Todo veículo moderno é equipado com um gerador elétrico que gera corrente para o funcionamento do sistema elétrico de bordo e todos os seus dispositivos.Uma das partes principais do gerador é o estator fixo.Leia sobre o que é um estator de gerador, como funciona e funciona neste artigo.
Finalidade do estator do gerador
Nos automóveis e outros veículos modernos, são utilizados alternadores trifásicos síncronos com autoexcitação.Um gerador típico consiste em um estator fixo fixado em uma carcaça, um rotor com um enrolamento de excitação, um conjunto de escovas (que fornece corrente ao enrolamento de campo) e uma unidade retificadora.Todas as peças são montadas em um design relativamente compacto, montado no motor e acionado por correia do virabrequim.
O estator é uma parte fixa de um alternador de automóvel que carrega um enrolamento de trabalho.Durante o funcionamento do gerador, é nos enrolamentos do estator que surge uma corrente elétrica, que é convertida (retificada) e alimentada na rede de bordo.
O estator do gerador possui diversas funções:
• Transporta um enrolamento de trabalho no qual é gerada uma corrente elétrica;
• Desempenha a função de parte do corpo para acomodar o enrolamento de trabalho;
• Desempenha o papel de circuito magnético para aumentar a indutância do enrolamento de trabalho e a correta distribuição das linhas do campo magnético;
• Atua como dissipador de calor – remove o calor excessivo dos enrolamentos de aquecimento.
Todos os estatores têm essencialmente o mesmo design e não diferem em vários tipos.
Projeto do estator do gerador
Estruturalmente, o estator consiste em três partes principais:
• Núcleo em anel;
• Enrolamento de trabalho (enrolamentos);
• Isolamento de enrolamentos.
O núcleo é montado a partir de placas anulares de ferro com ranhuras no interior.A partir das placas é formada uma embalagem, a rigidez e solidez da estrutura são dadas por soldagem ou rebitagem.No núcleo são feitas ranhuras para assentamento dos enrolamentos, e cada saliência é uma culatra (núcleo) para as voltas do enrolamento.O núcleo é montado a partir de placas com espessura de 0,8-1 mm, feitas de tipos especiais de ferro ou ferroligas com certa permeabilidade magnética.Pode haver aletas na parte externa do estator para melhorar a dissipação de calor, bem como várias ranhuras ou reentrâncias para acoplar à carcaça do gerador.
Os geradores trifásicos utilizam três enrolamentos, um por fase.Cada enrolamento é feito de fio isolado de cobre de grande seção transversal (com diâmetro de 0,9 a 2 mm ou mais), que é colocado em uma determinada ordem nas ranhuras do núcleo.Os enrolamentos possuem terminais dos quais é retirada a corrente alternada, geralmente o número de pinos é três ou quatro, mas existem estatores com seis terminais (cada um dos três enrolamentos possui terminais próprios para fazer conexões de um tipo ou de outro).
Nas ranhuras do núcleo existe um material isolante que protege o isolamento do fio contra danos.Além disso, em alguns tipos de estatores, cunhas isolantes podem ser inseridas nas ranhuras, que atuam adicionalmente como fixador das voltas do enrolamento.O conjunto do estator pode ser adicionalmente impregnado com resinas epóxi ou vernizes, o que garante a integridade da estrutura (evita o deslocamento das voltas) e melhora suas propriedades de isolamento elétrico.
O estator é montado rigidamente na carcaça do gerador e hoje o projeto mais comumente usado é aquele em que o núcleo do estator atua como uma parte do corpo.Isso é implementado de forma simples: o estator é preso entre duas tampas da carcaça do gerador, que são apertadas com pinos - esse “sanduíche” permite criar estruturas compactas com resfriamento eficiente e facilidade de manutenção.Também é popular o design em que o estator é combinado com a tampa frontal do gerador, e a tampa traseira é removível e dá acesso ao rotor, estator e outras peças.
Tipos e características de estatores
Os estatores dos geradores diferem no número e formato das ranhuras, no esquema de colocação dos enrolamentos nas ranhuras, no diagrama de fiação dos enrolamentos e nas características elétricas.
De acordo com o número de ranhuras para as voltas dos enrolamentos, os estatores são de dois tipos:
• Com 18 vagas;
• Com 36 slots.
Hoje, o design de 36 slots é o mais utilizado, pois proporciona melhor desempenho elétrico.Geradores com estatores de 18 ranhuras hoje podem ser encontrados em alguns carros nacionais dos primeiros lançamentos.
De acordo com o formato das ranhuras, os estatores são de três tipos:
• Com ranhuras abertas - ranhuras de seção retangular, requerem fixação adicional das espiras do enrolamento;
• Com ranhuras semifechadas (em forma de cunha) - as ranhuras são afuniladas para cima, de modo que as bobinas de enrolamento são fixadas através da inserção de cunhas isolantes ou cambraias (tubos de PVC);
• Com ranhuras semifechadas para enrolamentos com bobinas monovoltas - as ranhuras possuem seção transversal complexa para colocação de uma ou duas voltas de fio de grande diâmetro ou fio em forma de fita larga.
