dinamo

Soggetti:

Generale
operazione
Rotore
statore
Preeccitazione, Autoeccitazione e Corrente di carica
Regolatore di tensione
Collegamenti dinamo
Diodi raddrizzatori
Tensione di ondulazione
Regolatore di tensione
Puleggia a ruota libera
Ventilatore
Recupero di energia
Possibili difetti sull'alternatore
Controllo della tensione e della corrente di carica

nel complesso:
Quando il motore è in funzione, la dinamo (chiamata in inglese "alternatore") assicura la carica della batteria e l'alimentazione delle utenze (come la radio, l'illuminazione, ecc.). La dinamo è azionata dal multi- cintura. La cinghia multipla aziona la puleggia dell'alternatore, che è collegata all'interno tramite un albero. L'energia cinetica viene convertita in energia elettrica (e calore) nella dinamo.
La velocità del motore influisce sulla tensione dell'alternatore. Più velocemente gira il motore, più velocemente gira la puleggia, consentendo di generare più potenza. La tensione non può essere troppo elevata ed è quindi limitata dal regolatore di tensione.
Maggiori informazioni sul regolatore di tensione più avanti.

Nella dinamo viene generata tensione alternata. La tensione CC viene applicata all'intero circuito elettronico dell'auto. La batteria può essere caricata anche solo con corrente continua. La tensione alternata viene convertita in tensione continua mediante i diodi nel ponte a diodi. L'entità della tensione generata dipende da:

La velocità con cui il conduttore e il campo magnetico si allontanano
La lunghezza degli avvolgimenti
La forza del campo magnetico

È possibile guidare senza alternatore. Se ad esempio è difettoso e non fornisce più tensione, è possibile continuare a guidare finché la batteria non è completamente scarica. Questo ovviamente non è consigliabile perché una scarica profonda può causare il guasto della batteria, ma l'auto può essere guidata (per una breve distanza) senza alternatore e senza cinghia multipla (in modo che possa eventualmente essere guidata su un rimorchio per il trasporto). .

Operazione:
La corrente è generata dal rotore che ruota nello statore. Il rotore è un elettromagnete; diventa magnetico solo quando una corrente lo attraversa. L'alternatore ha quindi bisogno dell'aiuto della batteria prima di poter iniziare a caricarsi. Il magnetismo rimanente nell'alternatore non è sufficiente per consentire alla corrente elettrica di fluire attraverso i diodi.

La corrente per rendere magnetico il rotore scorre dalla batteria, attraverso il blocchetto di accensione e la spia della corrente di carica fino al collegamento D+ dell'alternatore. La corrente fluisce quindi al rotore. La corrente scorre dal rotore a terra tramite il regolatore. All'inserimento del blocchetto di accensione si accende la spia della corrente di carica e contemporaneamente avviene la magnetizzazione dell'alternatore. Quando l'alternatore inizia a caricarsi, la spia della corrente di carica si spegne.
Quando l'alternatore si carica, i poli nord e sud si muovono rispetto allo statore. Ciò genera una tensione alternata nello statore. Con un giro del magnete, la tensione indotta nel conduttore assume la forma di un'onda sinusoidale, come mostrato in figura.

Poiché si tratta di tensione alternata e tutte le utenze dell'auto funzionano solo con tensione continua, è necessario comunque effettuare un raddrizzamento. I diodi assicurano che la tensione alternata venga convertita in tensione continua.
Anche la tensione e la corrente di carica devono essere limitate; Quando il motore gira ad alto numero di giri e sono accese poche utenze, l'alternatore necessita di una carica minima. Quando vengono accese più utenze, l'alternatore deve fornire più corrente di carica. A pieno carico può ammontare a 75-120 A (a seconda del tipo di vettura). Il funzionamento di tutto questo è descritto nei capitoli seguenti.

rotore:
Il rotore non è un magnete permanente, ma un elettromagnete. Facendo passare la corrente attraverso il rotore, questo diventa magnetico e può essere generata una tensione alternata. La tensione generata può essere controllata aumentando o diminuendo la corrente del rotore. Questo è il compito del regolatore di tensione.
Il rotore ha artigli polari (poli nord e sud). Ogni metà con artigli polari è solitamente composta da 6 o 7 pali. L'altra metà è composta dallo stesso numero di poli, quindi ci sono 6 o 7 poli nord e 6 o 7 poli sud. Parliamo quindi di 12 o 14 coppie di poli. Il numero di coppie polari influenza la tensione generata nello statore.

