Componentes e Funcionamento dos Alternadores para Motores de Automóveis


alt1Apesar de possuir um acumulador de energia(bateria), o sistema elétrico automotivo não pode apenas contar com a bateria para alimentar a si mesmo e tão pouco a rede bordo, que com o passar dos tempos está se tornando cada vez mais moderna. Para isso, é necessário que seja gerada energia para recarga da bateria, e assim suprir a demanda de energia elétrica do automóvel. Essa função é delegada ao Alternador.

Como o próprio nome diz, o alternador é um gerador de corrente elétrica alternada, e portanto necessita de um retificador de tensão para enviar a todo o sistema elétrico do veículo a tensão continua necessária para suprir sua demanda.

O alternador é instalado junto ao motor e ligado a este por sua polia e a polia do virabrequim através de correia, esta correia pode ser trapezoidal ou Poly-V. Consequentemente o alternador está exposto a um ambiente de altas temperaturas e influencias externas, não descartando também que por estar ligado ao motor, o alternador precisa resistir a forças centrífugas e ao desgaste gerado pelas rotações e ainda funcionar silenciosamente. Mesmo assim o alternador precisa alimentar todos o sistema elétrico e consumidores, manter a carga da bateria em nível máximo mesmo em situações de baixa rotação do motor e manter o nível de tensão nominal do sistema elétrico independente da velocidade do motor.

Componentes:
Crédito foto: aa1car.com

Crédito foto: aa1car.com

  1. Carcaça;

  2. Estator;

  3. Rotor;

  4. Anéis Coletores;

  5. Escovas;

  6. Placa de diodos(Retificador de tensão);

  7. Polia;

  8. Hélice de refrigeração

Carcaça: A carcaça do alternador tem a função de proteção e suporte dos componentes internos, é feita de ligas leves e geralmente é constituída de duas partes aparafusadas uma na outra por longos parafusos. Serve de mancal para o eixo do rotor, aloja o estator e a placa de diódos. Esta última necessitando de refrigeração, motivo pelo qual é instalado uma hélice de refrigeração no mesmo eixo do rotor, mesmo assim a carcaça deve possuir aberturas estratégicas para que esse refrigeração seja obtida.

Estator Crédito foto: maxfarquar.com

Estator
Crédito foto: maxfarquar.com

Estator: Feito em ligas de ferro ou silício e fios de cobre esmaltado, o estator possui forma circular e internamente possui ranhuras em todo seu diametro. Entre as ranhuras se encontram fios de cobre esmaltado que constituem a bobina do estator. São nessas bobinas que é induzida a corrente proveniente do rotor girando. As bobinas do estator estão defasadas 120º uma da outra, e podem estar ligadas em estrela(Y) ou delta(). Esses tipos de ligações se diferem entre si pelos valores de corrente e tensão de linha e de fase. Em ligações do tipo estrela as correntes de linha e de fase são iguais, mas a tensão de linha é igual ao produto da tensão de fase pela raiz quadrada de três. Por outro lado nas ligações do tipo delta as tensões de fase e de linha são iguais, enquanto que a corrente de linha é igual a corrente de fase multiplicada pela raiz quadrada de três. Quando o rotor gira, o pólos norte e sul passam pelas bobinas do estator, o que geraria uma tensão monofásica, caso o estator possuísse apenas uma bobina, mas o estator possui três bobinas caracterizando uma saída de tensão alternada trifásica.

Eixo do Rotor, Rotor e Anéis Coletores. Crédito foto: dennis-carpenter.com

Eixo do Rotor, Rotor e Anéis Coletores.
Crédito foto: dennis-carpenter.com

Rotor: Constituído de um eixo de aço, uma bobina, dois pólos em forma de garras feitos de ligas de ferro ou silício e anéis coletores. Na parte central do eixo é montada a bobina de excitação. Esta é feita de fios de cobre esmaltado, e envolta por dois polos em forma de garra. Quando a corrente proveniente bateria percorre a bobina de excitação, o campo magnético gerado por ela envolve os pólos e forma pólos norte e sul.

Anéis Coletores: Fabricado em cobre, os anéis coletores possuem a função de de conduzir a corrente elétrica proveniente da bateria para a bobina de excitação montada no rotor. É posicionado na extremidade eixo do rotor, são ligados à bobina de excitação e estão em contato com as escovas.

Escovas destacadas no canto superior esquerdo. Crédito foto: Pelicanparts.com

Escovas destacadas no canto superior esquerdo.
Crédito foto: Pelicanparts.com

Escovas: São pequenas peças feitas de com ligas à base de carvão, e são um dos poucos componentes de desgaste do alternador. Pois estão em constante contato com os anéis coletores, que giram e geram um pequeno desgaste das escovas. Uma vez ligado o chicote da bateria ao alternador, são as escovas que alimentam os anéis coletores com a corrente proveniente da bateria.

