Manual Sistema Carga

Lección 2: Sistema de Carga

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Introducción

El sistema de carga convierte la energía mecánica del motor en energíaeléctrica para cargar la batería y suministrar corriente para operar lossistemas eléctricos de la máquina. Esta lección explica el sistema decarga y describe sus componentes. También se verán las pruebas delsistema de carga.

Objetivos

Al terminar esta lección, el estudiante podrá:

Demostrar que conoce la operación del sistema de carga seleccionandolas respuestas correctas a las preguntas realizadas en un examen deescogencia múltiple.

Dados un equipo de capacitación o una máquina y las herramientasapropiadas, hacer las pruebas al circuito de carga y respondercorrectamente las preguntas de la práctica correspondiente.

Dados un alternador y un multímetro digital, hacer las pruebas a loscomponentes eléctricos del alternador en el banco de pruebas yresponder correctamente las preguntas de la práctica correspondiente.

Material de referencia

Probando el alternador del motor (Video) SEVN1591Analizador de sistemas de arranque y carga 6V2150 SEVN9165Sistemas de arranque y carga de máquinas equipadascon conector de diagnóstico SENR2947Artículo de Información Técnica “Prueba de salida delalternador/generador del motor”, mayo 4 de 1987

Herramientas

Multímetro digital 9U7330Amperímetro de inserción CA/CC 8T0900Suministro de energía CC variable 0 - 30 V CC

http://www.maquinariaspesadas.org/

Circuitos de carga CA y CC

El sistema de carga recarga la batería y produce la corriente durante laoperación. Hay dos clases de circuitos de carga:

- Circuitos de carga CC, que usan generadores.

- Circuitos de carga CA, que usan alternadores.

Ambos circuitos generan corriente alterna (CA). La diferencia está en elmodo en que convierten la corriente alterna (CA) en corriente continua(CC). Los circuitos de carga CC tienen un generador y un regulador.

El generador suministra la energía eléctrica y rectifica la corrientemecánicamente usando conmutadores y escobillas.

El regulador tiene tres funciones: abre y cierra el circuito de carga,previene la sobrecarga de la batería y limita la salida de los generadoresa valores seguros.

Los circuitos de carga CA incluyen un alternador y un regulador. Elalternador es realmente un generador de CA. Este produce corrientealterna al igual que el generador, pero rectifica la corriente usandodiodos. Los alternadores son generalmente más compactos que losgeneradores de igual salida y suministran una corriente más alta avelocidades bajas del motor.

El regulador de un circuito de carga de CA limita el voltaje delalternador a un nivel seguro determinado. La mayoría de los circuitos decarga modernos usan modelos transistorizados.

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Fig. 4.2.1 Circuitos de carga

Unidad 4 4-2-2 Fundamentos de los Sistemas EléctricosLección 2


Operación de los circuitos de carga

Los circuitos de carga operan en tres estados:

- Durante el arranque de la batería, suministran toda la corriente decarga.

- Durante operaciones máximas, la batería ayuda al generador (oalternador) a suministrar corriente.

- Durante la operación normal, el generador (o alternador) suministratoda la corriente y recarga la batería.

En ambos circuitos de carga, la batería inicia el circuito al suministrar lacorriente al motor de arranque para arrancar el motor (figura 4.2.2,diagrama superior). El motor impulsa el generador (o alternador), el cualproduce la corriente de las operaciones de encendido, luces y cargasaccesorias del sistema total.

El diagrama del centro de la figura 4.2.2 muestra que la batería tambiénsuministra corriente durante la operación máxima, cuando las cargaseléctricas son muy altas para el generador (o alternador).

Una vez que el motor arranca, el generador (o alternador) proporciona lacorriente a los sistemas eléctricos de la máquina (figura 4.2.2, diagramainferior). El generador suministra la corriente todo el tiempo que elmotor esté funcionando por encima de la velocidad en vacío. Cuando elmotor está a la velocidad en vacío o parado, la batería asume parte de lacarga o toda la carga. Sin embargo, el alternador continuarásuministrando corriente durante el funcionamiento del motor envelocidad en vacío.

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ALT+ R

Fig. 4.2.2 Circuito de carga en operación



Generadores

Se verán brevemente los generadores en los circuitos de carga de CC. Elgenerador se encuentra en algunas máquinas de los modelos antiguos.Para dar servicio a estas máquinas, usted debe tener conocimiento decómo funciona el sistema de carga básico. La mayor parte de estalección se enfocará en los circuitos de carga de CA, los cuales hanreemplazado los circuitos de carga de CC en las máquinas de modelosmás recientes.

El generador produce energía eléctrica usando inducciónelectromagnética. La inducción electromagnética se usa para generarelectricidad en el sistema de carga. La inducción electromagnéticaocurre cuando hay un movimiento relativo entre un conductor y uncampo magnético. A medida que el conductor se corta a través delcampo, se induce un voltaje en el conductor. Este voltaje causa un flujode corriente si el conductor está conectado al circuito. La salida dependede la fuerza del campo magnético, de la velocidad a la que el campomagnético se corta y del número de conductores que cortan el campo.

El generador básico tiene dos componentes:

- Inducido--bucle de cable que gira (conductor).

- Polos magnéticos-- campo magnético estacionario.

A medida que el inducido gira en el campo magnético de los polos, seproduce un voltaje. Los extremos del bucle del inducido se conectan aun anillo de dos piezas llamado conmutador. Las escobillas tocan elconmutador y los cables conectan las escobillas a la carga. La corrientefluirá ya que el circuito se completa. Para asegurar una corriente fuerte yun flujo apropiado, los cables se enrollan alrededor de los polosmagnéticos y se conectan a las escobillas. El cableado se llama circuitode campo del generador.

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Fig. 4.2.3 Generador básico



B

B

ANSS N

A

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Fig. 4.2.4 Cambio de polaridad

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Fig. 4.2.5 El generador convierte CA en CC

El conmutador y las escobillas permiten que la corriente alterna fluya ala carga en la misma dirección. Dos veces durante cada rotación, elinducido está en posición vertical al campo magnético como se muestraen la figura. El bucle del inducido no está pasando a través del campo yno se genera voltaje en este punto. Este es el punto neutral estático.

