Electricidad del
Motor 1
Mundo Mecánica Automotriz. Todos los derechos reservados
Electricidad del Motor 1
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Motor de Arranque 3
Métodos de Conexión del Motor Eléctrico 5
Seguimiento de ...
Electricidad del Motor 1
Motor de Arranque
El sistema de arranque convierte la energía eléctrica de la batería en energía ...
Electricidad del Motor 1
Mirando el solenoide de arranque, se puede reconocer que hay dos circuitos que se usan para la
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Método de Conexión del Motor Eléctrico
Existen diferentes formas de conectar el motor de arranque...
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Motor DC en Serie
Los embobinados de campo de un motor en serie están en serie con el inducido. L...
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Seguimiento de Fallas
Junto con revisar el interruptor de encendido, el relé de arranque, los int...
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Balance de Energía y Sistema de Carga
El sistema de carga es una parte importante del sistema elé...
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El acumulador es un dispositivo de almacenamiento de electricidad que es capaz de camb...
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Hay otras partes adicionales instaladas como por ejemplo tapones, conectores de las celdas, etc.
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Ciclo de Carga
En condición de plena carga la densidad del ácido es 1,28 g/cm3 (para áreas tropic...
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Los estados de plena descarga son extremos. Normalmente, una batería esta parcialmente
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Alternador DC (sólo referencia)
En los primeros días del automóvil el alternador que se utilizaba...
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Electricidad del motor 1

  1. 1. Electricidad del Motor 1 Mundo Mecánica Automotriz. Todos los derechos reservados
  2. 2. Electricidad del Motor 1 Indice Temas Página Motor de Arranque 3 Métodos de Conexión del Motor Eléctrico 5 Seguimiento de Fallas 7 Balance de Energía 8 Acumulador 9 Ciclo de Carga 11 Alternador DC 13 Alternador AC 14 Mantención y Seguimiento de Fallas 15 Rev: 0 2 Mundo Mecánica Automotriz
  3. 3. Electricidad del Motor 1 Motor de Arranque El sistema de arranque convierte la energía eléctrica de la batería en energía mecánica para producir el giro del motor y hacer posible el arranque. Esta conversión se hace con el motor de arranque. La velocidad de giro del motor de arranque es de aproximadamente 60 a 100 rpm en el motor diesel y de 80 a 200 rpm para motores gasolina. El motor de arranque entrega una velocidad muy superior a esta para asegurar la suficiente capacidad de arranque. El sistema de arranque tiene 5 componentes principales. El interruptor de encendido o botón de arranque, interruptores de seguridad (si los hay), solenoide de arranque, motor de arranque y batería. Cuando se gira la llave a la posición START, o se presiona el botón de arranque, la corriente fluye desde la batería al solenoide de arranque y desde ahí al motor de arranque. Si el vehículo esta equipado con un interruptor de seguridad de neutro o con un interruptor de embrague, estos deben estar activados para permitir el flujo de corriente al solenoide. El solenoide es un interruptor electromagnético montado en el motor de arranque. Cuando se energizan las bobinas del solenoide un vástago es accionado hacia atrás. En un extremo de este vástago hay una palanca que esta conectada a un piñón conductor y un conjunto de embrague en el motor de arranque. Al tirar de la palanca el piñón conductor se conecta con el engranaje dentado del volante. Como el motor de arranque también está energizado este produce el torque para el giro del volante y mediante este al motor. El motor de arranque es un motor eléctrico pequeño pero poderoso que suministra un alto grado de potencia por un corto periodo de tiempo. Cuando el conductor libera el interruptor de encendido desde la posición START a la posición RUN, el solenoide de arranque se desactiva y el resorte interno de retorno hace que el piñón conductor se separe de la rueda dentada del volante, deteniéndose el motor de arranque. Mientras que la descripción anterior es para un piñón del tipo desplazamiento del piñón (más común en los vehículos de pasajeros), hay otros tipos de motores de arranque disponibles: tipo Bendix y tipo desplazamiento del inducido. La función general es similar a la descrita anteriormente. Rev: 0 3 Mundo Mecánica Automotriz