Circuito retificador de tensão. Crédito foto: pearltrees.com

Circuito retificador de tensão.
Crédito foto: pearltrees.com

Placa de diodos/Retificador de tensão: Também chamado de regulador de tensão, a função da placa de diodos é transformar a corrente alternada transformada pelo alternador em corrente contínua. Além disso os diodos protegem a bateria de uma possível descarga, impedindo a passagem de corrente da bateria para o alternador. A placa aonde estão montados os diodos é feita em alumínio para trocar rapidamente de calor, pois os diodos não são resistentes a altas temperaturas(130º), assim a placa possui função dissipadora de calor. Os diodos são feitos em silício ou germânio, e sua característica é permitir passagem de corrente em apenas um sentido. Para estatores conectodos em Y a placa de diodos possui seis diodos, três ligados positivamente a cada uma das três bobinas e três ligados negativamente a cada uma das três bobinas. Além disso, o diodo se divide em duas partes, anodo e catodo.

Alternador tipo garra. Repare na polia e logo em seguida na ventoinha externa. Crédito foto: http://acdelcocanada.com/

Alternador tipo garra. Repare na polia e logo em seguida na ventoinha externa.
Crédito foto: http://acdelcocanada.com/

Polia: É o componente que está montado no eixo do rotor do alternador, e por meio de uma correia de distribuição, o alternador gira conforme a velocidade do rotação do motor(Rpm). Esta correia pode ser do tipo trapezoidal ou do tipo poly-V.

Ventoinha de refrigeração: Sua função é prover uma ventilação forçada a todos os componentes internos do alternador. É montada no eixo do rotor do alternador, e consequentemente gira com ele, além disso pode estar montada fora(alternador tipo garra) ou dentro(alternador compacto) do alternador.

Fatores influentes: 

Existem três fatores diretamente influentes no desempenho do alternador:

O alternador deve suportar as altas temperaturas dentro do compartimento do motor, as exigências do torque do motor, além de ser resistente contra as impurezas contidas no compartimento do motor.

O alternador deve suportar as altas temperaturas dentro do compartimento do motor, as exigências do torque do motor, além de ser resistente contra as impurezas contidas no compartimento do motor.

  1. Rotação;
  2. Temperatura;
  3. Fatores externos.

Rotação: O alternador é acionado pelo motor, através de uma correia de borracha, polia e tensionador. Para atingir o regime de rotações necessário para suprimento da demanda da rede de bordo e do sistema de injeção eletrônica, é definido uma relação de transmissão adequada. Normalmente utiliza-se de 1:2 até 1:3 em veículos de passeio, e 1:5 para utilitários, pois são relações que proporcionam ao alternador maior rotação em relação ao eixo virabrequim, e assim garantindo que o fornecimento de energia não seja tão prejudicado em condições extremas. Por outro lado, a alta rotação também impõe ao alternador altas cargas centrifugas, que por consequencia desgastam anéis coletores, rolamentos e escovas. A inercia dos componentes à rotação também põe a prova a correia de acionamento, as constantes reduções e acelerações do motor geram esforços(torque de inércia dos componentes) sobre a correia de acionamento.

Temperatura: Nos automóveis atuais a busca pelo maior aproveitamento do espaço teve como consequência a redução do cofre do motor. O espaço para comportar o motor e seus sistemas ficou menor, embora bem aproveitado. Somando-se ao fato das marcas terem aderido de vez ao downsizing, componentes como turbo-compressor e intercooler, além de radiadores de óleo, mangueiras e tubulações do turbo dividem espaço com o motor e seus sistemas gerando maiores temperaturas no alternador. Assim torna-se necessário que o alternador possua uma ventoinha de refrigeração para garantir que haja a troca de calor entre os componentes internos do alternador e o ar aspirado pela ventoinha. Em aplicações extremas utilizam-se alternadores com refrigerado por fluído de arrefecimento.

Fatores externos: Novamente, por estar montado no motor e sofrer com a atmosfera do cofre do motor durante seu funcionamento, o alternador encontra-se exposto a vibrações, poeiras, água, vapores de combustível e óleo. A contaminação dos componentes internos do alternador com detritos acima citados ocorre pelas ranhuras de refrigeração, e além de causarem a oxidações desses componentes, podem comprometer a vida útil do alternador com a passagem de corrente através de soluções, chamada de eletrólise. Mesmo sabendo que os motores são suportados por eficientes bases feitas de borracha e material metálico, e que absorvem grande parte das vibrações do motor, este vibra, com oscilações aceitáveis. Como o alternador está fixado ao motor, as oscilações são transmitidas ao alternador gerando esforços também em seus componentes de fixação.

