Capítulo 1: Fornecimento de Energia

Por: Redação

Esquema do circuito do alternador moderno
O alternador é um transformador de energia mecânica em energia elétrica. De forma bem resumida, a energia mecânica, proveniente do motor a combustão em funcionamento, entra no alternador pela sua polia de acionamento e, por meio das bobinas trifásicas do estator e da bobina do indutor (rotor), gera-se a corrente alternada que na sequência é retificada pelos diodos retificadores (Fig.1). Existem muitos artigos que descrevem o princípio de geração desta corrente alternada e como ela é transformada em corrente contínua útil para alimentar a rede de bordo de 12 Volts do veículo, por isso não entraremos em muitos detalhes. O que pretendemos nesta matéria é explicar como um alternador moderno é gerenciado (regulado) e como realizar um diagnóstico profissional de seu funcionamento.

[Fig.1] Circuito simplificado de um alternador moderno


As características mais relevantes de um alternador moderno são:

  • Possui somente diodos retificadores de potência;
  • As correntes de pré-excitação e de excitação da bobina do indutor são provenientes de “B+”;
  • Possui detecção de rotação do seu eixo através da conexão “V“;
  • Possui detecção de sobretensão e sua respectiva sinalização através do borne “L”;
  • Sinaliza a carga de utilização através de “DFM”;
  • Possui função de rampa de corrente de carga após a partida do motor.

O regulador de tensão também regula a tensão em função da temperatura. Com o alternador frio, a tensão é superior para garantir uma melhor carga da bateria. À quente, a tensão se reduz ligeiramente para evitar a formação de gases na bateria.

O sinal “V” serve para detectar o regime de rotação de marcha lenta do motor ou um regime que exceda consideravelmente o regime de partida. A comutação da pré-excitação da bobina para a excitação completa depende do sinal “V”. A função de rampa de corrente de carga se inicia quando se detecta a rotação de marcha lenta, o que explicaremos adiante.

Fornecimento de energia em veículos sem gestão de carga
Nos veículos modernos sem gestão de carga, as correntes de pré-excitação e excitação do alternador fluem através de “B+”. No entanto, o regulador de tensão energiza a bobina do indutor (rotor) do alternador em função do sinal proveniente de “L”, como explicaremos adiante.

A gestão do LED de aviso da carga da bateria é realizada pela unidade de controle do instrumento combinado J285, em função da resposta do sinal proveniente de “L” (Fig.2).

[Fig.2] Fornecimento de energia em veículos sem gestão de carga

Fornecimento de energia em veículos com gestão de carga
Nos veículos modernos com gestão de carga, esta é realizada pela unidade de controle da rede de bordo J519 que possui uma conexão direta com a bateria do veículo. Por esta conexão é monitorada a tensão da bateria e, caso esta fique abaixo de um valor limite, a unidade de controle da rede de bordo toma a providência de desconectar ou solicitar a desconexão de consumidores elétricos de alto consumo de corrente, com o objetivo de restabelecer o equilíbrio do balanço energético da rede de bordo (Fig.3).

[Fig.3] Fornecimento de energia em veículos com gestão de carga

Com a gestão de carga, a corrente consumida pela rede de bordo do veículo será menor ou no máximo igual a gerada pelo alternador para evitar que a bateria se descarregue.
Contudo, a gestão de carga não pode desconectar alguns consumidores, por exemplo, os de relevância para a segurança dos ocupantes.

A gestão de carga intervém, depois de um tempo de retardo para ignorar picos iniciais de corrente dos consumidores, a partir de uma tensão da bateria menor que 12,7 V com o motor em funcionamento. Os bornes pelos quais a J519 capta a tensão diretamente da bateria são chamados de “30 Ref” e “31 Ref”. Esta tensão pode ser visualizada nos blocos de valores de medição da J519.

Quando a tensão da bateria é inferior a 12,7 V, não está garantida a carga da bateria e uma série de providências são tomadas:

  • Aumento do regime de rotação de marcha lenta para gerar uma tensão de carga maior do alternador;
  • Redução da potência dos consumidores ou, inclusive, a sua desconexão. Existe uma hierarquia a ser respeitada na sequência de desconexão destes consumidores que geralmente se inicia nos de menor percepção para o condutor (por exemplo: o aquecimento dos espelhos re trovisores) até os de maior percepção (por exemplo: o ar-condicionado).

Através da comunicação CAN, a unidade de controle do motor recebe a ordem e se encarrega da elevação da rotação do motor, se a tensão de bordo for insuficiente e o alternador informar um nível de utilização de 100% através do sinal DFM.

