Appunti sull'alternatore

In questo periodo stiamo mettendo mano al Lamborghini 654 e, dopo aver riparato il sistema di guida idrostatica abbiamo messo mano all'alternatore che, da tempo, non caricava più la batteria. La sostituizione del regolatore (scatoletta nera nella foto a sinistra) ha risolto tutti i problemi: ora la batteria viene caricata.

Con l'occasione ho voluto studiare il circuito dell'alternatore e in particolare del regolatore per capire come funziona.

Le considerazioni che seguono sono quindi frutto delle mie analisi e possono essere sbagliate od incomplete: è bene non prenderle come unico ed inconfutabile riferimento.

L'alternatore funziona seguendo la legge di Faraday - Lenz secondo la quale il campo magnetico rotante generato dal rotore induce negli avvolgimenti statorici un forza elettromotrice (leggi tensione) proporzionale ad esso e alla velocità di rotazione. Il campo magnetico del rotore dipende a sua volta dalla corrente di eccitazione che il regolatore fa circolare sull'avvolgimento rotorico. E' quindi possibile controllare la tensione di uscita dell'alternatore andando a modificare la corrente di eccitazione. Di seguito lo schema elettrico di un alternatore inserito nel circuito elettrico di un autoveicolo.

Nei tre avvolgimenti dello statore viene indotta una tensione alternata quasi sinusoidale che deve essere raddrizzata dal ponte di diodi a destra per poi essere inviata, tramite il contatto B+, alla batteria. Altri tre diodi raddrizzano la stessa tensione alternata sul contatto D+ a cui sono collegati il regolatore e la lampadina spia sul cruscotto.

Il regolatore viene alimentato dal contatto D+ e in base al valore della tensione di questo contatto modifica la tensione del contatto DF (immaginavo che F stia per "flottante" - "floating" in realtà un commentatore mi ha fatto notare che probabilmente F sta per "field" - "campo") modificando di conseguenza la corrente che circola sull'avvolgimento rotorico. Il contatto D- va collegato alla carcassa dell'alternatore a sua volta collegata al negativo della batteria.

Quindi ad alternatore fermo il regolatore viene alimentato dalla batteria attraverso la lampada spia che si accende. Appena l'alternatore inizia a girare e quindi a produrre energia elettrica, è l'alternatore ad alimentare il regolatore tramite i tre diodi collegati al contatto D+ e dunque la lampadina spia si spegne.

Il contatto W, non sempre presente negli alternatori, consente di prelevare un segnale alternato la cui frequenza è proporzionale ai giri dell'alternatore e quindi del motore. Questo segnale viene usato dai contagiri elettronici per mostrare i giri del motore dell'autoveicolo.

Con non poche difficoltà ho cercato di aprire il regolatore per scoprirne lo schema elettrico. Dentro la scatoletta di platisca nera era stata colata della resina per imprigionare tutti i componenti elettronici proteggendoli dagli agenti atmosferici e da sguardi indiscreti.


Armato di taglierino e tanta pazienza ho scoperto tutti i componenti riuscendo a scoprire, con qualche incertezza, lo schema elettrico (parziale) disegnato qui sotto.

Lo schema è parziale perché mancano i condensatori che ottimizzano stabilità e risposta in frequenza e non sono sicuro del tipo di transistor Q3 in quanto era impossibile leggere la sigla: se è un BJT dovrebbe trattarsi di un PNP, se è altro non saprei.
Q1 e Q2 sono in configurazione ad emettitore comune e variano il loro punto di lavoro in funzione del valore della tensione di uscita dell'alternatore. Q3 è in configurazione a collettore comune: si comporta come un inseguitore di tensione a meno delle zone di intervento dello Zener DZ2. Infatti, DZ2 impedisce che la tensione della spazzola DF salga troppo col rischio di ridurre troppo la corrente di eccitazione dell'alternatore andando a "spegnerlo" facendo riaccendere la lampadina spia durante il funzionamento.

