Alternador automotivo

Peças e materiais do projeto

• Alternador automotivo (um necessário, mas dois recomendados)

Alternadores antigos podem ser adquiridos por preços baixos em pátios de demolição de automóveis. Muitos pátios possuem alternadores já retirados do automóvel, para sua comodidade. Eu não Recomendo pagar o preço total por um novo alternador, já que as unidades usadas custam muito menos dinheiro e funcionam tão bem para os fins deste experimento.

Eu recomendo usar uma marca Delco-Remy do alternador. Este é o tipo usado nos veículos da General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Um modelo específico foi produzido pela Delco-Remy desde o início dos anos 1960, com poucas alterações de design. É um muito unidade comum para localizar em um pátio de demolição e muito fácil de trabalhar.

Se você adquirir dois alternadores, poderá usar um como gerador e o outro como motor. As etapas necessárias para preparar um alternador como gerador trifásico e como motor trifásico são as mesmas.

Referências cruzadas

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 14:"Magnetismo e Eletromagnetismo"

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 10:"Circuitos CA polifásicos"

Objetivos de aprendizagem

• Para determinar os efeitos do eletromagnetismo
• Para determinar os efeitos da indução eletromagnética
• Para ilustrar a construção de máquinas eletromagnéticas reais
• Para ilustrar a construção e aplicação de enrolamentos trifásicos

Diagrama esquemático do alternador automotivo

Um alternador automotivo é um gerador trifásico com um circuito retificador embutido que consiste em seis diodos. Enquanto a polia (a maioria das pessoas chama de "polia") é girada por uma correia conectada ao virabrequim do motor do automóvel, um ímã é girado passando por um conjunto estacionário de enrolamentos trifásicos (chamados de estator ), geralmente conectado em uma configuração em Y.

O ímã giratório é, na verdade, um eletroímã, não um ímã permanente. Os alternadores são projetados desta forma para que a intensidade do campo magnético possa ser controlada, de forma que a tensão de saída possa ser controlada independentemente da velocidade do rotor.

Esta bobina magnética do rotor (chamada de bobina de campo ou simplesmente campo ) é energizado pela energia da bateria, de modo que é necessária uma pequena quantidade de energia elétrica de entrada para o alternador para que ele gere muita energia de saída.

A energia elétrica é conduzida para a bobina de campo rotativa através de um par de "anéis coletores" de cobre montados concentricamente no eixo, contatados por "escovas" de carbono estacionárias. As escovas são mantidas em contato firme com os anéis coletores por pressão de mola.

Muitos alternadores modernos são equipados com circuitos “reguladores” integrados que ligam e desligam automaticamente a energia da bateria para a bobina do rotor para regular a tensão de saída. Este circuito, se presente no alternador que você escolher para o experimento, é desnecessário e só vai atrapalhar seu estudo se for deixado no local.

Sinta-se à vontade para “removê-lo cirurgicamente”, apenas certifique-se de deixar acesso aos terminais da escova para que possa alimentar a bobina de campo com o alternador totalmente montado.

Ilustração do alternador automotivo

Instruções para o experimento

Primeiro, consulte um manual de reparo automotivo sobre os detalhes específicos do seu alternador. A documentação fornecida no livro que você está lendo agora é a mais geral possível para acomodar diferentes marcas de alternadores. Você pode precisar de informações mais específicas e um manual de serviço é o melhor lugar para obtê-las.

Para este experimento, você conectará fios às bobinas dentro do alternador e os estenderá para fora da caixa do alternador, para fácil conexão para testar equipamentos e circuitos. Infelizmente, os terminais de conexão fornecidos pelo fabricante não atendem às nossas necessidades aqui, então você precisa fazer suas próprias conexões.

Desmonte a unidade e localize os terminais para conectar as duas escovas de carvão. Solde um par de fios a esses terminais (pelo menos bitola 20 de tamanho) e estenda esses fios através dos orifícios de ventilação na caixa do alternador, certificando-se de que eles não fiquem presos no rotor giratório quando o alternador for remontado e usado.

Localize as conexões de linha trifásicas provenientes dos enrolamentos do estator e conecte os fios a eles também, estendendo esses fios para fora da caixa do alternador através de alguns orifícios de ventilação. Use o fio de maior bitola que seja conveniente para esses fios, pois eles podem transportar uma corrente significativa.

Tal como acontece com os fios de campo, encaminhe-os de forma que o rotor gire livremente com o alternador remontado. Os terminais da linha do enrolamento do estator são fáceis de localizar:os três se conectam a três terminais no conjunto do diodo, geralmente com terminais “ring-lug” soldados nas pontas dos fios.







Recomendo que você solde terminais em anel aos fios e os prenda por baixo das porcas do terminal junto com as extremidades do fio do estator, de modo que cada terminal do bloco de diodo fixe dois terminais em anel.