En este punto, el generador básico produce una corriente alterna, debidoa que el inducido invierte la polaridad de la corriente y cambia ladirección del flujo de corriente en cada lado del bucle a medida que éstegira.

Durante la primera mitad de la revolución, la parte superior del lado Adel inducido corta primero el campo magnético, mientras que la parteinferior del lado B lo sigue. La corriente fluye hacia el lado A y sale dellado B. La teoría convencional (+ a -) nos da la polaridad mostrada "+"para A y "-" para B.

Durante la segunda mitad de la revolución, la parte superior del lado Bes el borde que va primero, mientras que la parte inferior del lado A lasigue. Ahora B es "+" mientras que A es "-". El extremo del bucle delinducido invierte la polaridad durante cada revolución y el resultado esuna corriente alterna.



Fig. 4.2.6 Regulador de voltaje

Los sistemas de corriente continua automáticamente proporcionan máscorriente de campo a medida que aumenta la salida del generador. Esteaumento de la corriente de campo producirá un aumento en la salida delgenerador. Si la corriente se deja sin regular, el aumento continuoresultará en niveles de corriente y voltaje que dañarán el generador, otroscircuitos eléctricos y la batería.

El generador no puede controlar la cantidad de voltaje que produce. Portanto, en el circuito de campo se usa una unidad externa llamadaregulador de voltaje. Este tiene una bobina en derivación y puntos decontacto para controlar la fuerza del campo magnético, que limitan deeste modo el voltaje generado.

Alternador

Un alternador opera según el mismo principio de un generador. Esteconvierte la energía mecánica en energía eléctrica. El alternador puedellamarse generador de CA. La diferencia entre el generador y elalternador está en el modo en que el alternador rectifica la corrientealterna a corriente continua. El alternador rectifica la corrienteelectrónicamente usando diodos.

Los alternadores son generalmente más compactos que los generadores ypueden suministrar una corriente más alta a velocidades bajas del motor.Como las máquinas de modelos recientes incluyen muchos accesorioseléctricos, el alternador puede proporcionar mejor la salida de corrienteen este aumento de cargas eléctricas.

El conmutador se divide en dos piezas con las áreas abiertas, quecoinciden con los puntos neutrales del inducido como se muestra en lafigura. Esto significa que, a medida que el conmutador pasa por lasescobillas, hay un espacio de aire. Pasando este punto, la otra mitad delconmutador toca las escobillas. Debido a que la bobina está en la mismaposición relativa, al igual que en la revolución una y media anterior, lacorriente que fluye a las escobillas permanece en la misma dirección. Elresultado es una corriente continua.



En el alternador, el campo magnético gira dentro del bucle de cable. Estecampo magnético giratorio es generado por un rotor. El bucle de cableestacionario es el conductor.

Las líneas magnéticas de fuerza se mueven a través de los conductores einducen el flujo de corriente. Como los conductores son estacionarios,pueden conectarse directamente sin el uso de escobillas. Esto reduce eldesgaste y el calor.

El voltaje se induce en un conductor cuando un campo magnético semueve a través del conductor. Por ejemplo, considere un imán en barracon su campo magnético que gira dentro de un bucle de cable. Con elimán que gira dentro del bucle de cable, y con el polo S del imándirectamente debajo de la parte superior del bucle y el polo Ndirectamente sobre la parte inferior del bucle, el voltaje inducido haráque la corriente fluya en el circuito en la dirección mostrada en la figura.Como la corriente fluye del positivo al negativo a través del circuitoexterno o carga, el extremo del bucle de cable marcado “A” será el depolaridad positiva y el extremo marcado “B” el de polaridad negativa.

Después de que el imán de barra se ha movido a través de unarevolución y media, el polo N se habrá movido directamente bajo laparte superior del conductor y el polo S directamente sobre la parteinferior del conductor. El voltaje inducido ahora hará que la corrientefluya en el sentido opuesto. El extremo del cable en bucle marcado “A”será ahora el de polaridad negativa, y el extremo marcado “B” el depolaridad positiva. La polaridad de los extremos del cable ha cambiado.Después de la segunda una revolución y media, el imán de barraregresará al punto inicial donde “A” es positivo y “B” es negativo.

En consecuencia, la corriente, a través de la carga o del circuito externo,fluirá primero en un sentido y luego en el otro. Esta es corriente alternaproducida por el alternador.

A

B

A

B

A

B

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Fig. 4.2.7 Operación del alternador básico



Cómo se induce el voltaje

Un imán de barra que gira dentro de un bucle de cable simple producemuy poca cantidad de voltaje y corriente. Cuando el bucle de cable y elimán se colocan dentro de un bastidor de hierro se crea un entrehierroconductor en las líneas de fuerzas magnéticas. Como el hierro conduceel magnetismo fácilmente, al añadir el bastidor de hierro aumenta engran medida el número de líneas de fuerza entre los polos N y S.

En el centro de la punta de imán hay un gran número de líneasmagnéticas de fuerza. Por tanto, existe un campo magnético fuerte en elcentro del imán y un campo magnético débil existe en los bordes deentrada y de salida. Esta condición resulta cuando el espacio de aireentre el imán y el bastidor de campo es más grande en los bordes deentrada y de salida que en el centro del imán.

La cantidad de voltaje inducido en un conductor es proporcional alnúmero de líneas de fuerza que cortan el conductor en un período dadode tiempo. El voltaje también aumentará si el imán de barra gira másrápido debido a las líneas de fuerza que cortan el cable en un período detiempo más corto.

El imán que gira en un alternador se llama rotor y el conjunto del buclede cable y el bastidor se llama estator.