  4. 4. Electricidad del Motor 1 Mirando el solenoide de arranque, se puede reconocer que hay dos circuitos que se usan para la activación del solenoide. Los circuitos de la bobina de tracción y bobina de retención. Para el acoplamiento del piñón ambas bobinas se energizan para entregar fuerza suficiente para mover el piñón sobre la rueda dentada del volante. Cuando el piñón no esta completamente acoplado, el motor de arranque gira lentamente, debido a la caída de voltaje a través de las bobinas. Cuando el piñón esta completamente acoplado, se cierra un contacto a través del vástago. Esto produce que la bobina de tracción no continúe energizada y que sólo la bobina de retención mantenga el piñón en posición de acople. Al mismo tiempo la energía es suministrada al motor directamente y no a través de las bobinas, de modo que éste gira más rápido permitiendo el arranque del motor de combustión. Algunos motores de arranque incorporan un juego de piñones planetarios con el propósito de incrementar su torque. Como la velocidad del motor de combustión es más alta que la velocidad del piñón cuando éste arranca, un sistema de protección se encuentra instalado para evitar daño en el motor de arranque. Este es usualmente un embrague unidireccional, que evita que el motor de combustión arrastre al motor de arranque, permitiendo que el piñón gire libre en dirección inversa. Esta es la solución más común. Otro sistema es el embrague del tipo multidisco: cuando el motor de arranque esta conduciendo al motor de combustión, las placas están presionadas una contra la otra, de forma que el torque se pueda transmitir para impulsar el volante. Cuando el motor de combustión arranca, se libera el embrague multidisco, con la finalidad de evitar el daño al motor de arranque. Rev: 0 4 Mundo Mecánica Automotriz
  5. 5. Electricidad del Motor 1 Método de Conexión del Motor Eléctrico Existen diferentes formas de conectar el motor de arranque a la fuente de poder. Los diferentes métodos de conexión conducirán a diferentes características. Motor DC excitado externamente. Este tipo de motor DC esta construido de forma que el campo no esta conectado al inducido. Este tipo de motor DC esporádicamente es utilizado. Motor DC en derivación Este tipo es llamado “Motor en Derivación” debido a su campo en paralelo o “en derivación” con el inducido. Aplicación del Motor Eléctrico DC Embobinado en Derivación: Un motor DC embobinado en derivación provee una muy buena regulación de velocidad y esta clasificado como un motor de velocidad constante, aunque la velocidad disminuye levemente en la medida que aumenta la carga. Los motores embobinados en derivación se usan en aplicaciones industriales y automotrices donde se requiere un control preciso de velocidad y torque. Un motor DC con embobinado en derivación provee torque reducido cuando aumenta la velocidad. La reducción de torque versus la velocidad se produce debido a la resistencia del inducido, caída de voltaje y reacción del inducido. Con un valor de velocidad cercano a 2.5 veces la relación de velocidad, la reacción del inducido se hace excesiva, provocando una rápida reducción del flujo del campo y una rápida disminución del torque hasta que se alcanza una condición de pérdida de velocidad. Rev: 0 5 Mundo Mecánica Automotriz
  6. 6. Electricidad del Motor 1 Motor DC en Serie Los embobinados de campo de un motor en serie están en serie con el inducido. La ventaja de un Motor Embobinado en Serie es que desarrolla un alto torque y puede ser operado a baja velocidad. Este es un motor que se acomoda bien para arranques de carga pesada; y es generalmente usado para grúas industriales y huinches donde deben moverse cargas pesadas lentamente y cargas livianas deben moverse rápidamente. Como el inducido y el campo en un motor embobinado en serie están conectados en series, la corriente en el inducido y el campo es idéntica. En la ilustración de la izquierda se muestran las características de torque versus velocidad de un motor embobinado en serie con una fuente de voltaje constante. A medida que la velocidad disminuye, el torque de un motor embobinado en serie aumenta considerablemente. A medida que la carga en condición de velocidad es removida desde el motor en serie, la velocidad aumenta considerablemente. Por estas razones, los motores con embobinado en serie deben tener una carga conectada para prevenir daño debido a la alta velocidad. Motor DC Compuesto Un motor DC compuesto esta construido de forma que contiene un campo en derivación y en serie. Este esquema particular muestra un motor DC acumulativamente compuesto debido a que los campos en derivación y en series se ayudan uno al otro. Rev: 0 6 Mundo Mecánica Automotriz
