Hay muchos diseños diferentes de sistemas de carga utilizados en aplicaciones de automoción. El regulador de tensión es uno de los principales factores que diferencian un sistema de otro. Algunos coches clásicos tienen reguladores electromecánicos, mientras que los vehículos de producción modernos utilizan un regulador electrónico o un ordenador (a veces ambos). El diseño del regulador afecta a toda la configuración del sistema de carga
Tabla
Funcionamiento del alternador y del sistema de carga
El alternador carga la batería cada vez que el motor está en marcha, suministrando electricidad a los componentes electrónicos del coche. Antes de entrar en 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, al tiempo que suministra electricidad a la electrónica del coche. El alternador lo hace por inducción electromagnética, un fenómeno que genera una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
- El rotor, que es la parte giratoria del alternador, está formado por bobinas de alambre (denominadas bobinas de campo) situadas detrás de polos magnéticos opuestos.
- El estator consta de tres conjuntos de bobinas fijas y un núcleo laminado.
- El puente rectificador contiene diodos que actúan como válvulas de retención eléctricas unidireccionales.
La bobina del campo del rotor recibe corriente eléctrica a través de un conjunto de anillos colectores y escobillas (situados en el eje del rotor). Esta corriente crea un campo magnético reforzado por los polos magnéticos del rotor.
Cuando el motor está en marcha, la correa de transmisión del vehículo hace girar el rotor a través de una polea situada en la parte delantera del alternador. Al girar el rotor, el estator genera una corriente alterna. El puente rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) que puede utilizar el sistema eléctrico del coche.
Pero hay otra pieza en el rompecabezas. Para que el sistema de carga funcione correctamente, el alternador debe producir suficiente tensión para cargar la batería, pero no tanta como para dañar los componentes electrónicos del coche.
Para resolver este problema, la salida del alternador se controla regulando la cantidad de corriente que fluye a través de la bobina del campo del rotor. El regulador de tensión es el encargado de llevar a cabo esta tarea.
Regulación de tensión electromecánica, electrónica y controlada por ordenador (diagramas)
Hasta mediados de los años 70, muchos coches utilizaban reguladores de tensión electromecánicos. Sin embargo, los vehículos de producción moderna controlan la salida del alternador con un regulador electrónico, un ordenador o ambos.
Aunque cada tipo de regulador funciona de forma diferente, todos realizan la misma tarea: controlar la salida del alternador. La potencia se regula gestionando el flujo de corriente a través de la bobina.
Veamos cada tipo de regulador y su circuito.
Regulador de tensión electromecánico
Algunos vehículos antiguos utilizan un regulador de tensión electromecánico externo al alternador, que contiene tres interruptores electromagnéticos: el relé de corte, el regulador y el regulador de corriente.
Algunos vehículos antiguos utilizan un regulador de tensión electromecánico externo al alternador. La mayoría de estos reguladores contienen tres interruptores electromagnéticos denominados relé de corte, regulador y regulador de corriente. Cada uno de ellos tiene una función diferente.
El relé de corte se cierra para conectar el alternador a la batería, permitiendo que ésta se cargue. El relé de corte también se abrirá si es 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 la tensión de salida del alternador.
El regulador de corriente se abre y se cierra para controlar el circuito de campo del alternador, regulando la salida de corriente del alternador.
Esquema eléctrico típico de un alternador con regulador de tensión externo.
Los reguladores de tensión electromagnéticos ya no se encuentran en los vehículos de serie. Todos los sistemas de carga modernos utilizan una forma de regulación puramente electrónica.
Regulador de tensión electrónico
Los reguladores de tensión electromagnéticos ya no se encuentran en los vehículos de serie.
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 masa del circuito de campo. Esto permite o impide el flujo de corriente.
A diferencia de los reguladores electromecánicos, los reguladores electrónicos son de estado sólido y no tienen piezas móviles. El diseño de estado sólido permite ciclos más rápidos y un control más preciso del alternador.
Los reguladores electrónicos pueden montarse internamente (dentro del alternador) o externamente (en otro lugar).
Diagrama de cableado típico de un alternador de 3 cables con un regulador de tensión interno.
El tipo exacto de cables que van a un alternador dependerá del diseño del sistema. Pero en general, un alternador (que no está controlado por ordenador) con un regulador interno tendrá tres terminales. Los terminales son los siguientes
- Borne de la batería: se conecta a la batería para cargarla.
- Borne de detección de tensión: permite al regulador detectar la tensión de la batería.
- Terminal de campo o de encendido: permite que la tensión de la batería de encendido fluya a la bobina de campo del alternador durante el arranque.
Los reguladores electrónicos de tensión se utilizan en muchos coches desde mediados de los años setenta.
Regulación de tensión controlada por ordenador
Muchos vehículos nuevos utilizan el PCM para controlar la salida del alternador.
Muchos vehículos nuevos utilizan el ordenador del motor, a menudo llamado Módulo de Control del Tren de Potencia (PCM), para controlar la salida del alternador. La mayoría de los módulos utilizan un controlador interno para activar y desactivar el circuito de campo del alternador.
Un ejemplo es el sistema de gestión de potencia eléctrica (EPM) de General Motors (GM). Con esta configuración, hay un regulador interno no reparable dentro del alternador. Pero el PCM controla la salida del sistema alterando el tiempo que tarda la corriente en fluir a través de la bobina de campo.
Un esquema eléctrico típico de un alternador controlado por el PCM con las conexiones del alternador que van a la batería y al PCM.
El PCM decide qué tensión necesita el sistema de carga consultando los datos del módulo de control de la carrocería (BCM). Una red de datos permite que el PCM, el BCM y otros módulos se comuniquen entre sí. El BCM controla un sensor de corriente de la batería, situado en uno de los cables de la batería, para controlar la corriente que entra y sale de la batería.
En caso de fallo del EPM, se enviará un mensaje a través de la red de datos, ordenando al cuadro de instrumentos que encienda una o más luces.
El sistema EPM de GM es sólo un ejemplo de sistema de carga controlado por ordenador. Hay muchos otros modelos de sistema, algunos de los cuales no utilizan un regulador dentro del alternador. Algunos sistemas de carga Chrysler, por ejemplo, alojan toda la electrónica del regulador en el PCM.