Características:

O alternador é uma máquina elétrica trifásica, mais precisamente uma gerador elétrico trifásico(três bobinas no estator) síncrono de 12 ou 16 pólos. É capaz de alimentar o sistema elétrico do automóvel dentro de uma variação de 13,5V até 14,5V. Acima ou abaixo dos limites inferiores e superiores, problemas como descarga de bateria e sobrecarga da bateria respectivamente poderão acontecer.

Como o próprio nome sugere, o alternador fornece tensão alternada em forma de ondas senoidais com períodos de 120º, que também é o ângulo de disposição das bobinas do estator. A corrente do alternador é fornecida em pulsos positivos e negativos, ou seja, uma onda completa inicia-se em zero, atinge seu máximo valor(positivo) e caí até seu menor valor(negativo).

O alternador gera apenas a tensão necessária para todo os sistema elétrico do veículo, a tensão elétrica medida nos terminais do alternador pode ser calculada sabendo o produto do valor do fluxo magnético das bobinas indutoras pela rotação do motor. Mas mesmo que este seja acelerado ao máximo, o alternador possui um limite para alimentação de tensão. Pois o campo magnético reverso gerado pela corrente de carga com o alternador girando a toda velocidade impedirá o aumento na corrente fornecida pelo alternador.

Curva de eficiência do alternador. Em determinada rotação, a curva de eficiência cai drasticamente. Crédito foto: intechopen.com

Curva de eficiência do alternador. Em determinada rotação, a curva de eficiência cai drasticamente.
Crédito foto: intechopen.com

A eficiência ou rendimento de um alternador é prejudicada pelas diversas perdas inevitáveis que toda máquina possui. As principais perdas de um alternador são o atraso entre a indução magnética e o campo magnético a ser gerado(histerese), que é uma propriedade dos materiais ferromagnéticos, as perdas por correntes parasitas ou de Foucault, que são as perdas relacionadas ao movimento do rotor em relação ao estator, pois no estator está fluindo corrente alternada e esse fluxo gera um campo magnético variável no núcleo do estator, que induz uma tensão e esta, por sua vez gera uma corrente parasita no estator. Por conta disso, os estatores são cobertos por um verniz isolante para reduzir a incidência do efeito joule, que nada mais é que o superaquecimento do respectivo componente. Além disso ocorre também as perdas ohmicas nos enrolamentos do rotor e do estator, que neste caso é uma dissipação da potência em forma de calor. E finalmente as perdas mecânicas, ou perdas por atrito, que estão ligadas a resistência ao dos rolamentos, mancais, escovas e até mesmo o ar de ventilação da ventoinha, que gera atrito entre o rotor e o estator. Depois de calculadas as perdas, e uma vez sabendo a potência do alternador, dizemos que a eficiência deste é a potência desenvolvida dividida pela massa de seus componentes ativos(enrolamento e rotor).

Crédito foto: australinternational.com

Crédito foto: australinternational.com

Por estar instalado no motor, o alternador utiliza o ar contido no cofre do motor para seu arrefecimento. Dotado de uma ventoinha, seja ela integrado ou montada no alternador, o alternador não pode ter seus componentes com temperatura acima de valores pré-determinados. Embora na grande maioria das aplicações automotivas, a refrigeração por vetoinha seja efetiva, há casos de refrigeração por líquido de arrefecimento do motor. Casos extremos como esse em que o alternador é completamente fechado, sem ranhuras. Mangueiras conduzem o fluído de arrefecimento do motor para o alternador. A aplicação de alternadores refrigerados a fluído de arrefecimento contempla vantagens como supressão do ruído, adequação à altas temperaturas e capacidade de serem mergulhados(veículos off-road).

Crédito foto: vw-resource.com

Crédito foto: vw-resource.com

O acionamento do alternador é feito por uma correia de borracha, e esta deve estar bem tensionada para não saltar e interromper a geração de energia para o motor. Esse tensionamento poder ser feito por um braço móvel ou tensionador de correia. A correia do alternador pode ser de dois tipos, em V(trapezoidal) ou nervurada(estriada), mais conhecida como poly-V. Atualmente as correias poly-V predominam no mercado, enquanto que as correias trapezoidais pertencem a projetos mais antigos. Para se obter rotações maiores, é usual reduzir o diâmetro da polia do alternador, e assim obter relações que o beneficie. No entanto na concepção do projeto de um alternador é necessário dimensionar o sistema polias e correia, além de seus rolamentos, para suportar a variação do torque e rotação do motor. Uma vez sabendo a que torque e rotação o sistema será submetido, e quais agregados a correia do alternador irá acionar, pode-se definir a geometria da correia.