Il campo magnetico nell'alternatore viene creato quando il rotore è energizzato. Ciò accade già quando si inserisce il motore dell'auto. Per energizzare il rotore, una corrente di campo viene inviata attraverso gli avvolgimenti di campo. Questa corrente proviene dalla batteria e viene trasferita agli avvolgimenti di campo tramite gli anelli collettori e le spazzole di carbone. Questo va dal polo nord al polo sud, perché un anello collettore è collegato al polo nord e l'altro al polo sud.

Una volta rimosso il rotore, è possibile misurarlo per verificare la presenza di difetti. La resistenza del rotore è spesso intorno ai 3 Ohm. Per il valore esatto fare riferimento ai dati di fabbrica.

Statore:
L'alternatore utilizzato in quasi tutte le auto è un alternatore trifase. Ciò significa che l'alternatore è costituito da tre bobine dello statore collegate a un nucleo dello statore e a un rotore. Ciascuna bobina dello statore produce la propria tensione alternata generata. Poiché tutte le bobine dello statore sono montate ad un angolo di 120 gradi l'una rispetto all'altra, anche le tensioni generate sono sfasate di 120 gradi. Queste tensioni vengono raddrizzate dai tre diodi negativi e dai tre diodi positivi (quindi un totale di sei diodi).

Il nucleo dello statore è costituito da piastre impilate, separate l'una dall'altra da materiale isolante. Il nucleo dello statore rafforza il campo magnetico nell'alternatore e quindi aumenta la tensione generata. Le bobine dello statore possono essere collegate in due modi; mediante una connessione a triangolo (riconoscibile dalle connessioni 3×2) e una connessione a stella (4 connessioni, di cui 3 connessioni libere e una connessione in cui le 3 estremità delle bobine sono collegate tra loro. La connessione a stella è la più comune , perché consente di ottenere un'alta tensione più velocemente.La connessione a triangolo viene utilizzata per le dinamo che devono fornire molta potenza.
Nel momento in cui una bobina dello statore entra in contatto con il nucleo dello statore (cortocircuito a terra) o se una delle bobine viene interrotta (rottura del filo), lo statore non funziona più correttamente. È possibile utilizzare un multimetro per verificare se è presente un cortocircuito a terra o una rottura del cavo. Ad una condizione; le bobine dello statore devono essere scollegate; entrambe le estremità non devono entrare in contatto con altri componenti. Spesso è sufficiente dissaldare. La resistenza delle bobine deve essere molto piccola; circa 0,05 ohm. La resistenza tra le bobine dello statore e il nucleo dello statore deve essere infinitamente grande. Se c'è resistenza (se è estremamente alta), allora c'è una connessione.

L'immagine sotto mostra uno statore e un rotore smontati. In realtà, il rotore ruota nello statore e semplicemente non si toccano.

Preeccitazione, autoeccitazione e corrente di carica:

Pre-accensione:
Il motore è spento e la spia è accesa. La corrente di preeccitazione va a massa tramite la batteria, il blocchetto di accensione, il rotore e il controller. Ciò è possibile perché il diodo Zener nel regolatore di tensione viene interrotto e la corrente di base T1 viene resa conduttiva perché T2 smette di condurre.

Auto-potenziamento:
Quando il motore viene avviato, il rotore viene reso sufficientemente magnetico da passare all'autoeccitazione. La corrente di autoeccitazione passa quindi attraverso i diodi raddrizzatori (lato negativo) alla bobina dello statore, quindi attraverso i diodi di campo al rotore e attraverso il regolatore a terra.