A estratégia de elevação da rotação somente se desativa quando se acelera o motor através do pedal acelerador, ou também quando a tensão de bordo se normalizou. Com essas medidas, evita-se uma rotação de marcha lenta irregular. A luz de aviso da bateria é controlada através da rede CAN.

Quando a tensão da bateria volta a um valor satisfatório, ocorre o processo inverso: Inicia-se a reconexão dos consumidores desconectados por último (de maior percepção para o condutor) até os que foram desconectados primeiro (de menor percepção para o condutor).

Gestão do borne “L”
Com a ignição conectada e alternador parado, se comuta uma corrente de controle até o regulador de tensão pelo borne “L” de aproximadamente 1 V (pico Low).

Quando flui esta corrente de controle, o regulador comuta ao máximo a corrente de pré-excitação até a bobina do indutor do alternador. Como já mencionamos, nos alternadores modernos essa corrente flui de B+ até a bobina do indutor. Essa corrente medida no cabo B+ até o alternador é de 100 mA, aproximadamente. Com o alternador em funcionamento, o regulador de tensão comuta a sua tensão atual de carga no cabo “L” (pico High).

Os estados correspondentes de pico são enviados através de CAN da unidade de controle J519 ao instrumento combinado, para controlar a luz de aviso da bateria.

Os estados de pico no borne “L” (Fig.4) podem ser simulados fazendo um curto circuito ao positivo ou à massa para fins de diagnóstico e, assim, verificar o cabo “L” e o funcionamento da luz de aviso da bateria.

[Fig.4] O borne “L” do alternador é gerenciado pela unidade de controle J519 em veículos com gestão de carga, ou pela J285 em veículos sem gestão de carga


Se for gerada uma sobretensão, o regulador de tensão estabelece um pico Low como aviso de sobretensão. Em alternadores mais antigos, não se acendia a luz de aviso da bateria em caso de sobretensão, o que produzia danos na bateria e no sistema elétrico do veículo.

Gestão do borne “DFM”
A sigla “DFM” significa Dynamo Field Monitor (monitor de campo do alternador).

Estando a unidade de controle do motor ativada, se alimenta a resistência pull-up com 12 V (ou 5V), dependendo da unidade de controle do motor.

Com o alternador parado, o regulador de tensão modula um sinal PWM constante para a sua diagnose e, com o alternador em marcha, o sinal PWM reflete a carga da bobina do indutor. O sinal é analisado pela unidade de controle do motor.

A modulação PWM está relacionada com a utilização do alternador. Se existir uma modulação, significa que o nível de utilização do alternador é menor que 100 %.

Um pico de 0 V significa que a bobina do indutor já não é desconectada para a regulação de tensão, e com isso, o nível de utilização do alternador é de 100 %.

O sinal “DFM” pode ser diagnosticado:

  • Através da leitura dos blocos de valores de medição da unidade de controle do motor;
  • Através da medição do sinal PWM com a ignição conectada;
  • Com o regulador desconectado, através da medição de tensão de 12 V (ou 5V) proveniente da resistência pull-up contra a massa.

[Fig.5] O borne “DFM” do alternador é gerenciado pela unidade de controle do motor


Função de rampa de corrente de carga

Somente quando o alternador detecta a rotação de marcha lenta, este começa a fornecer a corrente de carga com um ligeiro retardo. Desta maneira, o motor não é submetido imediatamente a esforços ao entrar em funcionamento e se reduzem as emissões de poluentes na partida.

Se, com o motor em funcionando e especialmente na marcha lenta, aumentarem bruscamente as necessidades de corrente da rede de bordo (por exemplo desembaçador do vidro traseiro, ventilação interna e direção assistida eletromecânica ligados ao mesmo tempo), o alternador fornece corrente de maneira lenta e progressiva. Assim se evita incômodas flutuações da marcha lenta do motor. Durante a rampa de corrente, a bateria se encarrega de fornecer a energia necessária para suprir a demanda da rede de bordo.

[Fig.6] Com a função de rampa de corrente de carga o alternador não submete o motor a esforços durante a partida ou em situações de aumento brusco do consumo de corrente


Testes do alternador
Quando testamos um alternador, simplesmente medir a tensão da bateria com o motor em funcionamento não é conclusivo. A medição da corrente de carga é o teste conclusivo para sabermos se o alternador está entregando toda a potência para o qual foi projetado (Fig.7). No entanto, antes de submeter o alternador a uma prova de corrente de carga devemos considerar os seguintes aspectos iniciais:

  • A correia de acionamento do alternador deve estar em bom estado. Caso contrário, esta patinará e o alternador não conseguirá atingir sua potência máxima;
  • A polia de acionamento do alternador deverá estar em bom estado e bem fixada, principalmente quando se trata de uma polia do tipo roda livre;
  • A bateria deve estar em bom estado, principalmente com respeito ao nível do eletrólito. Na edição de junho vimos que nunca podemos submeter uma bateria a carga se o nível do eletrólito estiver baixo;
  • A rotação do motor deve ser ligeiramente elevada para efetuar o teste (~2000 rpm).