33 commenti:

Anonimo ha detto...

Salve e felice giornata a Lei:nell'alternatore della fiat 500 il regolatore è già incorporato?
Ho visto dei video "bike alternator " come è possibile con pochissimi giri e soprattutto senza modifiche sull'alternatore auto ottenere una scarica di corrente ?
Io collego il filo fino nero/viola D+ al polo positivo di una batteria da 45A/h e la carcassa la pinzo con il negativo ,ma quando pedalo il tester segna che scarico la batteria o resta fermo ,ma mai che carica :"devo collegare una bobina auto 16volt al più della batteria per l'eccitazione o accensione più decisa dell'alternatore? (marco.zorba@yahoo.it) /Xp+:
Salutissimi!!

Andrea Urbini ha detto...

Fiat 500 quale? Se parliamo di quella storica e famosa probabilmente aveva una dinamo e non un alternatore; non so rispondere sul tipo di regolatore. Se parliamo di quella polacca degli anni 90 allora aveva sicuramente un alternatore con regolatore incorporato nel portaspazzole.

Come si vede dallo schema, al positivo della batteria vanno collegati B+ e D+ (D+ va scollegato dalla batteria ad alternatore fermo altrimenti è possibile che scarichi la batteria).

Anonimo ha detto...

Confermo, io ho fatto la solita cosa anche con alternatori con regolatore a relè. Ciao da un tuo omonimo.

Anonimo ha detto...

buonasera, vorrei chiederle se ad un alternatore senza la presa W, questa si può fare. grazie

Andrea Urbini ha detto...

Il segnale W è un'onda sinusoidale generata da un singolo avvolgimento dell'alternatore. Il punto più comodo per recuperarlo penso sia sul ponte di diodi interno all'alternatore. Devi aprire l'alternatore e stagnare un cavo dove uno dei tre avvolgimenti è collegato ai diodi. Buona fortuna.

Anonimo ha detto...

BUONGIORNO, SONO PINO, TI SEGNALO QUESTA ANOMALIA: MI SI E' STACCATO IL FILO CHE PORTA IL POSITIVO ALLA SPAZZOLA DI ECCITAZIONE, ME NE SONO ACCORTO SOLO QUANDO MI SI E' BLOCCATO IL CAMMION IN AUTOSTRADA CON LA BATTERIA SCARICA!!!, IN QUESTO CASO NON ABBIAMO NESSUNA SEGNALAZIONE IN CABINA, (IL MIO CAMMION NON HA IL VOLTMETRO SUL CRSCOTTO)

Iso ha detto...

Buongiorno, grazie della bella spiegazione.
Cosa succede se si fulmina la lampadina della spia? mi pare che l'alternatore non possa più eccitarsi e che quindi non carichi più la batteria, ma mi pare assurdo che una lampadina fulminata possa lasciare a piedi.... E' corretto?

Andrea Urbini ha detto...

Gli alternatori moderni hanno tutto integrato in un unico blocco quindi non c'è più la possibilità che si stacchi il cavo tra regolatore e spazzola di eccitazione.

Andrea Urbini ha detto...

@Iso: ho aggiunto ora un paragrafo nell'articolo. La spia serve solo ad eccitare l'alternatore quando è fermo. Una volta in moto l'alternatore si eccita da solo tramite i tre diodi. Per questo è fondamentale verificare sempre che si accenda la spia gialla dell'alternatore prima di avviare il motore. Una volta in moto la spia diventa inutile: potresti anche staccarla e la batteria comunque verrebbe ricaricata.

Unknown ha detto...

ho un alternatore della bosch 12 v 150 ampere ho il cavo rosso della batteria ho un filo più piccolo e basta come faccio a collegarlo grazie per la risposta

Mario ha detto...