Monte novamente o alternador, tendo o cuidado de prender as escovas de carvão em uma posição retraída para que o rotor não as danifique na reinserção. Nos alternadores Delco-Remy, um pequeno orifício é fornecido na metade traseira da caixa e também na frente do conjunto do porta-escovas, através do qual um clipe de papel ou fio fino pode ser inserido para segurar as escovas contra a pressão da mola . Consulte o manual de serviço para obter mais detalhes sobre a montagem do alternador.

Quando o alternador estiver montado, tente girar o eixo e ouça se há sons indicativos de peças em colisão ou fios presos. Se houver algum problema assim, desmonte-o novamente e corrija o que estiver errado.

Se e quando ele girar livremente como deveria, conecte os dois fios de “campo” a uma bateria de 6 volts. Conecte um voltímetro a quaisquer duas das conexões de linha trifásicas:







Com o multímetro configurado para a função "DC volts", lentamente gire o eixo do alternador. A leitura do voltímetro deve alternar entre positivo e negativo conforme o eixo gira:uma demonstração de tensão alternada muito lenta (tensão CA) sendo gerada. Se o teste for bem-sucedido, coloque o multímetro na configuração “CA volts” e tente novamente. Tente girar o eixo lento e rápido, comparando as leituras do voltímetro entre as duas condições.

Faça um curto-circuito em qualquer um dos dois fios da linha trifásica e tente girar o alternador. O que você deve notar é que o eixo do alternador fica mais difícil de girar. A carga elétrica pesada que você criou por meio do curto-circuito causa uma carga mecânica pesada no alternador, à medida que a energia mecânica é convertida em energia elétrica.

Agora, tente conectar 12 volts DC aos fios de campo. Repita os testes de voltímetro CC, voltímetro CA e curto-circuito descritos acima. Que diferença (s) você nota?

Encontre algum tipo de carga de 6 ou 12 volts insensível à polaridade, como pequenas lâmpadas incandescentes, e conecte-as aos fios de linha trifásicos. Enrole um cabo fino ou uma corda pesada em torno da ranhura da roldana (“polia”) e gire o alternador rapidamente para que as cargas funcionem.

Se você tiver um segundo alternador, modifique-o como modificou o primeiro, conectando cinco de seus próprios fios às escovas de campo e aos terminais da linha do estator, respectivamente. Você pode então usá-lo como um motor trifásico, alimentado pelo primeiro alternador.

Conecte cada um dos fios da linha trifásica do primeiro alternador aos respectivos fios do segundo alternador. Conecte os fios de campo de um alternador a uma bateria de 6 volts. Este alternador será o gerador. Enrole a corda ao redor da polia para prepará-la para girá-la. Pegue os dois fios de campo do segundo alternador e coloque-os em curto. Este alternador será o motor:







Gire o eixo do gerador enquanto observa a rotação do eixo do motor. Tente inverter qualquer dois das conexões de linha trifásica entre as duas unidades e gire o gerador novamente. O que é diferente desta vez?

Conecte os fios de campo da unidade do motor à bateria de 6 volts (você pode conectar este campo em paralelo com o campo da unidade do gerador, através dos mesmos terminais da bateria, se a bateria for forte o suficiente para fornecer os vários amperes de corrente ambos as bobinas se juntarão). Isso magnetizará o rotor do motor. Tente girar o gerador novamente e observe quaisquer diferenças na operação.

Na primeira configuração do motor, onde os fios de campo eram simplesmente encurtados, o motor funcionava como um motor de indução . Na segunda configuração, onde o rotor do motor foi magnetizado, ele funcionou como um motor síncrono .

Leve seu alternador modificado para o próximo nível

Se você se sente ambicioso e hábil em técnicas de fabricação de metal, pode fazer sua própria plataforma de gerador de alta potência conectando o alternador modificado a uma bicicleta. Eu construí um arranjo parecido com este:







A roda traseira aciona a polia do gerador com um longo cinto em v. Este cinto também apóia a parte traseira da bicicleta, mantendo uma tensão constante quando o ciclista está pedalando a bicicleta. O gerador está suspenso em uma estrutura de suporte de aço (usei um tubo quadrado soldado de 2 polegadas, mas uma estrutura poderia ser feita de madeira). Esta máquina não é apenas prática, mas é confiável o suficiente para ser usada como uma máquina de exercícios e é barata de fazer:







Você pode ver um conjunto de três lâmpadas “RV” de 12 volts atrás da unidade da bicicleta (no canto esquerdo inferior da fotografia), que uso como carga quando ando de bicicleta como uma máquina de exercícios. Um conjunto de três interruptores é montado na frente da bicicleta, onde posso ligar e desligar cargas enquanto ando.

Retificando a alimentação CA trifásica produzida, é possível que o alternador alimente sua própria bobina de campo com tensão CC, dispensando a necessidade de bateria. No entanto, alguma fonte independente de tensão DC ainda será necessária para a inicialização, pois a bobina de campo deve ser energizada antes qualquer alimentação CA pode ser produzida.



PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de teoria do gerador AC
• Planilha de sistemas de energia polifásica