De acordo com o esquema de colocação do enrolamento, os estatores são de três tipos:
• Com um circuito loop (loop distribuído) - o fio de cada enrolamento é colocado nas ranhuras do núcleo com loops (geralmente uma volta é colocada em incrementos de duas ranhuras, as voltas do segundo e terceiro enrolamentos são colocadas nessas ranhuras - para que os enrolamentos adquiram o deslocamento necessário para gerar uma corrente alternada trifásica);
• Com circuito concentrado de ondas - o fio de cada enrolamento é colocado nas ranhuras em ondas, desviando-as de um lado para o outro, e em cada ranhura há duas voltas de um enrolamento direcionadas em uma direção;
• Com circuito distribuído por ondas - o fio também é colocado em ondas, mas as voltas de um enrolamento nas ranhuras são direcionadas em direções diferentes.
Para qualquer tipo de empilhamento, cada enrolamento possui seis voltas distribuídas pelo núcleo.
Independentemente do método de colocação do fio, existem dois esquemas para conectar os enrolamentos:
• “Estrela” - neste caso, os enrolamentos são conectados em paralelo (as extremidades dos três enrolamentos são conectadas em um ponto (zero) e seus terminais iniciais são livres);
• “Triângulo” - neste caso os enrolamentos são conectados em série (o início de um enrolamento com o final do outro).
Ao conectar os enrolamentos com uma “estrela”, observa-se uma corrente maior, este circuito é utilizado em geradores com potência não superior a 1000 watts, que funcionam de forma eficiente em baixas velocidades.Ao conectar os enrolamentos com um “triângulo”, a corrente é reduzida (1,7 vezes em relação à “estrela”), porém, geradores com tal esquema de conexão funcionam melhor em altas potências, e um condutor de seção transversal menor pode ser usados para seus enrolamentos.
Freqüentemente, em vez de um "triângulo", é usado um circuito de "estrela dupla", caso em que o estator não deve ter três, mas seis enrolamentos - três enrolamentos são conectados por uma "estrela" e duas "estrelas" são conectadas a a carga em paralelo.
Em termos de desempenho, para os estatores, o mais importante é a tensão nominal, a potência e a corrente nominal nos enrolamentos.De acordo com a tensão nominal, os estatores (e geradores) são divididos em dois grupos:
• Com tensão de enrolamento de 14 V - para veículos com tensão de rede de bordo de 12 V;
• Com tensão nos enrolamentos de 28 V - para equipamentos com tensão de rede de bordo de 24 V.
O gerador produz uma tensão maior, pois inevitavelmente ocorre uma queda de tensão no retificador e estabilizador, e na entrada da rede elétrica de bordo já se observa uma tensão normal de 12 ou 24 V.
A maioria dos geradores para carros, tratores, ônibus e outros equipamentos tem corrente nominal de 20 a 60 A, 30-35 A é suficiente para carros, 50-60 A para caminhões, são produzidos geradores com corrente de até 150 ou mais A para equipamentos pesados.
Princípio de funcionamento do estator do gerador
O funcionamento do estator e de todo o gerador é baseado no fenômeno da indução eletromagnética - a ocorrência de corrente em um condutor que se move em um campo magnético ou repousa em um campo magnético alternado.Nos geradores de automóveis, o segundo princípio é usado - o condutor no qual a corrente surge está em repouso e o campo magnético muda (gira) constantemente.
Quando o motor dá partida, o rotor do gerador começa a girar, ao mesmo tempo que a tensão da bateria é aplicada ao seu enrolamento de excitação.O rotor possui um núcleo de aço multipolar, que, quando a corrente é aplicada ao enrolamento, torna-se um eletroímã, respectivamente, o rotor giratório cria um campo magnético alternado.As linhas de campo deste campo cruzam o estator localizado ao redor do rotor.O núcleo do estator distribui o campo magnético de uma certa forma, suas linhas de força cruzam as espiras dos enrolamentos de trabalho - devido à indução eletromagnética, neles é gerada uma corrente, que é retirada dos terminais do enrolamento, entra no retificador, estabilizador e a rede on-board.
Com o aumento da rotação do motor, parte da corrente do enrolamento de trabalho do estator é alimentada ao enrolamento de campo do rotor - assim o gerador entra no modo de autoexcitação e não precisa mais de uma fonte de corrente de terceiros.
Durante a operação, o estator do gerador sofre aquecimento e cargas elétricas, além de estar exposto a influências ambientais negativas.Com o tempo, isso pode levar à deterioração do isolamento entre os enrolamentos e a uma falha elétrica.Neste caso, o estator precisa ser reparado ou totalmente substituído.Com manutenção regular e substituição oportuna do estator, o gerador funcionará de forma confiável, fornecendo energia elétrica ao carro de maneira estável.
Horário da postagem: 24 de agosto de 2023