Se la lampadina spia è bruciata e quindi inserendo il quadro non arriva comunque corrente sul D+, una volta messo in moto, l'alternatore arriverà ha produrre comunque una corrente di carica, in qualche modo (ad esempio, un numero elevato di giri)?
O, invece, resta inattivo e quindi niente carica della batteria?

Andrea Urbini ha detto...

Ciao Mario, potrebbe produrre solo se il rotore fosse dotato di sufficiente magnetismo residuo in grado di indurre corrente nello statore come fa una "dinamo" da bicicletta.

A quanto ne so non c'è abbastanza magnetismo residuo per fare partire l'induzione.

Frank ha detto...

Salve, bella spiegazione, ma mi chiedevo: come fa l'alternatore a sapere quanto è scarica la batteria e quanta corrente inviarle? Stiamo discutendo tra amici, qualcuno sostiene che è il D+ a fare da feedback, io invece non credo, anche perché su un camper o una barca, ditata di batterie servizi oltre che quella motore a cui è collegato il D+, come verrebbero ricaricate? In questi casi c'è un separatore/ripartitore su cui arriva il B+ dall'alternatore e questo ripartitore va poi a inviare la corrente alle batterie servizi e quella motore in modo separato appunto, avendo il separatore due uscite separate. Dunque io credo che siano le stesse batterie a richiedere più o meno corrente all'alternatore in base al loro stato di carica e nulla c'entra il D+, che serve solo ad alimentare il regolatore dell'alternatore. Opinioni a riguardo? Grazie

Andrea Urbini ha detto...

Ciao Frank. La batteria assorbe corrente in funzione della quantità di carica al suo interno rimanendo entro i limiti della tensione ammessa dalla batteria. Considera l'alternatore come un generatore di tensione ideale fino al raggiungimento della corrente di targa.

Una batteria scarica sta a 12V mentre l'alternatore sta a 14V in questo caso la corrente di ricarica è limitata dalla resistenza dei cavi e dal limite di targa dell'alternatore. (2 Volt diviso la resistenza dei cavi)

Quando la batteria si carica, la tensione interna sale a quasi 14V e la corrente di ricarica quasi si azzera perché non c'è differenza di tensione.

Giocando con gli alternatori ho montato un regolatore Marelli su un alternatore Bosch. L'alternatore si fermava a 15V anziché a 14V. La carica della batteria non si fermava perché una batteria al piombo non sale a più di 14V. Con il trattore a massimo regime per molte ore ho trovato la batteria che bolliva e sputava acido proprio perché la ricarica non si è fermata.

Frank ha detto...

Grazie. Quindi è la batteria che chiede all'alternatore quanto è carica e quanta corrente inviarle tramite il cavo B+ e non il D+, giusto?

Andrea Urbini ha detto...

"Chiede" non credo sia il termine corretto. La tua lavatrice "chiede" la corrente alla centrale dell'Enel tramite la presa collegata al muro?

Durante il funzionamento D+ e B+ coincidono (hanno lo stesso potenziale). Se non lo avessero la spia si accenderebbe.

È chiaro che durante la ricarica della batteria, riducendosi la corrente necessaria per la ricarica, si ridurrà la corrente che l'alternatore deve erogare. Senza il regolatore aumenterebbe la tensione sull'uscita dell'alternatore. Il regolatore invece modifica la corrente di eccitazione (modificando la tensione di DF rispetto quella su D+ che, ricordo, coincide con quella su B+) mantenendo costante la tensione di uscita dell'alternatore.

L'alternatore non "sa" che sta alimentando una batteria come l'Enel non "sa" che sta alimentando la tua lavatrice. Di conseguenza mi è difficile immaginare che i carichi "chiedano".

Frank ha detto...