Tipos:
Crédito foto: vlvautoparts.com

Crédito foto: vlvautoparts.com

Alternador de pólos tipo garra: Trata-se da versão clássica do alternador, o primeiro a substituir o dínamo. É chamado dessa forma pois os pólos da bobina do rotor possuem forma de garra,e quando estão sob ação do campo magnético desta formam os polos norte e sul. Alternadores de pólos tipo garra possuem ventilação forçada por ventoinha externa, que promove fluxo axial de ar de refrigeração para os componentes internos do alternador.

Crédito foto: carsteering.com

Crédito foto: carsteering.com

Alternador de construção compacta: A evolução do alternador de pólos tipo garra é um alternador com menores dimensões. Partindo deste ponto é possível ter um alternador que gire mais rápido para mesma velocidade do motor em relação ao alternador de pólos tipo garra. Seu peso também é reduzido pois seus componentes internos tiveram suas dimensões reduzidas. Nesta construção não é mais possível visualizar a ventoinha, esta agora é montada dentro do alternador promovendo também um fluxo axial de ar de refrigeração. Entretanto, esse ar sai de dentro do alternador de forma radial. Desta forma a construção compacta do alternador possibilitou menores ruídos e desgaste de componentes como escovas e maiores velocidades.

Funcionamento:

Para que você entenda o funcionamento do alternador, é importante saber o esquema elétrico do mesmo. Na explicação abaixo citaremos diversos componentes contidos em um circuito elétrico padrão de um alternador. Confira o esquema na foto e identifique os componentes conforme a explicação abaixo.

Para ver o esquema elétrico aperte CTRL + Botão Esquerdo do mouse. Uma página em anexo abrirá. Clique na foto para poder amplia-la. Crédito foto: Carros Infoco.

Para ver o esquema elétrico aperte CTRL + Botão Esquerdo do mouse. Uma página em anexo abrirá. Clique na foto para poder amplia-la.
Crédito foto: Carros Infoco.

Parte 1 – Geração de corrente:

O funcionamento do alternador começa antes mesmo do motor entrar em funcionamento. Uma vez instalado e com o motor desligado, o alternador está sobre influência da tensão da bateria, e esta só não é descarregada devido aos diodos retificadores do retificador de tensão, que impedem que a corrente entre para o alternador e o faça de motor elétrico.

A bateria está ligada tanto ao conector D+ quanto ao conector B+, porém o conector B+ está ligado aos diodos retificadores, enquanto que o D+ está ligado as escovas. A linha do conector D+ é interrompida pelo comutador de ignição, ou seja, quando giramos a chave, estamos enviando corrente elétrica para as escovas. As escovas estão em contato com os anéis coletores, e estes estão ligados a bobina de campo. Alimentada por corrente elétrica da bateria, a bobina de campo gera campos magnéticos. A intensidade do campo magnético gerado pela bobina é proporcional ao valor da corrente da bateria e da quantidade de espiras da bobina de campo.

Como a bobina está envolta de pólos tipo garra, o campo magnético gerado pela corrente da bateria enlaça os pólos, e então as duas garras tornam-se pólo norte e pólo sul. O rotor, torna-se então um eletroímã.

Quando o motor entra em funcionamento, o eixo virabrequim em rotação aciona o alternador e este passa a girar de acordo com sua redução. O rotor, girando no interior do estator, faz variar a intensidade de seus campos magnéticos sobre as bobinas do estator, induzindo uma corrente alternada nas mesmas. A corrente é gerada no enrolamento do estator quando os pólos norte e sul do rotor passam por cada bobina. No momento em que o campo magnético norte passa através da bobina do estator, é induzida uma tensão positiva na bobina, contrariamente quando o campo magnético sul passa através da bobina do estator uma tensão negativa é induzida. Quanto maior for a velocidade que os pólos passam pelas bobinas, maior será a intensidade da corrente induzida no estator.

Como o estator possui três bobinas, e estas encontram-se defasadas em 120°, logo as tensões induzidas também possuem a mesma defasagem, sendo então uma tensão trifásica alternada. Convencionalmente as fases são chamadas de U, V e W. Portanto a corrente alternada produz pulsos negativos e positivos, caracterizando uma onda senoidal, que é iniciada em zero, torna-se positiva e logo em seguida torna-se negativa. Apesar disso, a tensão gerada é alternada, e o sistema elétrico do automóvel utiliza tensão continua, portanto essa tensão alternada precisa ser retificada.