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Fig. 4.2.8 Líneas magnéticas de fuerza



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N

A1A B1B C1C

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0° 120° 240° 360°

120° 120°90° 30°

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C1

A1B1

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CA1

B1

A

C1

B

Fig. 4.2.9 Voltaje de bucle

BA CB AC

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AC1 A1B

B1C

AC1

B1C

A1B

Fig. 4.2.10 Voltaje de fase--Estator en estrella

Cuando los extremos de los bucles de cable marcados A1, B1 y C1 estánconectados a los extremos marcados B, C y A respectivamente, se formaun estator básico de devanado “en estrella” trifásico (figura 4.2.10). Lostres voltajes CA (BA, CB y AC) disponibles del estator de devanado enestrella son idénticos a los tres voltajes explicados anteriormente.

En la figura 4.2.9 se ilustra cómo se produce voltaje de CA en unalternador básico cuando un bucle de cable simple actúa como undevanado de estator y un imán de barra actúa como rotor. Cuando otrosdos bucles de cable separados, espaciados 120 grados, se añaden anuestro alternador básico, se producen otros dos voltajes separados.

Con el polo S del rotor directamente debajo del conductor A, el voltajede A será máximo en magnitud y en polaridad positiva.

Después de que el rotor ha girado 120 grados, el polo S estarádirectamente debajo del conductor B y el voltaje de B será máximo ypositivo. Después de otros 120 grados, el voltaje de C será máximo ypositivo. Los voltajes positivos máximos de A, B y C en cada bucle decable ocurren cada 120 grados. Estos voltajes de bucle también semuestran en la figura 4.2.9.



Cuando los extremos de los bucles de cable marcados A1, B1 y C1 seconectan entre sí, se forma un estator básico de devanado en “Y”,trifásico (figura 4.2.11). Cada uno de esos voltajes es el resultado de lasuma de los voltajes de dos bucles de cable. Están disponibles tresvoltajes de CA espaciados 120 grados del estator Y.

En los devanados en estrella, cada uno de los devanados individuales seconecta al extremo de otro devanado (figura 4.2.10). Esto creaconexiones en paralelo en el estator en estrella que generalmentepermiten una salida de corriente más alta que en el estator con devanadoen “Y”. En el estator con devanado en “Y”, los devanados estánconectados para formar pares de conexiones en serie (figura 4.2.11). Lasconexiones en serie generalmente proporcionan voltajes más altos perosalidas de corriente más bajas que en los estatores con devanado enestrella.

Para aumentar la salida del alternador son necesarias algunasmodificaciones al modelo básico:

- Aumento del número de conductores en cada uno de los devanadosde fase.

- Aumento de la fuerza de los campos magnéticos.

- Aumento de la velocidad de rotación.

- Generación de campos magnéticos.

AB

C

A1B1C1

A B

C

C1A1

B1

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BA CB AC

Fig. 4.2.11 Estator en "Y" - Voltaje de fase



A B

B1

A1 C1

C

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Fig. 4.2.12 Rectificación trifásica

Rectificación de la corriente con estator devanado delta o “Y”

Aunque el alternador parece completo, la corriente generada aún esalterna. El sistema eléctrico requiere corriente continua. Para que lasalida del alternador sea útil, la corriente debe transformarse de CA aCC.

El dispositivo ideal para esta tarea es el diodo. Los principios defuncionamiento de los diodos se vieron en la unidad 3. El diodo escompacto, conduce la corriente sólo en un sentido y puede instalarsefácilmente en la caja del alternador.

Los diodos se usan normalmente en el alternador en dos grupos de tresdiodos. Como hay tres fases o devanados en el alternador, se requierentres diodos positivos y tres negativos. En los sistemas que requieren unasalida más alta, pueden necesitarse más diodos.

Una batería conectada al terminal de salida CC restablecerá su energía amedida que el alternador le proporcione corriente de carga. La acción debloqueo de los diodos evita que la batería se descargue directamente através del rectificador.



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1 3 5

BA CB AC

A1A B1B C1C

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8

16

8

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Fig. 4.2.13 Estator "Y" - Voltaje de fase

A

B

A

B

BA BA

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BA BA

Fig. 4.2.14 Período 1 del estator "Y"

Durante el período 1, el máximo voltaje inducido aparece en el terminalBA del estator. Esto significa que la corriente fluye de B a A en eldevanado del estator durante este período, y a través de los diodos, comose muestra en la figura 4.2.14.

Supongamos que el voltaje de fase máximo desarrollado de B a A es de16 voltios. Esto significa que el potencial en B es de 0 voltios y elpotencial en A es de 16 voltios. De manera semejante, de las curvas devoltaje, el voltaje de fase de C a B en este instante es de 8 voltiosnegativos. Esto significa que el potencial en C es de 8 voltios, ya que Ca B, u 8 a cero, representa 8 voltios negativos. En este mismo instante, elvoltaje de fase de A a C es también de 8 voltios negativos, ya que A a C,o 16 a 8, representan 8 voltios negativos. El potencial de voltaje semuestra en la figura 4.2.13.

Para propósitos de la explicación, en la figura 4.2.13 las tres curvas devoltaje de CA que proporciona el estator tipo “Y" se han dividido en seisperíodos. Cada período representa la sexta parte de una revolución de unrotor, o 60 grados.



El voltaje obtenido de la combinación estator- rectificador, cuando estánconectados a la batería, no es perfectamente plano pero sí es tanuniforme que la salida puede considerarse voltaje de CC sin variación.El voltaje se obtiene de las curvas de voltaje de fase, como se muestraen la figura 4.2.15.

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Fig. 4.2.15 Salida de corriente continua

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Fig. 4.2.16 Estator en estrella y voltaje de fase

Un devanado de estator tipo estrella para proporcionar la misma salidade un estator “Y” también proporcionará una salida de voltaje ycorriente uniforme cuando se conecta a un rectificador de seis diodos.Para propósitos de la explicación, las curvas del voltaje trifásicoobtenidas de la conexión en estrella básica para una revolución del rotorse dividen en seis períodos y se reproducen aquí.