  7. 7. Electricidad del Motor 1 Seguimiento de Fallas Junto con revisar el interruptor de encendido, el relé de arranque, los interruptores de seguridad, el mazo de cables, otras pruebas importantes son: la prueba de tracción, la prueba de retención, la prueba de desempeño sin carga y la prueba de retorno del piñón. Para información detallada del seguimiento de fallas en los sistemas de arranque, referirse al Manual de Servicio del vehículo en particular. Rev: 0 7 Mundo Mecánica Automotriz
  8. 8. Electricidad del Motor 1 Balance de Energía y Sistema de Carga El sistema de carga es una parte importante del sistema eléctrico. Suministra la energía eléctrica para las luces, radio, calefacción, sistemas eléctricos del motor y otros accesorios eléctricos. También mantiene la batería cargada, recargándola cuando sea necesario. Proporciona la energía necesaria para arrancar el motor. El sistema de carga tiene tres componentes principales: el alternador, el regulador de voltaje y la batería. Es importante el tamaño y desempeño de la batería y que el alternador sean suficientes para el vehículo en particular para garantizar un balance positivo de energía aún bajo condiciones adversas de operación. El alternador genera energía eléctrica para operar los accesorios y para recargar la batería. Normalmente es conducido por una correa conectada con el cigüeñal. La energía mecánica del cigüeñal es convertida por el alternador en energía eléctrica para recargar la batería y para suministrar corriente para todos los sistemas eléctricos. La batería proporciona energía cuando el motor no esta funcionando, suministrando suficiente energía para el arranque del motor y actúa como un compensador si el consumo de energía es mayor que la suministrada por el alternador. Rev: 0 8 Mundo Mecánica Automotriz
  9. 9. Electricidad del Motor 1 Acumulador El acumulador es un dispositivo de almacenamiento de electricidad que es capaz de cambiar la electricidad en energía química durante la carga y para cambiar de vuelta la energía química en electricidad cuando un consumo se activa. Sus principales funciones son: suministrar la energía necesaria para el motor de arranque y para el control del motor/sistema de encendido haciendo posible el arranque del motor, suministrar corriente a los consumos, tales como, luz de estacionamiento, audio, etc. cuando el motor no esta funcionando, actúa como un compensador si la corriente de carga no es suficiente debido al exceso de consumo. En los vehículos generalmente se usa el acumulador de plomo-ácido. La ilustración muestra el esquema típico de un acumulador de 12V, este consistente en seis elementos productores de voltaje, llamadas celdas. Como una celda sólo produce y almacena 2.1V (valor nominal), se incorpora una combinación de seis elementos dentro del acumulador. Cada elemento individual nuevamente esta compuesto por diversos componentes. Los componentes principales son: la placa positiva (ánodo) hecha de peroxido de plomo, el separador que es una estructura porosa que permite el paso del ácido, la placa negativa (cátodo) de plomo puro, y el electrolito para transportar la electricidad. Las placas están sumergidas en el electrolito (ácido sulfúrico). Durante la carga o descarga el electrolito transfiere los iones entre la placa positiva y la placa negativa, permitiendo el flujo de corriente. Rev: 0 9 Mundo Mecánica Automotriz
  10. 10. Electricidad del Motor 1 Hay otras partes adicionales instaladas como por ejemplo tapones, conectores de las celdas, etc. Los tapones incorporan un agujero de ventilación para permitir la liberación de gas que se produce durante la carga, pero al mismo tiempo evita que el ácido escape junto con el gas. Si es necesario se puede agregar agua destilada después de remover los tapones para mantener el nivel requerido de electrolito. La capacidad de la batería para almacenar carga se expresa en amperes hora. Si una batería puede suministrar un ampere (1A) de corriente (flujo) por una hora, tiene una capacidad de 1Ah. Si esta puede suministrar 1A por 100 horas, entonces su capacidad es 100Ah. Para obtener una base común para determinar la capacidad de la batería, este valor se mide en condiciones específicas. Debido a la reacción química dentro de las celdas, la capacidad real disponible de una batería depende de las condiciones de descarga, como la magnitud de la corriente, la duración de la corriente, el voltaje disponible en terminal de la batería, la temperatura, y