Como já comentei, alternadores modernos possuem diodos retificadores Zener que além de cumprir a função de retificar a corrente alternada gerada, também protege os componentes elétricos do veículo contra picos de tensão causados pelo desligamento de uma carga (load dump).
Funcionamento do retificador:
Para simplificar vamos analisar somente uma fase do alternador trifásico.
 |
| funcionamento do retificador do alternador |
Durante o primeiro semiciclo (indicado em vermelho) da tensão CA gerada pelo alternador os diodos DZ2 e DZ3 estão polarizados diretamente colocando este pulso na saída B+/B-, enquanto que os diodos DZ1 e DZ4 com polarização reversa não conduzem corrente. Durante o semiciclo seguinte (indicado em azul) as condições de condução dos diodos se invertem, de maneira que a pulsação é colocada na saída com mesma polaridade. Esta operação é denominada retificação, e ainda que haja pulsação da corrente a polaridade é inalterada.
Proteção "Load dump":
Ao ligar um consumidor, a magnetização do rotor do alternador é aumentada para suportar a carga e manter estável a tensão gerada. Entretanto, no momento da interrupção da corrente elétrica de carga a energia magnética no rotor se torna excedente, associado a indutância e a lenta capacidade de reação à mudança de carga, provoca um breve, porém significativo aumento da tensão gerada. Este é o episódio a que se denomina o termo "load dump".
É aí que o diodo zener entra em ação, para exemplificar vamos considerar que a tensão direta do diodo é cerca de 0,7 Volts e a reversa (zener) de 25 Volts.
 |
| Proteção contra load dump no alternador |
Tomando como referência a figura acima, a tensão excedente gerada ao desligar a carga será limitada a:
U gerada pelo alternador = Udireta DZ2 + U zener DZ1 ou U zener DZ4 + U direta DZ3
Com base no valor exemplificado, aproximadamente 25,7 Volts.
O fluxo de corrente em cada ramal depende da semelhança dos componentes usados e evidentemente da resistência elétrica de contato das conexões. O ramal que oferecer maior barreira de tensão/resistência de contato irá conduzir um fluxo menor de corrente ou mesmo permanecer inoperante caso a diferença seja relevante.
Os diodos devem ser selecionados para obter a maior similaridade possível, do contrário o desempenho do conjunto será afetado negativamente. Dado a falta de componentes para reparo, o retificador deve ser substituído por completo. Entretanto, preste atenção à compatibilidade de tensão do retificador com o alternador em questão, pois são diferentes no caso de sistema 12 ou 24 Volts.O retificador também prestará a proteção adicional contra os transientes de alta tensão positivos (spikes) originados no chaveamento de cargas indutivas como: bobina de ignição, relê, injetores, solenóides, entre outros, serão limitados pela barreira de tensão formada pelo ramal série DZ1, DZ3 atuando em paralelo com os demais ramais, como se vê na figura a seguir:
 |
| Limitando spikes no sistema elétrico veicular |
U limite de picos positivos = 2 x UZ = aproximadamente 50 V com a tensão zener de 25 Volts.
Em termos práticos a tensão dos diodos zener para alternadores de 14 V é de 25 a 30 Volts e para os alternadores de 28 V é de 50 a 55 Volts, referenciados em literatura técnica da Bosch. Como publicado em meu blog, o valor exato pode ser obtido por medição na placa, recomendável em caso de dúvida na aplicação do componente.
saiba mais:
Olá .
ResponderExcluirDiante dessa nova configuração que os fabricantes dizem ser diodos zener usado na retificação nos alternadores, fiquei sem entender alguns aspectos, mesmo porque falta, ou eu não tenho conhecimento de tais publicações técnicas mais detalhadas. Vejamos as minhas considerações.
1- Falando do ponto de vista de custo em produção em série, um diodo zener custa muito mais caro que um tradicional diodo retificador.
2- Fiquei em dúvida quanto o tal propalado efeito "load dump" ou aumento de tensão. Vejamos as minhas considerações usando a corrente convencional.
Numa retificação senoidal, o zener se comporta como um diodo retificador comum. De anodo para catodo conduz apenas os pulsos positivos. De catodo para anodo apenas os pulsos negativos.
3- Não importando se é monofásico, bifásico ou trifásico, se aumentarmos a tensão senoidal a mesma será aumentada após a retificação em DC pulsante. É justamente aqui que fiquei na dúvida, oras, se o zener estiver polarizado como retificadores, ele não faria nada para estabilizar essa tensão conforme sugere o seu artigo. Como sabemos, a principal função de um zener é de estabilização de tensão, mas, para isso tem que estar polarizado reversamente e com um resistor limitador.