No momento em que a tensão gerada pelo alternador alcançar um valor acima da tensão da bateria, passa a fluir através dos diodos uma corrente contínua que recarrega a bateria, e então mantendo a tensão nominal do sistema.

Parte 2 – Funcionamento dos diodos semicondutores:

Depois de gerada a tensão alternada, para que esta seja útil para o sistema elétrico do automóvel, é necessário que ela seja retificada, pois o sistema trabalha apenas com tensão contínua. Para isso são utilizados diodos semicondutores.

Os diodos estão fixados em chapas metálicas, chamadas de placa de diodos em algumas literaturas. Estas placas são polarizadas de forma oposta a polarização dos diodos, ou seja, se há diodos positivos fixados na placa, a placa estará polarizada negativamente e vice-versa. A corrente que passa pelos diodos flui apenas em um sentido, do anodo para o catodo. Em outras palavras, os diodos somente conduz corrente elétrica quando o anodo recebe um potencial positivo em relação ao catodo. Logo, quando o potencial é invertido, o anodo recebe um potencial negativo em relação ao catodo, o diodo entra em corte e não conduz corrente. Esta situação é o que justifica o fato da bateria não alimentar o alternador com sua corrente elétrica.

Quando a tensão alternada passa pelos diodos semicondutores positivos, seu estado anterior que era uma senoide, passa a ser pulsos positivos dessa tensão. Como o alternador possui três bobinas no seu estator, o que caracteriza uma saída trifásica V, U e W, e cada uma delas com seu diodo semicondutor positivo, temos vários pulsos positivos de tensão. Percebe-se então que os pulsos da senoide da tensão alternada foram severamente reduzidos, e estão muito mais próximos de uma tensão continua, o que é necessário para o sistema elétrico do veículo. Para melhorar ainda mais essa situação, utiliza-se um capacitor ligado entre a linha B+ e o aterramento do sistema. Assim, o capacitor armazena tensão elétrica no momento de subida da onda, e quando essa tensão passa a cair o capacitor descarrega e reduz ainda mais a ondulação de tensão(Fator de Ripple).

Parte 3 – Pré-excitação do alternador:

No momento no qual giramos a chave no comutador, estamos fechando contatos dentro de um circuito elétrico. Um desses contatos chama-se linha 15(para quase todos os casos), essa linha alimenta diversos consumidores com tensão da bateria, mas esta também alimenta o circuito de pré-excitação do alternador.

Ao giramos a chave, estamos enviando corrente para o circuito de pré-excitação do alternador, a corrente sai do comutador de ignição na posição 15(Ou MAR em veículos Fiat) e segue rumo a lâmpada indicadora de carga. Esta é localizada no Cluster(painel de instrumentos), e sempre apaga quando damos a partida no motor, possui 3W de potência e sua função é indicar o bom funcionamento do circuito quando energizado. Ligada em paralelo com um resistor, a lâmpada indicadora de carga e o resistor ajudam a diminuir a resistência total do circuito, e assim aumentando a corrente de pré-excitação.

Após passar pela lâmpada indicadora de carga e pelo resistor, a corrente entra pelo terminal D+. Uma vez dentro do regulador de tensão ela segue o trajeto passando pelos resistores R1, diodo D1, o transistor TR1 e finalmente chegando ao aterramento, ou seja, o negativo da bateria. A corrente chega ao TR1 pelo base-emissor, e então o transistor passa a liberar uma corrente maior no sentido coletor-emissor que leva em direção ao rotor, percorrendo sua bobina de campo e realizando a pré-excitação do alternador.

Parte 4 – Circuito de carga do alternador:

Para dar conta da carga da bateria e da demanda de energia elétrica dos consumidores do sistema, o alternador possui seu circuito de carga. Este passa a funcionar após a geração de uma corrente induzida nas bobinas do estator.

As três bobinas do estator estão ligadas ao retificador, que é composto por seis diodos, três positivos e três negativos. A tensão enviada pelas bobinas do estator é derivada da variação de fases da bobina, ou seja, em determinado momento a tensão está sendo enviada ao retificador pela geração entre as fases UW, depois geração é produzida pelas fases VW, VU, WV, UV, WU. Ainda assim, se essa tensão estiver menor que a tensão da bateria, a bateria passaria a alimentar o alternador e perderia carga, o que não ocorre devido a ação dos diodos, que bloqueiam a tensão proveniente do sentido bateria-alternador.

