Alternador de automoción

Modelo, supuestos y simplificaciones del simulador. Para preparar la clase y saber hasta dónde fiarse de los números.

Del circuito de cebado al régimen de trabajo. Situaciones con «Qué observar» y enlace directo (#cebado, #arranque, #ralenti, #consumo, #carretera, #sinlampara, #led, #escobillas, #regcorto, #regabierto, #diodo, #correa, #desconexion, #bateriabaja). Una tarjeta de fase siempre visible explica qué ocurre y por dónde va la corriente.

Pestañas

Circuito: esquema animado con batería, motor de arranque, llave, lámpara del cuadro, consumidores y el interior del alternador (estátor en estrella, seis diodos de potencia, tres de excitación, regulador y rotor con escobillas).
Por dentro: rotor de garras girando despacio, ondas de las tres fases, tensión rectificada y diodos que conducen en cada instante.
Gráficas: tensiones, corrientes y excitación; osciloscopio en DF; curva característica a 14 V con el punto de trabajo.
Desmontaje 3D: diez pasos de taller con lo que se quita y lo que se comprueba en cada uno. Montado y funcionando, se ve el campo en las garras y los diodos que conducen. Piezas de dibujo, no de un alternador concreto.

Modelo

Paso de cálculo de 0,2 ms.
E (rectificada en vacío) = 0,0156·n·Φ, con n las rpm del alternador. Φ = 0,015 + 0,985·tanh(If/1,5 A); 1,5 % de remanente.
Salida: E² = (U + 1,5 + 0,198·I)² + (X·I)², con X = 0,164 mΩ/rpm. Empieza a cargar hacia 1100 rpm; 58 A a 2240 rpm (ralentí con relación 2,8), 85 A a 5000 y unos 93 A como máximo.
D+ por los diodos de excitación; el nudo D+ reparte la corriente de la lámpara y la de los diodos de excitación entre el rotor y el regulador.
Rotor de 3,4 Ω y 0,5 H (τ = 147 ms). Transistor a masa con 0,8 V; diodo de libre circulación 0,7 V.
Regulador de dos posiciones que mide D+ con ±0,05 V sobre la consigna; conmuta a unos 30–90 Hz a ralentí.
Lámparas: bombillas de 1,2, 2 y 3 W, LED y LED con resistencia en paralelo.
Batería de 60 Ah: E₀ = 11,9 + 0,85·carga, con resistencia interna que depende de la carga.
Consumidores como resistencias a 13,5 V: cruce 130, luneta 160, ventilador 150, asientos 200, limpiaparabrisas 60, radio 20, antiniebla 110 W; centralita 120 W con el contacto.

Resultados comprobados (relación de poleas 2,8)

Cebado con lámpara de 2 W: 0,144 A, D+ a 1,3 V. Autoexcitación desde unas 600 rpm de motor (1,2 W: 850; 3 W: 450; LED solo: 2200; lámpara fundida: 3400).
Ralentí con todo encendido: 61 A y 12,6 V, la batería se descarga 5 A. A 2500 rpm vuelve a cargar.
Regulador en corto: 17,3 V. Batería desconectada cargando a 3000 rpm: pico de unos 26 V.
Escobillas gastadas o regulador cortado: la lámpara no se enciende con el contacto.

Lo que no se modela

Temperatura y compensación térmica, regulador multifunción (LIN), sensado por B+, caída en cables, rizado real, diodo de potencia en cortocircuito y fallos de aislamiento.