Sólo dos de los diodos conducirán la corriente, ya que esos son losúnicos diodos en los que la corriente puede fluir en sentido directo. Losotros diodos no conducirán la corriente, debido a que están en polaridadinversa. Los voltajes que hay en el rectificador y la polarización de losdiodos determinan los sentidos del flujo de corriente. Esos voltajes estánrepresentados por las curvas de voltaje de fase, las cuales son losvoltajes que aparecen en los diodos del rectificador. Siguiendo el mismoprocedimiento, se pueden determinar los flujos de corriente de losperíodos 2 al 6.



B

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15A

C

16

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8

16 O

8

Fig. 4.2.17 Fase delta "Y"

Fig. 4.2.18 Componentes del alternador

Diseño del alternador

Como se vio anteriormente, el campo magnético del alternador CA secrea por el conjunto del rotor que gira dentro del estator. Este rotorconsta de un eje de rotor, dos mitades de rotor con contactos que crearánlos numerosos campos magnéticos, un conjunto de bobina y dos anilloscolectores.

Durante el período 1 (figura 4.2.17), el voltaje máximo desarrollado enel estator en estrella se halla en la fase BA. La corriente que fluye através del rectificador es exactamente la misma que para el estator en“Y”, ya que los potenciales de voltaje de los diodos son idénticos. Ladiferencia entre el estator en estrella y el estator en “Y” radica en que elestator en “Y” conduce la corriente a través de sólo dos devanados desdeel principio hasta el final de un período, mientras que el estator enestrella conduce la corriente a través de los tres.

La fase BA está en paralelo con la fase BC y CA. Como el voltaje de Ba A es 16, el voltaje de B a C a A también debe ser 16 porque seproducen 8 voltios en cada una de esas dos fases (B a C y C a A).Siguiendo el mismo procedimiento, se pueden determinar los flujos decorriente en los períodos 2 al 6.



Cuando la corriente pasa a través del conjunto de la bobina, se crea uncampo magnético en cada una de las piezas polares del rotor. Una seriede contactos se convertirán en el polo norte, mientras que otra parte seconvertirá en el polo sur.

Como los contactos del rotor se sobreponen unos a otros, muchos buclesde flujo individual se formarán entre los polos positivo y negativo delalternador. En vez de que un campo magnético pase por cada devanadodurante una revolución del rotor, muchos campos pasarán a través de losdevanados, lo cual aumenta la salida del estator.

Como se debe suministrar corriente al rotor para crear el campomagnético, el conjunto de la bobina dentro de la pieza polar se conecta alos anillos colectores. Estos anillos colectores permiten que lasescobillas puedan usarse para suministrar corriente al campo enmovimiento. Los anillos colectores son presionados en el eje y aisladosde él. Los conductores de la bobina son soldados a los anillos colectorespara formar un circuito completo que está aislado del eje.

Debido a que el rotor estará girando a gran velocidad, el rotor debeapoyarse en cojinetes. El extremo delantero del eje tiene un cojinetemontado en el conjunto de la caja de mando (figura 4.2.18). Observe laadición de espaciadores para colocar el rotor en la posición correcta unavez que se arma el alternador, lo que impide que el ventilador golpee lacaja.

Debido a que al generarse electricidad se produce calor, para elenfriamiento se incluye un ventilador que proporciona un flujo de aire através del conjunto. Se conecta una polea al extremo del eje del rotor, yse acciona por una correa.


Fig. 4.2.19 Componentes del alternador

La caja del extremo sostiene el extremo de los anillos colectores del ejedel rotor y proporcione una superficie de montaje para las escobillas, elconjunto del rectificador, el estator y el regulador (si existe). La cajaterminal del mando con el rotor y la caja del extremo de los anilloscolectores con sus componentes se arma como una unidad con el estatorentre ellas. Este conjunto se asegura con tornillos de cabeza.


Fig. 4.2.20 Regulador electromecánico

Regulación de la salida del alternador

Si se permitiera que el alternador opere sin control, produciría voltajesaltos imposibles de usar en las máquinas, debido a los daños producidosde los componentes. El regulador controla la salida del alternador.

El límite de salida de la corriente depende del diseño del alternador y seindica en la caja como la corriente máxima. Por ejemplo, una caja puedetener una etiqueta que la clasifique como de 12V 85A. Esto indica quela salida máxima del alternador es de 85 amperios y está diseñado paraun sistema de 12 voltios.

El conjunto del estator es un anillo de hierro blando, laminado, con tresgrupos de bobinas o devanados. Un extremo de cada devanado delestator se conecta a un diodo positivo y a uno negativo. Los otrosextremos de los devanados del estator pueden conectarse ya sea enconfiguración de estator tipo “Y” o en configuración de estator enestrella.

El conjunto del rectificador convierte la corriente alterna en corrientecontinua. Se montan tres diodos positivos y tres diodos negativos en elconjunto del rectificador.

El alternador está diseñado para proporcionar el mínimo de espacio libreentre el rotor y el estator y maximizar así los efectos del campomagnético. Este es un conjunto compacto capaz de generar alto flujo decorriente para satisfacer las necesidades del sistema eléctrico.

Las escobillas están en contacto con los anillos colectores de cobre yproporcionar la corriente necesaria para la producción de los camposmagnéticos en el rotor. Como es importante un buen contacto para unabuena conductividad, las escobillas son mantenidas contra los anilloscolectores por pequeños resortes.

Generalmente, hay dos escobillas contenidas en un conjunto deportaescobillas. Este conjunto puede fácilmente sujetarse a la cajaextrema de los anillos colectores terminales del alternador.



El circuito de regulación controla la salida de voltaje del alternador, alcambiar la fuerza del campo magnético producido por el rotor. Esto sehace controlando la cantidad de flujo de corriente a través de lasescobillas de la bobina del rotor.

El regulador es sensitivo al voltaje de la batería y por consiguiente a lacarga eléctrica existente en el sistema. El regulador puede entoncesajustar la cantidad de corriente al rotor para satisfacer la demanda.

