ter dois tipos construtivos:

  • O indutor é o estator e o induzido é o rotor;

  • O indutor é o rotor e o induzido é o estator.

É muito importante salientar que a corrente necessária para gerar o campo magnético indutor (no caso de se utilizar uma bobina indutora) é bastante inferior à corrente gerada nos enrolamentos induzidos.

O gerador de corrente contínua ou dínamo só pode ser feito do primeiro modo, isto é:



  • O indutor é o estator e o induzido é o rotor

A f.e.m. induzida no rotor tem de ser recolhida para o exterior através de escovas em contacto com os segmentos do colector.

Um gerador de corrente alternada ou alternador poderá ser construído das duas maneiras.



  • O indutor é o estator e o induzido é o rotor

Modo de funcionamento similar ao dínamo, diferindo apenas em que em vez de se colher a corrente induzida através de segmentos de colectorfdsa, utilizam-se dois anéis colectores.

  • O indutor é o rotor e o induzido é o estator

A bobina (ou íman) indutora é que roda provocando a indução de f.e.m. no induzido, neste caso o estator.

A produção de energia eléctrica utilizando o alternador, particularmente do segundo tipo, ao invés do dínamo, trás diversas vantagens ([6]):



  • O alternador tem menor manutenção. No dínamo, a passagem de corrente elevada dos segmentos do colector para as escovas provoca o aparecimento de arcos eléctricos, provocando um rápido desgaste do colector e das escovas.

  • O alternador tem melhor arrefecimento que o dínamo. Quanto maior a corrente numa bobina, maior o seu aquecimento. Se a bobina induzida for no estator (exterior), é mais fácil de refrigerar do que se for no rotor (interior). Quanto menores as perdas, melhor o rendimento.

  • Para a mesma potência eléctrica gerada, o dínamo é muito mais volumoso e pesado. Enquanto um alternador de automóvel pesa cerca de 4 Kg, um dínamo para a mesma potência pesa de 8 a 10 Kg.

  • O alternador tem melhor rendimento que o dínamo.

  • O alternador tem uma construção mais simples.

No caso particular do sistema de carga dos automóveis com motores de combustão, as vantagens do alternador face ao dínamo são ainda maiores:

  • O dínamo atinge a sua tensão nominal a um número de rotações superior ao do alternador. Enquanto o alternador atinge a sua tensão nominal a partir das 400/600 rpm, o dínamo dificilmente a atingirá abaixo das 1300 rpm. Deste facto resulta que quando o motor está a rodar ao ralenti, o alternador já está a alimentar todos os circuitos, o que não acontece com o dínamo.

  • No alternador, o rotor pode rodar a velocidades mais elevadas, da ordem das 15000 rpm, valor que é praticamente o dobro do possível de atingir com o dínamo.

Nos automóveis utiliza-se o alternador trifásico. Tal como foi já referido na análise dos sistemas trifásicos, considerando dois alternadores, um monofásico e outro trifásico, de igual volume e preço, o segundo tem uma potência aproximadamente 50% superior ao primeiro. Tal deve-se ao facto de haver um maior aproveitamento do perímetro do estator, isto é, há mais bobinas que são sede de f.e.ms. induzidas.

É de salientar que o alternador só começou a substituir o dínamo na década de 60, pois só nessa altura começaram a aparecer os primeiros dispositivos electrónicos rectificadores - os díodos.

Importa referir que alternador automotivo, Figura 4, é a designação dada ao conjunto: gerador de corrente alternada, rectificador e regulador de tenção.

Figura 4 Esquema representativo do sistema eléctrico de um veículo ([8]).



  1. Alternador


O alternador engloba alguns dos elementos do sistema de arranque, como se pode verificar na Figura 5:


Bobina indutora e núcleo polar

Bobinas trifáscias (estator)

Figura 5: Principais elementos constituintes de um alternador ([8])

São eles:


  • Rotor (Veio, rolamentos, bobina indutora, núcleos polares e anéis colectores);

  • Escovas;

  • Estator (enrolamentos trifásicos, núcleo);

  • Ponte rectificadora (díodos);

  • Ventoinha de refrigeração;

  • Regulador de tensão.

Dado que os reguladores de tensão actuais são de tamanho reduzido (deixaram de ser electromecânicos para passarem a ser electrónicos), o regulador de tensão começa a aparecer incluído dentro do próprio alternador.

Na figura seguinte representa-se o modo como os diversos componentes poderão estar montados:




Rolamento

Suporte das escovas

Tampa traseira

Placa dos díodos

Escova

Rolamento

Estator (Induzido)

Rotor (Indutor)

Espaçador

Espaçador

Polia


Figura 6: Montagem dos elementos de um alternador ([9])
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