Corrente di carica:
Nella bobina dello statore viene generata una tensione alternata perché il rotore ruota attraverso di essa. La linea verde indica il percorso della corrente dalla bobina dello statore V. La corrente viene raddrizzata da un diodo raddrizzatore (da tensione alternata a tensione continua) e passa attraverso il collegamento B+ alla batteria e alle utenze.

La corrente di carica che arriva alla batteria e alle utenze tramite il collegamento dell'alternatore B+ fornisce l'intera alimentazione di corrente dell'auto. A motore spento l'alternatore non fornisce energia. Tutti i consumatori utilizzeranno quindi l'energia della batteria.
Quando il motore è in funzione, l'alternatore deve essere in grado di fornire energia sufficiente per alimentare tutte le utenze. Quando il motore è in funzione, non è mai previsto l'utilizzo dell'alimentazione proveniente dalla batteria. La corrente di carica di un alternatore dipende dal numero di utenze e dallo stato di carica della batteria. La corrente di carica massima è indicata sull'alternatore (normalmente tra 60 e 90A).

La tensione di carica dell'alternatore può essere facilmente controllata in caso di dubbi sul fatto che l'alternatore si stia caricando correttamente o meno. Misurando il polo positivo e quello negativo della batteria con un voltmetro (multimetro) mentre il motore è in funzione (la tensione dell'alternatore è direttamente su questo), è possibile verificare se l'alternatore si carica correttamente:

Se la tensione è di circa 14,2 volt quando il motore è in funzione, l'alternatore funziona come dovrebbe
Se la tensione è di 13,8 volt, la batteria è quasi carica e le utenze sono spente. L'alternatore non deve fornire molta tensione e quindi non lo fa. La tensione di carica va bene
Se la tensione è pari o inferiore a 12,4 volt, significa che l'alternatore non si carica correttamente. Questa è la tensione che ha anche una batteria carica. Quindi c'è un problema con l'alternatore.
Se la tensione è inferiore a 12,4 volt, l'alternatore non si caricherà più. La batteria continuerà a scaricarsi finché la tensione non raggiunge 8 volt. Quindi il motore si fermerà e non funzionerà più nulla.

In quest'ultimo caso, cioè quando l'alternatore non si ricarica più, puoi scegliere di sostituire l'alternatore. Questo è spesso molto costoso ed è più economico cercare un alternatore ricondizionato. Esistono molte ditte di revisione che smontano completamente l'alternatore e lo riportano come nuovo. Ciò può far risparmiare (più) della metà del nuovo prezzo.
Assicurati sempre di scollegare il terminale negativo della batteria quando sostituisci l'alternatore! Se non lo fai e il collegamento B+ (che rimuovi dall'alternatore) tocca la carrozzeria o il blocco motore in metallo, si otterranno scintille a causa di un corto circuito. Le unità di controllo elettroniche costose possono quindi diventare difettose.

Regolatore di tensione:
Quando la tensione sale al di sopra della tensione regolata, il diodo Zener (nello schema sopra) si accende, facendo sì che la base di T1 sia collegata a terra da T2. T1 si spegne, il campo magnetico scompare, provocando una caduta di tensione dell'alternatore.
Ciò fa sì che la corrente del rotore venga a mancare, impedendo all'alternatore di ricaricarsi per un breve periodo. Accendendo e spegnendo continuamente T1, la tensione viene regolata.

La figura mostra un rotore allentato con un regolatore di tensione allentato fissato contro di esso. Il regolatore di tensione è montato tra i collegamenti D+ e DF dell'alternatore e trascina le sue spazzole di carbone sul rotore. Quando un'utenza è accesa (ad esempio l'illuminazione), la corrente di carica scende brevemente da 14,4 a 13,8 Volt. Il regolatore di tensione lo assorbe e regolerà rapidamente la tensione su un valore superiore a 14,4 volt.