Si el voltaje de la batería es bajo y la demanda de los accesorioseléctricos alta, el regulador de voltaje aumentará la salida del alternadorpara cargar la batería y proporcionar suficiente corriente para operar losaccesorios. Cuando el voltaje de la batería es alto y las demandaseléctricas bajas, el regulador de voltaje disminuirá la salida delalternador.

Hay tres diseños de reguladores del alternador:

- Electromecánicos (máquinas antiguas).

- Reguladores externos electrónicos.

- Reguladores integrales electrónicos.

En algunos sistemas antiguos se pueden encontrar reguladoreselectromecánicos. Estos reguladores usan relés para operar los puntos decontacto. El regulador de voltaje de contacto doble controla la salida delalternador al regular la cantidad del flujo de corriente al rotor. Al reducirel flujo de corriente se reducirá la fuerza del campo magnético yresultará una salida más baja del estator. Esta lección se enfocará en losreguladores electrónicos, encontrados en la mayoría de las máquinasactuales.



Reguladores electrónicos de voltaje

Los reguladores electrónicos de voltaje realizan la misma función de losreguladores electromecánicos. En el regulador electrónico el circuito decampo se conecta y se desconecta por acción de circuitos electrónicos, alcontrolar los transistores de conexión/desconexión. Estos dispositivoselectrónicos pueden conectarse/desconectarse más rápidamente ytransportan más corriente que los puntos de contacto de los reguladoreselectromecánicos. Pueden obtenerse salidas más altas del alternadordebido al mayor flujo de corriente a través de los circuitos de campo.

Los reguladores electrónicos usan diodos Zener como parte del circuitosensor de voltaje. Estos diodos especiales permiten que la corriente fluyaa la inversa del flujo normal cuando se alcanza un voltaje específico através del diodo. Cuando la corriente fluye hacia atrás, a través del diodoZener, el transistor de campo se desconecta y el flujo de corriente sedetiene en el rotor de campo. Los componentes electrónicos puedenconectarse y desconectarse varios miles de veces en un segundo, ysuministrar de este modo, un control más uniforme y exacto de la salidadel alternador.

La mayoría de los reguladores electrónicos no son ajustables. Si losreguladores no controlan exactamente la salida del alternador, debenreemplazarse.

Fig. 4.2.21 Regulador electrónico de voltaje



R7 R8 R9

TR1

R3

R2R1

R5

R4

MOTOR DEARRANQUE

TR2BATERÍA

INTERRUPTOR DELLAVE DE

CONTACTO

ALTERNADOR

TIERRA

TERMINALDEL

REGULADOR

SALIDA

DIODO DEDESCARGADE CAMPO

DIODOZENER RtREGULADOR

TRANSISTORIZADO

CAMPO

LÁMPARAINDICADORA

DEL ALTERNADOR

Fig. 4.2.22 Operación del regulador--Durante el arranque del motor

Operación del regulador electrónico en el arranque del motor

Cuando se conecta el interruptor de llave de contacto, se completa elcircuito (figura 4.2.22). La corriente de la batería fluye al solenoide dearranque y al interruptor de llave de contacto, como lo muestran laslíneas rojas. El interruptor de llave de contacto dirige el flujo decorriente a la lámpara indicadora del alternador y al regulador.

A medida que la corriente fluye al regulador, diferentes valores devoltaje determinan la dirección de la corriente. El voltaje a través de losresistores R7 y R8 está por debajo del voltaje crítico del diodo Zener ovoltaje de rompimiento. Por tanto, el voltaje detectado en la base delTR2 es el mismo voltaje que en su emisor. La corriente no podrá fluir através de TR2 (como lo muestran las líneas azules).

De esta manera, la diferencia de voltaje en el circuito emisor-base deTR1 permite que la corriente fluya de su emisor a través de su base y sucolector. La corriente del colector entonces va a excitar el campo delalternador (línea roja vertical). Al mismo tiempo una pequeña cantidadde flujo de corriente pasa a la tierra del alternador.



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Fig. 4.2.23 Operación del regulador--Transistor TRI conectado

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Fig. 4.2.24 Operación del regulador--Transistor TR2 conectado

A medida que opera el motor y los requerimientos de carga comienzan adisminuir, se produce voltaje en el alternador (figura 4.2.24). Esto hace queel voltaje a través de los resistores también aumente. Entonces el voltaje enR7 y R8 aumenta a un valor mayor que el voltaje crítico del diodo Zener. Eldiodo Zener inmediatamente “se rompe”, para permitir que la corrientefluya en la dirección inversa. Esto “conecta” el transistor TR2 y así lacorriente puede fluir a través del emisor, la base y el colector del TR2.Cuando la corriente fluye a través del TR2, el voltaje en la base de TR1 esigual o mayor que en su emisor. Esto impide que la corriente fluya a travésde TR1 al campo del alternador, el cual colapsa el campo reduciendo lasalida del alternador y protegiendo el circuito.

Operación del regulador durante el funcionamiento del motor

La operación del regulador al comenzar el funcionamiento del motor (figura4.2.23) es similar al período de arranque del motor, excepto en que, amedida que aumenta la velocidad del motor, el campo del alternadoralrededor del rotor genera un voltaje para suplir las cargas eléctricas.

Sin embargo, los valores de voltaje son los mismos y el transistor TR1 aunconduce la corriente al campo del alternador como lo muestra la línea rojavertical.



Fig. 4.2.25 Regulador interno

Reguladores internos electrónicos

Los reguladores internos del alternador se montan ya sea dentro o fuerade la caja del extremo de los anillos colectores del alternador. Este tipode regulador elimina los mazos de cables entre el alternador y elregulador, lo que simplifica el sistema. Este tipo de reguladorusualmente es mucho más pequeño que los otros tipos, y usa circuitoselectrónicos conocidos como circuitos integrados o "CI". Los CI son deelectrónica miniaturizada con casi todos los circuitos en un pequeñochip. Los reguladores integrales realizan la misma función que losreguladores electrónicos externos y lo hacen del mismo modo.

