Técnica | Como funciona o sistema de carga

 
Princípios Básicos

A maioria das motos possui uma bateria, responsável por disponibilizar uma quantidade de energia necessária para o arranque e para funcionar como tampão contra as oscilações bruscas de tensão durante o funcionamento do veículo. A bateria, é carregada por um gerador accionado pelo motor, responsável pelo fornecimento de corrente que fluirá pela bateria.  Uma bateria completamente carregada, medirá em vazio nos seus bornes, cerca de 13 Vcc. Para a carregar, o gerador deverá fornecer cerca de 14.4 Vcc, que deverão ser constantes, qualquer que seja a velocidade de rotação do motor.
O gerador, localiza-se no motor, interna ou externamente e, na maioria das motos, dispõe de uma unidade rectificadora/reguladora separada, normalmente aparafusada num ponto do quadro. A razão principal para que isto aconteça, prende-se com o facto da maioria das motos serem equipadas com geradores alternados de 3 fases (trifásicos), e estas funcionarem com tensão contínua.  A parte rectificadora do rectificador/regulador, converte assim, a corrente alternada (CA) produzida pelo gerador, em corrente contínua (CC) de que a bateria necessita. O uso de geradores trifásicos em detrimento de geradores de corrente contínua, prende-se com a sua maior eficiência face aos geradores CC, permitindo carregar a bateria em qualquer regime de funcionamento do motor, inclusive ao ralenti. A parte reguladora do rectificador/regulador, é usada para regular e fixar a tensão de saída a entregar à bateria em cerca de 14,4 Vcc.

Sistema Gerador de Íman Permanente

O gerador, é capaz de produzir a energia eléctrica necessária, porque possui enrolamentos de cobre sobre um núcleo estático (estátor), que por sua vez é sujeito a um campo eléctrico variável. O gerador deste tipo mais simples, utiliza um volante magnético, que gira solidário com a cambota do motor e o qual designamos por rótor.

Fig.1: Gerador de íman permanente

Os ímanes possuem polos designados de norte e sul e o volante roda à volta do estátor. O estátor é constituído por um núcleo metálico, com inúmeros polos dispostos em estrela em seu redor, que por sua vez sustentam enrolamentos de fio de cobre. Assim que o volante comece a rodar, e porque este dispõe de ímanes no seu interior, os enrolamentos que compõem o estátor são submetidos à acção do campo magnético dos ímanes. Primeiro a um positivo, depois a um negativo, a outro positivo logo de seguida e assim sempre por diante. Esta variação constante do campo magnético, é que permite gerar tensão alternada. Os enrolamentos em si, são ligados em forma de estrêla (um enrolamento tem dois terminais e um deles em cada um dos três enrolamentos distintos, são unidos entre si), pelo que o estátor apenas dispõe de três condutores de ´ligação.

A esta configuração de gerador, foi dado o nome de gerador de íman permanente. Foi assim chamado, porque dispõe de ímanes polarizados permanentemente. A energia produzida num estátor, depende da rotação do motor (maior velocidade na variação do campo magnético, maior é a tensão disponível à saída do estátor e a força do campo magnético (que é constante). Resumindo, o estátor produz um determinado caudal de energia consoante a rotação.
A partir daqui, a tensão alternada (CA) é entregue ao rectificador, que converte a tensão produzida nas três fases, numa tensão contínua (CC) de 14,4V, através de dois terminais, um positivo (+) e um negativo (-). Porém. uma vez que o valor da tensão gerada no estátor depende da rotação do motor, esta é, quase sempre muito elevada. Isto significa que o nível da tensão disponível aos bornes do rectificador, é muito acima dos 14,4V necessários para carregar a bateria, o que resultaria numa sobrecarga da bateria e a sua destruição, bem como a de muitos componentes eléctricos preparados para funcionar num intervalo de tensões compreendido entre 12 e 15 Vdc.
Daí a necessidade da parte de regulação. O regulador comum (ou shunt), mede constantemente o valor entregue pelo rectificador aos bornes da bateria e deriva para a massa, uma porção da tensão produzida pelo estátor. Esta acção é contínua, pelo que a saída do rectificador/regulador (cujo nível ideal deveria ser igual à tensão medida nos bornes da bateria), seja regulada permanentemente em 14,4 Vdc. Esta configuração de gerador, não é eficiente, mas é simples e duradoura, o que explica a sua utilização ao longo dos anos, até mesmo nos dias de hoje. Um dos problemas deste sistema é o curto-circuito à massa da energia excedente produzida pelo estátor, energia essa que é transformada em calor, o que significa que por vezes, o rectificador/regulador aquece demasiado. Este excesso de calor é maioritariamente produzido pelo regulador, mas também pela corrente que flui pelos díodos rectificadores. Para minimizar este efeito, o rectificador/regulador deve obedecer a uma construção esmerada, ser bem dimensionado e requer uma preocupação acrescida no processo de transferência do calor gerado nos componentes internos para o dissipador externo. Este é o ponto mais importante a ter em conta no desenho de rectificadores/reguladores, para funcionarem com geradores de íman permanente.
O regulador em si, necessita medir a tensão CC algures na instalação eléctrica. Nas unidades de construção mais barata (mas também em muitas OEM), isto não é conseguido medindo a tensão DC, mas sim medindo a tensão CA entre o extremo de um dos enrolamentos do estátor e, por vezes, o excesso de energia é curto-circuitado à massa por apenas uma, ou mesmo duas das três fases. Nas unidades de maior qualidade, a tensão CC é medida na saída e a regulação é efectuada curto-circuitando as três fases simultaneamente à massa.