Di seguito puoi vedere 2 immagini dell'oscilloscopio misurate sulla connessione DF dell'alternatore. Questi segnali vengono trasmessi alla centralina del motore. Per intenderci, il rotore è magnetico nella parte inferiore di entrambe le immagini.

Il segnale nel grafico è stato misurato mentre erano accesi pochi o nessun consumatore. Il rotore è quindi minimamente magnetico. Il ciclo di lavoro qui è di circa il 10%.

Il segnale nel grafico seguente è stato misurato mentre molti consumatori erano accesi. Qui il rotore viene energizzato molto di più per raggiungere la corrente di carica di 14,4 volt. Il ciclo di lavoro qui è di circa il 50%.

Collegamenti dinamo:

B+ va alla batteria; Attraverso questo passaggio passano la tensione e la corrente di carica.
D+ è la tensione di controllo del rotore per la regolazione della tensione dell'alternatore.
D- è la massa dell'alternatore.
W è un collegamento precedentemente utilizzato per i tachimetri dei vecchi motori diesel. Al giorno d'oggi non esiste più.
DF o LIN sono la possibile connessione per il controllo dell'eccitazione del rotore dal sistema di gestione del motore.

Diodi raddrizzatori:
L'alternatore fornisce tensione alternata, ma poiché nell'auto viene utilizzata solo tensione continua, la tensione alternata (CA) deve essere convertita in tensione continua (CC). Questo viene fatto dai diodi raddrizzatori. Diodi consentire alla corrente di fluire solo in una direzione. Viene utilizzata la parte positiva della corrente alternata, la parte negativa viene persa.

L'immagine mostra un ponte a diodi smontato. Lo spillo rosso indica uno dei tre mini diodi.
I diodi positivi si trovano dall'altra parte del ponte a diodi. Il perno è la connessione B+, su cui è montato il cavo spesso che va alla batteria.

Questo è il principio di un alternatore monofase. Nell'immagine sopra (a destra) puoi vedere che la fase è costantemente interrotta, non c'è tensione per un po', e poi c'è di nuovo una fase. Quindi non viene generata tensione nella parte tra le fasi. Per evitare ciò, negli alternatori trifase vengono utilizzati collegamenti a stella e a triangolo. Questo produce il risultato seguente.
L'immagine sotto mostra 3 colori diversi; nero, rosso e blu. Queste sono tutte fasi separate. L'immagine mostra che c'è molto spazio tra, ad esempio, le fasi nere. Questo spazio viene colmato collegando le altre fasi. Questo crea un'alimentazione graduale.

Tensione di ondulazione:
Dopo aver rettificato la tensione mediante i diodi raddrizzatori, rimane sempre una piccola ondulazione. Il segnale non è mai bello e piatto. La tensione di ripple non deve mai superare i 500 mV, poiché ciò potrebbe causare malfunzionamenti o difetti nell'elettronica dell'auto.
L'immagine mostra un'immagine dell'oscilloscopio misurata sulla batteria. Questa immagine cambierà quando cambia la velocità del motore o quando vengono accese le utenze.

Regolatore di tensione:
Il regolatore di tensione attiva e disattiva il campo magnetico attivando e disattivando la corrente attraverso il rotore. Il regolatore di tensione garantisce che la tensione di carica rimanga costante (tra 13,2 e 14,6 volt). L'entità della tensione di carica dipende tra l'altro dalla velocità. Più velocemente gira l'albero motore, più velocemente girerà il rotore. Se la tensione non venisse regolata, potrebbe salire fino a 30 volt ad alta velocità. Ciò viene impedito dal regolatore di tensione. L'immagine mostra un regolatore di tensione separato. Nella maggior parte dei casi questo è visibilmente attaccato all'alternatore.

La tensione generata dipende non solo dalla velocità del motore, ma anche dal numero di spire dello statore e dall'intensità del campo magnetico del rotore. Il numero di giri dello statore viene determinato durante la progettazione dell'alternatore, ma è possibile controllare l'intensità del campo magnetico del rotore. Questo può essere ridotto spegnendo e accendendo il rotore molto rapidamente. Se la tensione diventa elevata, il rotore si spegne. Se la tensione è troppo bassa, il rotore si riaccende. In questo modo si crea un'intensità di campo media in successione molto rapida. La tensione di carica rimane quindi il più possibile costante.