Algunos alternadores con reguladores integrales tienen sólo un cable deentrada. Este cable es la salida del alternador. El circuito a tierra secompleta a través de la caja al bloque del motor. El estator proporcionacorriente al regulador integral a través de un triodo. El alternador iniciala carga usando la pequeña cantidad de magnetismo permanente delrotor, pequeña cantidad que es retroalimentada al campo, lo que aumentala salida. Este proceso continúa hasta que se alcanza la salida completa,determinada por el regulador.

El voltaje del sistema cae por debajo del voltaje crítico del diodo Zenery detiene la conducción desconecta el TR2 y conecta el TR1. Lacorriente fluye de nuevo al campo del alternador. Esta operación serepite muchas veces en un segundo. En efecto, los dos transistoresactúan como interruptores que controlan el voltaje y la salida delalternador.

Cuando se desconecta el TR1, la corriente de campo del alternador nopuede caer inmediatamente a cero, debido a que los devanados del rotorpermiten que la corriente continúe fluyendo. Después de que la corrientealcanza cero, el voltaje del sistema y el regulador comienzan el flujo decorriente nuevamente. Sin embargo, el flujo de corriente de campo quedisminuye induce un alto voltaje que puede dañar el transistor.

El diodo de descarga de campo de la figura 4.2.24 previene daños altransistor TR1.



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Fig. 4.2.26 Campo del circuito “A”

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Fig. 4.2.27 Campo del circuito “B”

En los circuitos de tipo “B”, una escobilla está a tierra dentro delalternador (figura 4.2.27) y la otra escobilla está conectada a la bateríaen serie con el regulador y el interruptor o relé de encendido. En unalternador de circuito “B”, el regulador está ubicado después del campo.El flujo de corriente va usualmente desde el terminal del regulador delalternador al regulador.

Circuitos del regulador

Hay dos conexiones de circuito de campo básicas en un alternador:circuito “A” y circuito “B”.

Un alternador con circuito tipo “A” (figura 4.2.26) usa dos escobillasseparadas en el alternador. Una escobilla va conectada directamente a labatería, mientras que la otra escobilla está conectada a tierra con elregulador y el interruptor o relé de encendido en serie. El regulador estáubicado antes del campo, entre la tierra del campo y el alternador odiodos negativos. La salida completa del alternador se obtiene llevando atierra los devanados de campo. Algunos alternadores tienen una oreja enun agujero de prueba, de modo que el campo se conecta a tierracolocando un destornillador y uniendo el extremo de la oreja y elbastidor del alternador. Este tipo de circuito se usa con reguladoresintegrales y con algunos reguladores electrónicos externos.



Indicadores de carga

Los indicadores de carga pueden ser un amperímetro, un voltímetro ouna luz indicadora de carga. Los amperímetros pueden instalarse enserie, si son de corriente plena, tipo derivación; o en paralelo, si elamperímetro es de tipo no derivación.

Los voltímetros se usan más comúnmente debido a que indican conmayor exactitud la operación del sistema. Pueden instalarse fácilmenteen paralelo con el sistema de carga, y proporcionan información tanto dela operación del sistema de carga como de la condición de la batería.

La luz indicadora de carga muestra la operación del sistema en general.No indicará la salida alta del alternador o las condiciones de alto voltaje,sino la salida baja.

Prueba del sistema de carga

Las pruebas exactas del sistema de carga comienzan con unentendimiento de cómo funciona el sistema. Si el conocimiento de laoperación es completo, usted puede determinar por lógica las fallas através de una inspección visual y de pruebas eléctricas.

La reparación de los sistemas puede requerir reemplazo o reparación dealguno de los elementos incluidos en el sistema, desde la batería hasta elalternador.

Todas las reparaciones deben comenzar con un estudio o revisión delManual de Servicio de la máquina en particular.

Fig. 4.2.28 Luz indicadora de carga

Después del regulador la corriente fluye a la bobina de campo en elrotor, luego a tierra, y finalmente al conjunto del diodo negativo o deretorno. La salida completa del alternador se obtiene conectando elterminal de campo al terminal del regulador o terminal de salida.



Cuando haga las pruebas al sistema eléctrico, un método sistemático leayudará a realizar reparaciones rápidas. Los sistemas de carga requierenel mismo método de localización y solución de problemas. El reemplazode piezas sin adecuado método de localización y solución de problemasno es la manera aceptable de encontrar y reparar las fallas del sistema.

Verifique la queja

Determine exactamente cuál es la queja y verifique que la falla estéocurriendo. Algunos problemas comunes en los sistemas de carga son:

- La batería se descarga y el sistema de carga no está produciendocarga o produce carga baja

- La batería está cargando y el sistema de carga está sobrecargándose- Hay ruido en el alternador- La luz indicadora de carga permanece encendida o no se enciende

Defina el problema

Comience con una cuidadosa inspección visual. Revise en busca de:

- Terminales de batería con corrosión o sueltos- Conexiones a tierra dañadas o sueltas en el motor y en la caja- Conexiones sucias o sueltas del alternador y del regulador- Cables o puentes de fusible quemados- Cables dañados, obstruidos, rotos o cortados- Evidencia de cortocircuitos o corto a tierra- Daño físico del alternador o del regulador- Daño en correas o en poleas- Olor a quemado de componentes eléctricos

Determine si el problema es eléctrico o mecánico. Los alternadores sonaccionados por correa. Inspeccione las correas impulsoras en busca detensión, desgaste y daño, asegúrese de que están trabajando bien.Inspeccione las correas en busca de daños, revise las superficies internasy externas y busque las partes agrietadas, desportilladas, vidriosas ofaltantes.

Inspeccione la polea del alternador en busca de desgaste y cualquier otrapolea accionada por las correas. Las fallas prematuras de las correas sedeben frecuentemente a poleas desgastadas. Inspeccione la alineación detodas las poleas. Generalmente, la inspección visual mostrará que noestán en línea en forma correcta, pero puede necesitar verificarlo con unborde recto contra la polea.

Pruebe la correa para verificar la tensión apropiada. Cuando realice elajuste de las correas o verifique su tensión, asegúrese de no tensarlasdemasiado o de dejarlas muy sueltas. Una tensión incorrecta puedeocasionar daños.