otros factores. Los fabricantes de baterías usan un método estandar para clasificar sus baterías. La batería se descarga con relación constante de corriente en un periodo de tiempo establecido, tales como 10 horas ó 20 horas disminuyendo con un voltaje fijo por celda. De este modo una batería de 100Ah esta clasificada para suministrar 5A por 20 horas a temperatura ambiente. La eficiencia de una batería no es igual con distinta relación de descarga. Cuando se descarga con baja relación la energía de la batería es liberada mas eficientemente que con alta relación de descarga. Si se conectan dos baterías en series, el voltaje resultante es el voltaje combinado de las baterías. Para disponer de 24V deben conectarse dos baterías en serie. Pero si estas se conectan en paralelo el voltaje permanece igual que si fuera una sola batería, pero aumenta la capacidad. Rev: 0 10 Mundo Mecánica Automotriz
  11. 11. Electricidad del Motor 1 Ciclo de Carga En condición de plena carga la densidad del ácido es 1,28 g/cm3 (para áreas tropicales la densidad del ácido puede ser sólo de 1,23 g /cm3 ). El desempeño del arranque en frió y la capacidad se reduce, si la batería esta sometida a baja temperatura, debido a que la velocidad del proceso químico disminuye en estas condiciones. Una celda de batería completamente cargada puede alcanzar aproximadamente 2.2V, mientras que la tensión de una celda con 1.75V es considerada como descargada. La densidad en la condición descargada es solo 1,16g/cm3 , en condición cargada las placas positivas están compuestas de peroxido de plomo (PBO2), las placas negativas son de plomo puro (PB) y el electrolito es ácido sulfúrico (H2SO4) diluido con agua destilada. Cuando se pone carga eléctrica a la batería, tiene lugar una reacción química. Las moléculas de sulfato en el electrolito se separan y se adhieren a las placas negativas y positivas. Al mismo tiempo los átomos de oxigeno del peroxido de plomo de las placas positivas se mueven a la solución del electrolito donde se unen con los átomos de hidrógeno, formando H2O (agua). Las moléculas del sulfato que se mueven hacia las placas y los átomos de oxígeno que se mueven hacia la solución liberan energía, la que se usa para suministrarla al consumo. Debido a esta reacción, se reduce la densidad del ácido que por lo tanto puede usarse como un indicador del estado de carga del acumulador. Cuando la batería esta completamente descargada, ambas placas son de sulfato de cobre (PbSO4), y la solución es agua (por lo que una batería vacía puede congelarse). Cuando se recarga la batería, el proceso se invierte y el PbSO4 de las placas es cambiado de vuelta a Pb02 y Pb y el agua cambia nuevamente a PbSO4. Rev: 0 11 Mundo Mecánica Automotriz
  12. 12. Electricidad del Motor 1 Los estados de plena descarga son extremos. Normalmente, una batería esta parcialmente cargada o parcialmente descargada. Por ejemplo, una batería puede estar 25% descargada, lo que significa que a tenido lugar el 25% de la reacción química, y el 75% de la batería esta en su condición química original. Cuando la batería esta con carga completa, pero sigue sometida a carga, la batería libera hidrógeno (un gas explosivo), debido a que el agua en el electrolito es descompuesta químicamente. Esto recibe el nombre de sobrecarga. También cuando se hace un “puente de arranque” a otro vehículo, la alta corriente puede causar la rápida liberación de grandes volúmenes de hidrógeno. Si estos son encendidos por una chispa cercana (por ejemplo, cuando se remueven los cables de puente) puede ocurrir una explosión. Las baterías de plomo- ácido para uso automotriz no están diseñadas para descarga profunda y deben siempre mantenerse con su máxima carga debido a que su capacidad sufrirá severamente en el ciclo profundo, debido a sulfatación o endurecimiento del sulfato de cobre. Debe tenerse precaución debido a la naturaleza extremadamente corrosiva del ácido sulfúrico. Los diseños modernos tienen el electrolito capturado dentro de un gel. Debe tenerse especial precaución de utilizar el cargador de baterías apropiado para evitar daños, especialmente en las baterías de Gel. Como durante la carga de las baterías se puede producir gas explosivo, debe mantenerse alejada de chispas y llamas y seguir las precauciones dadas en el Manual de Servicio. Rev: 0 12 Mundo Mecánica Automotriz