Quando la tensione sul terminale positivo dell'alternatore (D+) è inferiore alla tensione di regolazione, una corrente fluisce da D+ attraverso il rotore fino a D- (terminale negativo) e viene generata una tensione nell'alternatore. La tensione generata viene nuovamente impostata su D+. Quando la tensione su D+ è superiore alla tensione di regolazione, viene raggiunta la tensione Zener (vedere l'immagine sotto), provocando l'accensione del transistor T2. Il transistor T1 non conduce quindi più corrente attraverso il rotore. In questo modo il campo magnetico viene disattivato e la tensione di carica diminuisce. Questa tensione continua a diminuire finché la tensione Zener non viene più raggiunta. Successivamente il transistor T2 si spegnerà e T1 tornerà a condurre. Questo ciclo si ripete costantemente.

Puleggia a ruota libera:
Al giorno d'oggi molti alternatori sono dotati di puleggia a ruota libera (vedi immagine sotto). Queste pulegge possono essere azionate solo in una direzione. Quando si rimuove la cinghia scanalata dalla puleggia e si gira manualmente la puleggia, si noterà che l'interno dell'alternatore ruota solo in una direzione e rimane fermo nell'altra direzione. Questo sistema serve a proteggere la cintura multipla. Quando il motore gira ad alta velocità e l'acceleratore viene rilasciato tutto in una volta, la velocità del motore diminuirà rapidamente. Una dinamo per carichi pesanti può rallentare un po’ meno rapidamente. Questa velocità diminuisce più lentamente della velocità del motore. La conseguenza è che la cinghia multipla viene sollecitata maggiormente e, nel peggiore dei casi, viene tagliata a metà, poiché la cinghia multipla deve poi frenare l'alternatore. Con una puleggia a ruota libera, l'alternatore si muoverà durante l'accelerazione, ma funzionerà alla propria velocità durante la decelerazione.

La puleggia è montata con la filettatura sull'albero del rotore (vedi immagine sopra). La parte esterna della puleggia porta con sé solo la parte interna in un senso di rotazione. Il dispositivo di bloccaggio garantisce che la parte interna sia bloccata contro la parte esterna. La puleggia completa verrà quindi bloccata, in modo che l'alternatore venga azionato dalla cinghia multipla. Quando si rilascia il pedale dell'acceleratore, la parte interna ruota ad una velocità maggiore rispetto alla parte esterna; la velocità del motore è scesa più velocemente della velocità del rotore. In questo caso il dispositivo di bloccaggio non è in funzione, il che significa che i cuscinetti a sfera consentono al rotore di avere una velocità diversa rispetto all'albero motore.

L'immagine mostra un alternatore dotato di puleggia a ruota libera.

Ventilatore:
L'alternatore si riscalda quando deve fornire energia. Per evitare che si surriscaldi, deve essere raffreddato. La ventola interna all'alternatore fornisce il raffreddamento. Al giorno d'oggi esistono anche alternatori collegati al sistema di raffreddamento del motore. Il liquido refrigerante fornisce il raffreddamento.

Recupero di energia:
Se l'alternatore si carica alla sua capacità massima (con molte utenze accese), si verificherà un ulteriore consumo di carburante. Questo perché l'alternatore ruoterà più pesantemente perché il campo magnetico nello statore sarà maggiore. Il campo magnetico farà girare il rotore più pesantemente e l'albero motore dovrà tirare con maggiore forza la cinghia multipla per spostarla. Oggi i produttori di automobili hanno trovato una soluzione pratica a questo problema. L'alternatore si carica sempre, ma non si ricarica semplicemente alla sua capacità massima durante la guida (a meno che la batteria non sia veramente scarica). La ricarica massima avviene quando la vettura frena utilizzando il motore. Ad esempio quando il conducente toglie il piede dall'acceleratore e lascia che l'auto proceda per inerzia (ad esempio al semaforo o all'uscita dell'autostrada). L'auto in quel momento non consuma carburante e l'energia cinetica (energia di movimento) del veicolo assicura che l'auto continui a rotolare. La batteria è ora completamente carica finché non si preme nuovamente l'acceleratore. In quel momento l'alternatore garantisce che la tensione di alimentazione rimanga stabile.
Questo metodo di ricarica comporta un minor consumo di carburante.