Fig.2 : Gerador de íman permanente

Algumas unidades possuem um condutor extra para ‘apalpar’ a tensão CC. Este condutor, normalmente é ligado a jusante no circuito, depois do corte-geral da ignição e não directamente à bateria. Desta forma, apenas fluirá tensão por esse condutor, quando a ignição estiver ligada. Pelo condutor adicional circula uma corrente muito baixa e o resultado de uma configuração deste tipo é que a tensão de saída do rectificador/regulador será mais elevada, ou seja, igual ao valor da queda de tensão CC acrescida de 14,4 Vdc. Isto tem a vantagem de que a bateria será carregada mesmo na presença de um conector ou condutor defeituoso, mas também a desvantagem dos condutores de maior corrente poderem arder, sem que o utilizador se aperceba a tempo, da existência de uma qualquer anomalia no circuito eléctrico. Uma coisa a ter em mente é que a saída de energia fornecida pelo estátor é entregue entre as fases do enrolamento do estator. A massa do circuito é a saída negativa do retificador. A parte CA do sistema trifásico é flutuante a partir da massa. Isto significa que para testar a saída AC, a medição deve ser efectuada entre duas das três fases, e não entre uma fase e massa.

Gerador Controlado pelo Campo

Um outro sistema de carga e regulação utilizado em motos é o gerador controlado pelo campo eléctrico. O funcionamento do sistema é basicamente semelhante ao do gerador de íman permanente, tendo como a principal diferença, a inexistência de ímanes permanentes. No seu lugar, existe um electroíman que proporciona o magnetismo necessário, o qual é normalmente apelidado de campo eléctrico. O electroíman é um grande e único enrolamento de cobre sobre um núcleo metálico, que é magnetizado assim que pelo enrolamento flua uma tensão contínua proveniente da bateria. O sistema é similar ao utilizado nos automóveis. Na maioria destes sistemas controlados por campo, o núcleo metálico possui dois polos e dois anéis deslizantes. O conjunto gira solidário com a cambota, em redor do estátor (tal como o estator de iman permanente).

Fig.3 : Campo comutado

A regulação é levada a cabo pelo regulador, que ‘apalpa’ a tensão num ponto do sistema eléctrico da moto e, sempre que a tensão baixe dos 14,4Vdc, ele liga o campo eléctrico, obrigando o estátor a produzir energia para carregar a bateria. Assim que a tensão atingir os 14,4 Vdc, o regulador desactiva o campo eléctrico e a bateria deixa de carregar. Assim que a tensão da bateria baixar aos 14,2Vdc, o ciclo repete-se.
Este processo é contínuo e o resultado é uma tensão constante entre os terminais da bateria de 14,4Vdc, sem que o estátor produza energia em demasia e sem o aquecimento produzido nos geradores de íman permanente.

Gerador autónomo de campo controlado

A última variante do sistema de carga para motos, é o sistema utilizado normalmente nos automóveis, uma unidade autónoma que é aparafusada externamente ao motor e é accionada por uma polia e correia auxiliar. Possui um rectificador integrado, bem como um regulador, exactamente como um gerador automóvel. As únicas ligações eléctricas de que dispõe, são o terminal positivo para a bateria (+), uma alimentação para o regulador proveniente da ignição, pelo que o regulador poderá ser ligado ou desligado, sempre que o veículo não se encontre em funcionamento e, através dele poderá ‘apalpar’ a tensão presente no sistema eléctrico da moto. Por vezes, há um terceiro condutor presente, tratando-se de uma ligação à massa, a ligar ao chassis, ou ao terminal negativo (-) da bateria. Uma vez que o rectificador e o regulador se encontram no interior do gerador, a tensão emanada para o exterior é apenas contínua (14,4 Vdc).

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