A rede de bordo do veículo deverá ter o máximo consumo de corrente possível durante o teste. Para isto, devemos ligar todos os consumidores elétricos possíveis, com exceção daqueles que poderiam ser danificados se ficarem ligados neste instante, por exemplo, a buzina e os limpadores dos vidros dianteiro e traseiro. Se mesmo ligando todos os consumidores possíveis do veículo não for possível atingir a corrente máxima do alternador, será necessário submeter a bateria a uma descarga controlada, por exemplo, efetuando um teste na mesma com o equipamento adequado.

[Fig.7] O que se deve ter em conta ao verificar a potência do alternador?


Muitas vezes, somente quando está submetido a cargas extremas o alternador apresenta o seu defeito.

Preferencialmente o alicate amperimétrico deverá ser posicionado no cabo do alternador até a bateria, com a sua seta de sentido de fluxo voltada para a bateria (sentido convencional da corrente). O valor de corrente medido pelo alicate amperimétrico no ponto indicado deve corresponder à corrente máxima do alternador montado no veículo (Fig.8).

[Fig.8] O valor de corrente medido pelo alicate amperimétrico no ponto indicado deve corresponder a corrente máxima do alternador montado no veículo


Dependendo do veículo, o acesso ao cabo do alternador pode dificultar o posicionamento do alicate amperimétrico. Quando testamos a potência do alternador, esperamos que ele consiga suprir a demanda de corrente da rede de bordo sem que a bateria precise ajudá-lo. Isto significa que, se posicionarmos um alicate amperimétrico adequado nos pontos indicados na Fig.9, com a sua seta de sentido de fluxo voltada corretamente, o valor de corrente lido no amperímetro deverá ser positivo ou “zero”, mas nunca negativo.

[Fig.9] Outra possibilidade de posicionamento do alicate amperimétrico se o cabo do alternador for de difícil acesso. Neste caso, o valor de corrente medido nunca pode ser negativo

Se o valor medido for negativo, o fluxo da corrente está no sentido oposto ao da seta do alicate amperimétrico. Isto significa que a bateria está ajudando o alternador a suprir a demanda de corrente da rede de bordo e, com isso, está se descarregando.

Desta forma podemos testar, de forma indireta, a capacidade máxima de carga do alternador.

O alternador pode até gerar sua potência máxima durante o teste, mas se a perda de tensão nos seus cabos foram altas, a corrente de carga não chegará na sua totalidade para a rede de bordo do veículo e, assim, falseará o teste.

A perda de tensão admissível nos cabos positivo e negativo do alternador deve ser de 0,4 V, no máximo, durante o teste do alternador (Fig.10).

[Fig.10] Cabos em mau estado não permitem que corrente gerada pelo alternador chegue na sua totalidade para a rede de bordo do veículo


Verificação da parte correspondente à corrente alternada na tensão da rede de bordo

  • O que pode ser verificado com esta medição?
  • Falhas dos diodos do alternador;
  • Falhas de todo tipo do alternador;
  • Contatos anormais e intermitentes do circuito de corrente de carga.

Com a opção de ajuste “Acoplamento CA” do osciloscópio, somente se visualiza a variação da tensão da rede de bordo. A parte de tensão contínua é eliminada da visualização.
Esta medição deve ser realizada com o mesmo procedimento do teste do alternador descrito anteriormente, ou seja, submetido a uma carga elevada.

[Fig.11] O osciloscópio é uma excelente ferramenta para se detectar defeitos intermitentes no circuito de corrente de carga do alternador


Durante a medição, o ideal é que a tensão não se altere com uma rotação contínua do alternador e um consumo contínuo de corrente por parte da rede de bordo. Portanto, para gerar uma carga durante esta medição, não devem ser conectados consumidores que provoquem impulsos de corrente, por exemplo, os indicadores de direção.

Como variação normal da tensão de bordo, somente se observa a ondulação residual do alternador, o que em alternadores modernos não ultrapassa 0,2 V.

Quando se produz uma falha no alternador ou no conjunto do circuito de corrente de carga, esta provoca uma variação da tensão. O componente de CA da tensão, neste caso, pode superar os 2 V, porque a tensão da rede de bordo cai da tensão do alternador para a tensão da bateria.

[Fig.12] Sinal medido pelo osciloscópio mostra um defeito intermitente no circuito de corrente de carga
do alternador