Parte 5 – Circuito de excitação:

Com o alternador em pleno funcionamento, não há mais pré-excitação, e a excitação da estator deve ser feita de uma nova maneira. As bobinas do estator não apenas se ligam aos diodos retificadores, mas também se ligam aos diodos de excitação, que conduzem a tensão de volta a bobina do rotor. Sabendo que a outra conexão do rotor está ligada ao transistor TR1, temos então o inverso do que ocorre no circuito de pré-excitação. A corrente passa pelo TR1 e segue para o aterramento. Como os diodos negativos também se encontram aterrados, a corrente retornar ao estator. As bobinas se excitam, o campo criado por elas induz uma tensão na bobina do rotor, e este acaba também produzir seu campo magnético induzindo novamente uma corrente nas bobinas do estator, e então o alternador continua gerando tensão para alimentar o sistema elétrico do veículo e carregar a bateria.

A tensão que passa pelos diodos de excitação, também alimentam o terminal D+, que está ligado a lâmpada indicadora de carga. Assim, com a lâmpada ligada ao D+ e o B+, temos que a ausência de variação da DDP entre seus terminais, e então a lâmpada se apaga.

Parte 6 – Regulador de tensão:

Por funcionar de acordo com a rotação do motor, é natural que o alternador tenha a tendência a produzir tensões superiores ou inferiores ao necessário para bom funcionamento do sistema elétrico. Para controlar a geração de tensão, é utilizado o regulador de tensão, um circuito dentro do alternador composto por diodo zener, transistor, capacitor e resistores.

Quando a linha D+ é energizada, a tensão chega ao resistor R2, um resistor térmico ou termistor, fundamental para regulagem da tensão em virtude da temperatura. Essa característica é o que permite ao alternador adaptar-se a diferentes condições climáticas, pois a bateria precisa de diferentes níveis de corrente de carga quando submetida a temperaturas diferentes.

O resistor R2 encontra-se me paralelo com o resistor R5, e em série com R3. Nesse circuito encontra-se também um diodo zener(Z2), e sua função função é conduzir a corrente do circuito para para o transistor TR2, o que causaria o corte de TR1, cessando a corrente na bobina do rotor, logo o campo magnético também deixaria de existir, consequentemente o terminal D+ não receberia mais tensão dos diodos de excitação.

Mas para que isso aconteça, é preciso entender o diodo zener(Z2). Este é ligado de inversa no circuito, logo passa a ser polarizado inversamente. Contudo, seu sua tensão de ruptura é baixa, menor que a do diodo comum, e uma vez que a tensão no resistor R3 alcance o valor de tensão de ruptura(tensão zener) de Z2 mais a DDP no transistor TR2, o Z2 passa a conduzir corrente para o transistor TR2 e assim obtendo o corte de TR1. Para que TR1 não superaqueça, uma resistência R4 é ligada a este afim de evitar tensões elevadas em momentos de temperatura crítica.

Uma vez que o D+ deixa de receber tensão de excitação, R3 tem seu valor tensão reduzido, Z2 volta a bloquear a passagem de tensão para TR2 e o TR1 volta a permitir a alimentação da bobina do rotor.

Manutenção e principais problemas:
Vista em corte do Alternador. Crédito foto: Livro do Automóvel

Vista em corte do Alternador.
Crédito foto: Livro do Automóvel

Em geral os alternadores são componentes altamente resistentes e duradouros, mesmo assim alguns componentes precisam ser inspecionados e, quando necessário, substituídos para que o alternador mantenha seu bom funcionamento.

Os componentes de manutenção do alternador chama-se escovas e correia. As escovas estão em direto contato com os anéis coletores, e por isso é natural que se desgastem com o uso. É importante que as escovas estejam 100% em contato com o anel coletor, e que suas molas possuam pressão suficiente para mante-las em contato com este, e caso seja verificado certo desgaste das escovas, este não pode exceder a metade de sua altura.

Correia Poly - V. Crédito foto: Livro do Automóvel.

Correia Poly – V.
Crédito foto: Livro do Automóvel.

Como os alternadores são acionados por correia, esta possui papel importante no desempenho do alternador. Seu correto tensionamento vai garantir que a correia consiga suportar as variações de torque do motor sem pular, e prejudicar o fornecimento de energia para o sistema elétrico do veículo. A correia do alternador não deve estar, em hipótese nenhuma, engraxa ou com contaminada com derivados do petróleo, e caso apresente ressecamento deve-se proceder sua troca o quanto antes.

Correia trapezoidal Crédito foto: Livro do automóvel.

Correia trapezoidal
Crédito foto: Livro do automóvel.