El ruido en la operación puede deberse a correas desgastadas, cojinetesdesgastados o a problemas internos, como fricción del rotor en el estator,hojas del ventilador que golpean el alternador o a diodos o a estatoresdefectuosos.

Los problemas mecánicos pueden corregirse reemplazando loscomponentes defectuosos o reparándolos como sea necesario. Losproblemas eléctricos exigen pruebas más detalladas.

Continúe la inspección realizando un servicio completo a la batería. Elservicio y las pruebas a la batería se vieron en la lección 1. El sistema decarga no funcionará de manera eficaz si la batería está defectuosa.

Separe el problema

Una vez que haya definido el problema, separe la causa, de modo quepueda hacer las reparaciones necesarias. Las fallas mecánicas puedenubicarse por inspección o escuchando atentamente. En las fallaseléctricas se requiere hacer pruebas para ubicar la causa.

Pruebas del sistema de carga

Las pruebas del sistema de carga de la máquina deben realizarse primeropara determinar si el alternador debe quitarse y probarse más a fondo.Las pruebas de la máquina incluyen:

Prueba de salida del alternador

Pruebas del regulador

Las pruebas en banco determinan si el alternador debe repararse oreemplazarse. Las pruebas en banco incluyen:

Pruebas de los devanados de campo del rotor

Pruebas del estator

Pruebas del rectificador

Pruebas de las escobillas



NOTAS


Objetivo de la práctica: Dados una máquina o un equipo de capacitación, un multímetro digital y unamperímetro de inserción, realizar la prueba de salida del alternador.

1. Coloque el cable positivo de un multímetro digital en el terminal +B del alternador. Coloque elcable negativo del multímetro digital en el terminal negativo o bastidor del alternador. Coloqueel amperímetro de inserción 8T0900 alrededor del cable positivo de salida del alternador.

2. Desconecte todos los accesorios eléctricos. Con el combustible cerrado, accione el arranque delmotor por 30 segundos. Espere dos minutos para permitir que el motor de arranque se enfríe. Siel sistema parece operar según las especificaciones, dé arranque al motor de nuevo por 30segundos.

NOTA: Accionar el arranque del motor por 30 segundos descarga parcialmente la batería pararealizar la prueba de carga. Si las baterías están ya descargadas, no realice este paso. Arranqueel motor con cables auxiliares o cargue la batería.

3. Arranque el motor y déjelo funcionando en aceleración media.

NOTA: La aceleración máxima aproxima la velocidad de la polea de mando requerida de 5.000rpm.

4. Verifique inmediatamente la corriente de salida. Si está operando correctamente, esta corrientede carga inicial deberá ser igual o mayor al valor de la corriente la corriente nominal de salidaencontrada en el Manual de Servicio.

Registre la especificación de corriente nominal de salida del Manual de Servicio_________amperios

Indicaciones: Busque las especificaciones del altenador de salida en el Manual de Servicio de laMáquina

5. Funcionando a la mitad del acelerador, la salida del alternador debe estabilizarse enaproximadamente 10 minutos (posiblemente un tiempo mayor, dependiendo del tamaño de labatería, de la condición y de la clasificación del alternador). Cuando está operandocorrectamente, el voltaje de salida del alternador será:

Sistema de 12 V: 14,0 ± 0,5 VSistema de 24 V 27,5 ± 1,0 V

Si el voltaje del alternador NO está dentro de las especificaciones, consulte la tabla de causasposibles y condiciones de falla en el artículo de la Información Técnica "Prueba de salida delalternador/generador del motor".

6. La corriente de carga durante este período debe disminuir a un valor menor de 10 amperios,dependiendo de las capacidades de la batería y del alternador. Si la corriente de carga nodisminuye a lo especificado, consulte la tabla de causas posibles y condiciones de falla.

Unidad 4 - 1 - Fundamentos de los Sistemas EléctricosCopia del Estudiante: Práctica de Taller 4.2.1

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4.2.

1

Nombre_________________________________

PRUEBA DE SALIDA DEL ALTERNADORPRÁCTICA DE TALLER 4.2.1


NOTAS


Objetivo de la práctica: Dados una máquina o equipo de capacitación, un multímetro digital, unamperímetro de inserción y una fuente de voltaje variable, realizar una prueba del regulador delalternador. Esta prueba no cubre todas las fallas posibles, pero se usa para ubicar problemas comunesdel alternador.

Indicaciones: Seleccione un alternador de 12V o 24V para la prueba (Consulte la hoja deespecificaciones del alternador usado en la práctica de taller).

1. Conecte el cable positivo de la fuente de voltaje variable a los terminales +B y +D delalternador, como se muestra en la figura de abajo. Conecte el cable negativo al terminal -B delalternador o a la tierra del bastidor. Coloque el amperímetro de inserción alrededor del cable+B del alternador.


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4.2.

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PRUEBA DEL REGULADORPRÁCTICA DE TALLER 4.2.2

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A

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2. Ajuste el voltaje de la fuente variable hasta que el amperímetro de inserción indique un valor decorriente. Registre el voltaje de conexión:____________ voltios

3. ¿El voltaje de conexión del alternador se ajusta a las especificaciones del alternador?____________. Si la respuesta es sí, la práctica ha terminado. Si la respuesta es no, continúecon el siguiente paso.

4. Si el amperímetro indica cero amperios, la falla probable es el circuito abierto en la bobina decampo o en el regulador. Si la lectura del amperímetro es demasiado alta, la bobina de campoprobablemente está en cortocircuito. Si el voltaje de conexión no está dentro de lasespecificaciones, probablemente el regulador tiene un funcionando defectuoso. Lasespecificaciones del voltaje de conexión son:Sistema de 12 V: 14,0 ± 0,5 VSistema de 24 V: 27,5 ± 1,0 V

5. Si las mediciones son correctas en los pasos No. 3 y No. 4, continúe con el paso No. 6. Si noson correctas, el alternador y/o el regulador están defectuosos.