  13. 13. Electricidad del Motor 1 Alternador DC (sólo referencia) En los primeros días del automóvil el alternador que se utilizaba era llamado alternador de corriente directa. La rectificación de la corriente se hacia por medios mecánicos, usando un conjunto especial de polos de suministro de corriente. Este conjunto, en combinación con las escobillas (carbones) se llama conmutador. Cuando la corriente cambia de dirección debido a la polaridad del campo magnético, también la posición del conmutador (polo positivo y polo negativo) cambia, lo que finalmente conduce a un suministro de corriente directa a la batería. Actualmente, los alternadores de corriente directa ya no se usan, en su lugar se usan alternadores de corriente alterna. Las razones principales son su alta durabilidad y salida de potencia. Originalmente, un regulador de voltaje mecánico se utilizaba para controlar la salida del alternador y evitar la sobrecarga de la batería. Este detecta cuando la batería requiere carga, o cuando las necesidades eléctricas del vehículo aumentan, y ajusta la salida del alternador de acuerdo a lo anterior. El regulador de voltaje controla la fuerza del campo magnético de la bobina excitadora, controlando de esa manera la salida del alternador. Esto esta hecho para suministrar corriente de excitación a la bobina en forma directa para un alto desempeño, suministrando la corriente a través de un resistor o aún sin suministrar corriente. Como esta tecnología no se usa en los automóviles hace muchos años, no se darán mayores detalles de estos sistemas, pero se hará una descripción acerca del alternador de corriente alterna, utilizado actualmente. Rev: 0 13 Mundo Mecánica Automotriz
  14. 14. Electricidad del Motor 1 Alternador AC Un alternador automotriz moderno es un generador de tres fases, con un circuito rectificador incorporado consistente en seis diodos (se dará una visión mas detallada de estos en el nivel 2). Con el giro de polea mediante la correa conectada al cigüeñal del motor, gira un imán a través de un conjunto estacionario de embobinados de tres fases (llamado el estator), usualmente conectado en una configuración “Y”. El imán girando es ahora un electroimán, no un imán permanente. Los alternadores están diseñados de esta forma para poder controlar la fuerza del campo magnético, con el propósito de poder controlar la salida de voltaje independientemente de la velocidad del rotor. Esta bobina del rotor magnético (la bobina de campo) es energizada por la batería, de modo que toma una pequeña cantidad de energía eléctrica en la entrada del alternador para conseguir que este genere una gran cantidad de potencia de salida. La energía eléctrica es conducida a la bobina rotatoria de campo a través de un par de “anillos de cobre para deslizamiento” montados concentricamente en el eje, contactados por “escobillas” de carbón estacionarias. Las escobillas están sostenidas de tal forma que se contactan firmemente con los anillos de deslizamiento mediante la presión de resortes. Muchos alternadores modernos están equipados con un circuito regulador incorporado que conmuta automáticamente la energía de la batería de ON a OFF hacía la bobina del rotor para regular el voltaje de salida. Este circuito, sí esta presente en el alternador que se escogió para el experimento, es innecesario y solo impedirá la experiencia si se deja en su lugar. Siéntase libre de “removerlo quirúrgicamente”, sólo asegúrese de dejar acceso a los terminales de las escobillas de manera de poder energizar la bobina de campo con el alternador ensamblado. Algunos alternadores están equipados con una polea de giro libre con la finalidad de evitar efectos negativos en la correa. Esto se produce por el hecho que el motor no funciona a velocidad constante, por que hay fluctuaciones de velocidad causadas por la combustión. Rev: 0 14 Mundo Mecánica Automotriz
  15. 15. Electricidad del Motor 1 Mantención y Seguimiento de Fallas Aunque existen pocas probabilidades que las fallas en el sistema de carga puedan producir una falla total del vehículo, pero es importante revisar la condición del sistema regularmente. Los puntos importantes para revisar y ajustar son el nivel del líquido, la densidad del ácido (no aplica para todos los tipos de acumuladores) y la tensión de la correa conductora. También puede requerirse la revisión del voltaje de salida en el caso de problemas con sistema. Nota: el principio de operación de la rectificación de voltaje, etc. se describe en el nivel 2 de Electricidad, así como los métodos de revisión para esos elementos. Rev: 0 15 Mundo Mecánica Automotriz LIN Fits in at the low end 104.521Increme ntal cost per node 125K1M2M20K25.6MCAN-C event triggered dual wire CAN-B event triggered fault tolerant LIN master- slave single wire bus

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