Possibili difetti sull'alternatore:
Potrebbero esserci una serie di problemi o difetti tipici nell'alternatore. Il tecnico spesso sa cosa può controllare o misurare successivamente. Di seguito sono riportati alcuni reclami tipici:

La spia della corrente di carica si accende normalmente durante la preeccitazione, ma si spegne solo quando il motore gira ad un regime più elevato; difetto nell'alternatore (probabilmente un diodo di campo difettoso).
Stessa lamentela di cui sopra, solo che si illumina debolmente anche quando il motore gira ad alta velocità o quando sono accese molte utenze; difetto nell'alternatore (probabilmente un diodo difettoso).
La spia della corrente di carica si accende debolmente durante la preeccitazione, ma si spegne solo quando il motore gira ad un regime più elevato; (probabilmente un difetto dell'alternatore o un difetto del cablaggio o dei suoi collegamenti).
La spia della corrente di carica non si accende durante la preeccitazione o quando il motore è in funzione; (alternatore difettoso, cablaggio/collegamenti inadeguati o spia della corrente di carica difettosa).

Controllo della tensione e della corrente di carica:
La quantità di energia fornita dall'alternatore dipende dalla sua capacità e dal fabbisogno delle utenze e della batteria accesa. Ad esempio, l'alternatore deve essere in grado di fornire 100 A per alimentare tutte le utenze e caricare contemporaneamente una batteria scarica. La quantità di energia fornita dall'alternatore scende quasi a zero quando la batteria è carica e nessuna utenza è accesa. La capacità massima dell'alternatore è spesso indicata sulla targhetta o su un adesivo applicato sull'alternatore. Questo è spesso compreso tra 65 A e 120 A. Questo è spesso indicato come segue: 14V 17/85A. Ciò significa: tensione regolata (14 V), corrente di carica (17 A) a 1800 giri/min e corrente di carica (85 A) a 6000 giri/min dell'alternatore (non la velocità dell'albero motore).

Se è presente un difetto nell'alternatore o nel cablaggio, la capacità massima potrebbe non essere raggiunta al carico massimo. Questo può essere verificato controllando la corrente di carica. Ciò può essere fatto caricando l'alternatore il più in alto possibile con speciali apparecchiature di prova mentre il motore è in funzione o accendendo quante più utenze possibili (come il riscaldamento del sedile, il riscaldamento del lunotto, tutte le luci, il motore della ventola al massimo livello , eccetera.). Il valore della corrente di carica può essere determinato utilizzando a pinza di corrente essere controllato. Il valore misurato deve corrispondere al valore indicato sull'alternatore.
La tensione regolata può essere controllata utilizzando il multimetro misurare la tensione tra il collegamento B+ e la massa ad un regime motore aumentato (2000 giri/min). La tensione regolata dovrebbe essere compresa tra 13.8 volt e 14.5 volt.
Per verificare se il cablaggio è corretto si può misurare la differenza di tensione tra il polo positivo della batteria e il collegamento B+ dell'alternatore; la tensione deve essere inferiore a 0,3 V. In caso contrario, il problema riguarda il cavo o i collegamenti del cavo.
Se il circuito di terra non è buono, non avrai problemi solo con il sistema di ricarica, ma anche con altri sistemi. Il circuito di massa può essere controllato facendo girare il motore a 2000 giri/min e collegando il voltmetro tra il terminale negativo della batteria e l'alloggiamento dell'alternatore. Anche questa tensione deve essere inferiore a 0,3 V.