4- Com relação à proteção adicional contra os transientes de alta tensão positivos (spikes), também me deixou em dúvidas, já que essa incidência se ocorrer, vai ocorrer depois da retificação em DC pulsante, e pelo meu ponto de vista os zener não terão função nestes casos como estão descrito no texto
5- Seria um diodo zener com alguma alteração diferente da proposta pelo cientista Clarence Zener?
6- Também se fala muito em efeito de avalanche do zener. Até ai tudo bem, mas até onde eu entendo esse efeito tem a ver quando o mesmo está trabalhando na função de estabilização, com polarização inversa e com seu devido resistor limitador e, até agora os esquemas divulgados se referindo a alternador os mesmo se encontra na função simples de retificação.
7- Talvez por uma publicação mais avançada e com esquema eletrônico real da parte interna do alternador poderia me tirar mais conclusão. Vejo também, que muitas publicações da área automotiva não contemplam um entendimento técnico melhor, haja visto que a distância que separa a eletrônica do eletricista automotivo é muito grande.
Resumindo, ate onde li nas resumidas publicações na internet e analisando os diagramas ilustrando as matérias deixou em duvidas se na tal configuração os diodos zener teria as funções de "load dump" e spikes. Aliás, para esse último, a área de máquinas agrícolas tem usado os chamados genericamente de TVSS proteção contra transiente e surtos de tensão que são uma espécie de varistores mais “esperto” que os tradicionais tipo disco e, com a vantagem de poder escolher a polarização. Esse tipo é parecido com um diodo, alguns fabricantes até usa o termo diodo e para complicar a vida de quem não é muito chegado à eletrônica até anel de indicador de catodo possui. Na verdade esse anel indica que o componente só pode ser usado em VDC, portanto nada de catodo e sim polarizar corretamente.
Nos links abaixo encontra seus respectivos datasheets de TVSS.
http://www.datasheetcatalog.net/pt/datasheets_pdf/1/5/K/1.5KE47CA.shtml
Abraço
José
José suas argumentações são excelentes. Para muitos é preciso algo mais para convencer, eu diria que algumas experiências simples vão te ajudar. O diodo zenner também é usado como ceifador de picos de tensão, ele curtocircuita os picos de tensão gerados por cargas indutivas, e a energia é liberada em forma de calor (resistência interna dos diodos que obviamente suportam o surto de corrente momentâneo. É uma aplicação comum em muitos transistores de potência, colocados entre base e emissor. O chaveamento de qualquer bobina (indutor) gera voltagens elevadas (lei da indução eletromagnética) os diodos zenneres simplesmente limitam esta tensão ao nível desejado no projeto. No alternador a variação de cargas no estator geram tais picos que serão retificados por um par de diodos e limitados por outro par que não participa da retificação neste ciclo, polarizado reversamente este outro par de diodo faz a proteção curtocircuitando a tensão que excede o valor zenner. Da mesma forma picos gerados por reles, por exemplo, no circuito serão eliminados pelos diodos aqueles que superem a barreira zenner. Monte um retificador com diodo zenner de 6,2 volts e ligue na saída de um transformador com tapes de 3, 6 , 12 volts (coloque um resistor em série para limitar a corrente no máximo do zenner que usar)meça a tensão com cada uma da tensão verá que o zenner vai limitar a tensão. Como você comentou, no alternador não há resistor adicional o zenner tem capacidade para suportar os surtos de corrente que são de curta duração, da ordem de microssegundos. Quanto a suas dúvidas, é simples, fabricantes de alternadores não usaria diodos tão caros se não dessem resultados, além disso já veículos com unidades eletrônicas queimadas devido o eletricista tirar um alternador com este diodos e colocar um antigo com retificador comum. Com a finalidade de alertar sobre o mal desta prática é que fiz a matéria.
ResponderExcluirGostei do artigo e dos comentários, acatei todas essas informações e vou tirar prova.
ResponderExcluirTenho lido e estudado vossos comentários que me têm sido muito úteis,sou mecãnico de profissão não técnico de electrónica mas como estou em África Moçambique em pleno mato as coisas aqui se tornam bastante difíceis, na aquisição de componentes e electrecistas mínimamente capazes,por essa razão peço vossa melhor compreensão para o seguinte : qual a possibilidade de eu fabricar pontes retificadoras de 12 V e 24 V com diodos zener para montagem externa ou seja tirando para fora as três fases dos alternadores, caso possível quais os diodos zener ou ponte reftificadora devo adquirir para 12 V e 24 V. Ou seja fazer um (chanato)uma vez que aqui vale de tudo é preciso é que o carro ande e carregue as baterias, desde já o meu obrigado menezesalves.
ResponderExcluirdesde que encontre diodos zener para 12 e 24 Volts e na corrente compatível com o alternador é perfeitamente possível. Vc encontra tais peças para comprar?
Excluir