Nos sistemas de distribuição dos motores de combustão interna é comum escutar um ruído, muito semelhante a um “piado”, quando os componentes de manutenção desse sistema apresentam desgastes. O alternador também pode apresentar ruídos como esse, e nessa caso é o desgaste do rolamento do eixo do rotor, que por seu longo período de uso suas esferas desgastam a pista do rolamento e este começa a emitir ruídos. Em casos extremos pode haver o travamento do rolamento, impedindo o funcionamento do motor.

Teste do Alternador:

O alternador possui diversos testes para aferir seu funcionamento, estes testes já foram explicitados nesta matéria.

Dínamo:
Crédito foto: Livro do Automóvel.

Crédito foto: Livro do Automóvel.

Antecessor do alternador, o dínamo deu lugar a este devido as suas fraquezas como fornecer corrente para bateria e sistema elétrico do veículo de acordo com a rotação do motor, arrefecimento de seus componentes internos, intensidade máxima de corrente elétrica limitada e dificuldade para se atingir grandes velocidades para atender a demanda de corrente.

O dínamo funciona sobre o mesmo princípio do alternador, e até seus componentes são semelhantes, mas não possui um eficiente circuito elétrico para regulagem da tensão. Além disso o dínamo fornece tensão direta, dispensando o uso de retificadores de tensão.

Os componentes do dínamo são:

  1. Carcaça;
  2. Massas polares;
  3. Bobinas de campo;
  4. Induzido;
  5. Coletor;
  6. Escovas.

Carcaça: Fabricada em aço, aloja todos os componentes do dínamo, além de servir de mancal para o eixo do induzido.

Massas polares: Sua função é formar o núcleo magnético das bobinas de campo, são feitas em liga de ferro e silício.

Bobinas de campo: Geram o campo magnético que alimenta as bobinas do induzido, são fabricadas em fios de cobre esmaltado, e montadas em volta das massas polares.

Induzido: É um eixo no qual são montadas lâminas metálicas, e em suas ranhuras encontra-se bobinas que alimentam o anel condutor. O induzido possui a função de receber a carga das bobinas de campo.

Coletor: Sua função é transmitir a tensão elétrica, produzida pelo induzido, para as escovas. Também é formado por lâminas de cobre, mas nesse caso são isoladas entre si.

Escovas: São componentes feitos de um com uma liga a base de carvão, as escovas deslizam sobre o coletor, e também são pressionadas por molas para garantir o contato com o coletor. Sua função é servir de condutor para que a tensão gerada no indutor chegue a bateria.

Funcionamento:

O dínamo também está ligado ao motor por meio de correia, uma vez que o motor está funcionando o induzido gira em torno de seu próprio eixo de acordo com a velocidade do motor. Assim as bobinas do induzido giram e fazem o campo magnético das bobinas de campo variarem entre si. A variação do campo magnético nas bobinas de campo gera uma corrente nas bobinas do induzido, logo devido a sua ligação com o coletor, as escovas que fazem contato com este recebem a tensão proviente do induzido e enviam direto para a bateria.


Acadêmico de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Técnico em mecânica automotiva pelo Senai-CE e IFCE, certificado Six Sigma Green Belt. Profissional dedicado a área automobilística, com 8 anos de experiência no mercado automotivo, do setor de peças a qualidade em montadoras. Atualmente participa do projeto de extensão Siara Baja da Universidade Federal do Ceará.

  • José Carlos Pereira

    Anderson, você é excelente professor, tem uma didática excepcional, aula agradável.

  • EDUARDO ZANATTA

    Olá. Estou instalando um alternador bosch 45A 9120080120 do fiat prêmio 1.5 92 em minha Chevrolet C-10 1972. Aparentemente ele está carregando 13,5V já com o contato D+ ligado (luz do painel – pós chave, qual desliga ao funcionar o motor). Tenho dúvida se realmente preciso ligar o terminal B+ também, pois verifiquei que ele permanece energizado (+) sempre, mesmo com a ignição desligada.. Estou certo? Obrigado pela ajuda!

  • ótima explicação , muito boa ,me ajudou muito .!

  • Obrigado pelas informações. Foram úteis para meu apendizado, necessário pois instalei um segundo alternador, este 12v 135A, em uma scania 111s, para ter um circuito independente do original, que é 24v.

  • Estou construindo um sistema de geração eólica, partindo de um alternador automotivo, e me ocorre uma das indagação: o que ocorre se o alternador girar, ocasionalmente, no sentido inverso?

    Grato.

  • Charles Fernandes Pereira

    Caro amigo, meu nome é Charles, sou estudante de Engenharia Elétrica pelo Instituto Federal do Triangulo Mineiro, e estou a desenvolver um trabalho sobre fontes alternativas de geração de energia eletrica viaveis para o Brasil, em períodos de pequeno, medio e longo prazo. Estou com uma idéia de usar os veículos como mini usinas, e o conteúdo desta matéria me foi muito útil para dar o primeiro passo em minha pesquisa.. Pretendo desenvolver um video sobre esta pesquisa e certamente o citarei como fonte. Obrigado e parabéns pela matéria!