6. Ajuste el suministro de voltaje variable al voltaje de conexión medido en el paso No. 2.Aumente lentamente el voltaje hasta que el amperímetro lea cero amperios. Este será el voltajede desconexión. Registre el voltaje de desconexión: _____________voltios.

7. La diferencia entre el voltaje de conexión y el voltaje de desconexión no debe ser mayor de0,3 V. Si el voltaje es mayor de 0,3 V, el regulador está defectuoso. Registre la diferencia devoltaje._______ voltios. La lectura del amperímetro también debe caer rápidamente a ceroamperios. Si no es así, el regulador está fallando.

8. Si el alternador y el regulador cumplen con todas las condiciones de la prueba y aún no operancorrectamente, complete las pruebas de campo del rotor, del estator y del rectificador.



Objetivo de la práctica: Dado un multímetro, realizar la prueba del devanado del campo del rotor,como se describe en el Manual de Servicio apropiado para el alternador en particular.

Prueba de continuidad del devanado del campo del rotor

1. Ajuste el multímetro en la escala de 200 ohmios. Permita el contacto de los cables del medidorcon cada anillo colector del rotor.

Registre los resultados:______________ ohmios

2. ¿Los valores de resistencia medidos están dentro de las especificaciones? ____________

NOTA: Usando el Manual de Servicio apropiado, encuentre los valores de resistenciaespecificados.

3. Si el valor de resistencia no está dentro de las especificaciones, explique brevemente la probablecausa. ______________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Prueba de tierra del devanado del campo del rotor.

4. Ajuste el multímetro en la escala de 20 M ohmios. Permita que los cables del medidor toquencada anillo colector y el eje del rotor.

Cada lectura debe ser mayor de 100.000 ohmios.

Resistencia medida: _______________________ ohmios


5. Si el valor de la resistencia no está dentro de las especificaciones, explique brevemente laprobable causa. ______________________________________________________________

____________________________________________________________________________


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4.2.

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Nombre_________________________________

PRUEBA DEL DEVANADO DEL DEL CAMPO DEL ROTORPRÁCTICA DE TALLER 4.2.3


NOTAS


Objetivo de la práctica: Dado un multímetro, realizar la prueba del estator como se señala en elmanual de servicio apropiado para el alternador en particular.

Prueba de continuidad del devanado del estator

1. Coloque el multímetro en la escala de 200 ohmios. Permita el contacto de los cables delmedidor con cada par (3 pares) de cables del estator. Registre los resultados abajo:1er par _________________ ohmios2do par ________________ ohmios3er par ________________ ohmios

NOTA: Usando el manual de servicio apropiado, encuentre los valores de resistenciaespecificados.

2. ¿Los valores de resistencia medidos están dentro de las especificaciones? ____________

3. Si los valores de resistencia no están dentro de las especificaciones, explique brevemente laprobable causa. ___________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Prueba de tierra del devanado del estator

4. Coloque el multímetro en la escala de 20M ohmios. Permita que los cables del medidor toquencada cable del estator y el bastidor del estator.

Cada lectura debe ser mayor de 100.000 ohmios (cada par de cables del estator)




5. Si los valores de resistencia no están dentro de las especificaciones, explique brevemente laprobable causa. ____________________________________________________________

__________________________________________________________________________


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4.2.

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Nombre_________________________________

PRUEBA DEL DEVANADO DEL ESTATORPRÁCTICA DE TALLER 4.2.4


NOTAS


Objetivo de la práctica: Dado un multímetro, realizar la prueba del rectificador como se señala en elmanual de servicio apropiado para el alternador en particular.

Indicaciones: Realice la verificación de diodo positivo.

1. Coloque el multímetro en la función de verificación de diodo. Conecte los cables del medidorentre cada diodo positivo y el espárrago +B. Los diodos positivos son de color negro.

2. Registre la lectura del medidor. ______________. Invierta los cables y registre la lectura___

3. Explique las lecturas brevemente______________________________________________

____________________________________________________________________________.

¿Cuál debe ser la lectura del diodo en buenas condiciones? _________________________

__________________________________________________________________________

Indicaciones: Realice la verificación de diodo negativo.

4. Coloque el multímetro en la función de verificación de diodo. Conecte los cables del medidorentre cada diodo positivo y el espárrago +B. Los diodos negativos son de color plateado.

5. Registre la lectura del medidor. ______________. Invierta los cables y registre la lectura___

6. Explique las lecturas brevemente________________________________________________

___________________________________________________________________________

¿Cuál debe ser la lectura del diodo en buenas condiciones?___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________


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4.2.

5

Nombre_________________________________

PRUEBA DEL RECTIFICADORPRÁCTICA DE TALLER 4.2.5


NOTAS


Objetivo de la práctica: Dados un multímetro y una regla, realizar la prueba de las escobillas delalternador como se describe en el manual de servicio apropiado para el alternador en particular.

Indicaciones: Realice la prueba de continuidad de las escobillas.

1. Coloque la escala del multímetro en la gama de 200 ohmios. Permita que un cable del medidortoque la escobilla positiva y el otro cable toque el terminal. Registre la medición abajo:

Resistencia medida: _____________ ohmios

Indicaciones: Realice la prueba de tierra de las escobillas.

2. Coloque la escala del multímetro en la gama de 20 M. Permita que un cable del medidor toquela escobilla positiva y el otro cable toque el terminal. Registre la medición abajo:

Resistencia medida: _____________ ohmios

Indicaciones: Realice la medición de la longitud de la escobilla.

3. Usando una regla, mida la parte más larga de las escobillas.

Longitud medida: __________mm ______________pulg

Longitud medida: __________mm ______________pulg

Use el manual de servicio para determinar la longitud apropiada de la escobilla. Reemplace lasescobillas si es necesario________________________________________________________

____________________________________________________________________________


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2.6

Nombre_________________________________

PRUEBA DE LAS ESCOBILLASPRÁCTICA DE TALLER 4.2.6


NOTAS


Manual Sistema Carga

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