  • Marcio Mottta

    Parabéns pelo conteúdo bela explicação!!!!

  • Freud Xavier

    Bom dia.
    a titulo de curiosidade para o desenvolvimento de um projeto.
    Eu gostaria de saber qual a intensidade do campo magnético (representado pela letra B) de alternadores automotivos. De acordo com o seu texto “A intensidade do campo magnético gerado pela bobina é proporcional ao valor da corrente da bateria e da quantidade de espiras da bobina de campo.” teria esses valores. Desde já agradeço pela informação.

    • A corrente da bateria vem escrito na própria bateria, mas o valor da quantidade de espiras da bobina é algo que não é divulgado. Se você tiver contato com algum fornecedor de bobinas, talvez você consiga essa informação.

  • Boa tarde Professor.

    Pelo que entendi, não há imã no interior do alternador, então se bateria estiver totalmente arriada não será possível fazer o carro “pegar” no tranco!

    • Pegar no tranco não depende tanto do sistema elétrico, nesse “procedimento” você está invertendo o processo de partida do motor, as rodas passam a ser o motor de partida.

  • cleber nunes

    boa tarde! Anderson, muito bom este teu esclarecimento sobre o alternador, gostaria de saber se você ja se formou, e se poderia passar tuas informações para que eu possa citalo em meu projeto, obrigado

  • Francisco de Assis

    Bom dia!
    Anderson por favor me tira uma dúvida, o uso diurno dos faróis aumenta o consumo de combustível?

    • Sim. Cada consumidor elétrico do automóvel é uma resistência a mais ao giro do alternador. Caso você ligue os faróis, o alternador ficará um pouco mais mais “pesado” para girar, implicando em maior trabalho que o motor deverá fazer para gira-lo. Entretanto, esse resistência não é tão grande, e o consumo a mais é difícil de ser notado.

    • O que que farol tem a ver com combustível?

      • Amigo, é justamente o que o Anderson disse.
        Em função de o farol ser uma resistência a mais, é uma carga (4 Ampères cada lâmpada) a mais para o alternador. Com o alternador ficando mais “pesado”, devido às forças de campo eletromagnético, o motor deverá desempenhar uma força maior para girar o alternador (mais combustível). Mas isto deve ser muito, muito pequeno, como o Anderson também falou.

        Caso você não tenha entendido, de maneira análoga, pense num volante de direção mecânica e outro com direção hidráulica. A força que você emprega para girar o de hidráulica não é menor? No de direção mecânica, você não tem de fazer uma força extra para girar? Esta força extra seria o consumo maior de combustível, no caso do motor a girar o alternador.

        • Ai eu pergunto, tem algum veidulo que não tenha alternador?Até veiculo a diesel precisa de alternador, até avião precisa de alternador.Portanto, ele é inerente ao funcionamento do veiculo,sendo assim,o alternador gasta tanto combustivel quanto o carro para de movimentar.

  • Cara muito obrigado,ajudou bastante!!!

  • PAULO CÉSAR MAGALHAES PEREIRA

    Bom dia Anderson,
    o sistema star-stop está cada dia mais presente nos veículos nacionais, para para que esse sistema funcione há necessidade de uma bateria mais robusta, um motor de arranque mais robusto. Estima-se que a vida útil do motor de arranque do sistema star-stop dura entre 150mil e 250mil partidas . A minha dúvida é a seguinte : Qual seria a vida útil de um alternador convencional para automóvel?
    Att.,
    Paulo César

    • Difícil de te dizer, em média ele dura 100-150.000 Km. Entretanto, os problemas que ocorrem no alternado são referente as suas peças de manutenção, ou seja, as escovas. Elas se degastam com o tempo e necessitam de troca. Tudo vai depender do uso e da manutenção do automóvel.

  • Muito bom o texto! Parabéns!
    Você poderia me citar quais as fontes você se baseou para escrever esse texto? Estou fazendo uma pesquisa sobre alternadores (maquina cc + retificador+regulador), bateria e inversor. Usarei seu texto como fonte, mas estou em busca de mais referências bibliográficas. Livros e artigos, por exemplo. Muito obrigada!

  • Parabéns pelo excelente trabalho.
    Deve ter dado uma trabalheira brutal, mas o resultado foi excelente. Com certeza o melhor conteúdo sobre manutenção automotiva da net. Bem organizado e sistematizado.

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