È la lavatrice che chiede una determinata corrente all'enel, altrimenti l'enel le darebbe 3.5kw e la brucerebbe. Una batteria è un accumulatore, man mano che si riempie, il suo voltaggio sale e l'alternatore sente su B+ quanta corrente erogare ancora, questo intendevo. È un continuo feedback. Ora la mia domanda era: questo feedback avviene sul cavo B+ e non sul D+, ti trovi? Anche perché se sul B+ installiamo un ripartitore fi carica per caricare 2 batterie separate, come farebbe l'alternatore a modificare la corrente tramite il D+ che è solo collegato alla batteria motore?

Andrea Urbini ha detto...

Tralasciando la terminologia a mio parere errata, una volta che l'alternatore è in grado di erogare (diodi in conduzione), B+ e D+ coincidono.

Il regolatore regola la tensione su B+ e D+ senza sapere lo stato del carico e la sua composizione. Su B+ e D+ troverai sempre 14V indipendente dal fatto che tu colleghi 0 batterie, 1 batteria, 4 fari o 10 batterie con ripartitore di carica (purché rimani al di sotto della corrente di targa dell'alternatore).

Frank ha detto...

La tensione in uscita dall'alternatore su d+ e b+ è sempre uguale, ovvio, e fin qui ci siamo. Il punto è un altro: sto chiedendo come fa il regolatore dell'alternatore a sapere se e quanto le batterie sono cariche? Attraverso il D+ o attraverso il B+?
Secondo me attraverso il B+, che è un cavo di sezione molto più grande, perché trasporta appunto corrente per ricaricare le batterie, mentre il cavo d+ è solo da spia/eccitazione, non affidabile come lettura dello stato delle batterie (anche perché collegato solo alla batteria motore poi...)

Andrea Urbini ha detto...

L'alternatore non legge e non deve leggere lo stato delle batterie.

Frank ha detto...

Ok, quindi come fa a capire quanta corrente inviare a una batteria distinguendola da carica o scarica? È la batteria stessa che chiede all'alternatore, tramite sempre in cavo B+, ti trovi?

Luigi ha detto...

Salve ho una Citroen C3 1.1 benzina afflitta da problemi al regime minimo(pendolamenti).Dopo una infinità di controlli ho notato che staccando il filo D+ dall'alternatore il minimo si stabilizza.Ho sostituito l'alternatore con un'altro usato pensando fosse il regolatore di tensione ma il problema rimane.
Ho girato per un pò di km con il filo staccato la tensione dai 14v è passata a 13,7v ma l'auto va bene.Domanda da inesperto:perché con il filo staccato il motore gira regolare,e a lungo andare può dar problemi.Grazie del tempo dedicatomi.

Andrea Urbini ha detto...

Ciao Luigi, staccando il D+ spegni alternatore. Girando col D+ scollegato il destino della batteria è segnato: si scaricherà con i fari accesi.

Ritengo che il tuo problema sia in uno dei diodi che si è interrotto. In questa condizione la tensione generata dall'alternatore contiene ancora delle importanti componenti sinusoidali che probabilmente vanno a disturbare la centralina del motore.

Ignoro se sia semplice cambiare i diodi (probabilmente i sei diodi sono in un unico blocco) o è necessario lo cambiare l'alternatore.

Michele ha detto...

Buonasera, buona la spiegazione del signor Urbini e divertente lo scambio con Frank. A parte questo, non mi torna tanto come se la giochino i 3 diodi del D+ e il ponte trifase principale. In effetti la massa D- attraverso il ponte trifase continua a oscillare tra un capo e l'altro degli avvolgimenti di statore, mentre D+ è sempre riferito a centro stella. Insomma D+ e D- si muovono tra loro... non mi torna al 100%.

Andrea Urbini ha detto...

Ciao Michele. Tra D+ (a regime deve coincidere con il potenziale di B+) e D- (che coincide sempre col negativo della batteria) c'è la tensione della batteria. Nessuna oscillazione.

Luigi ha detto...

Ciao Andrea...grazie per l'attenzione.Avendo già sostituito l'alternatore con un'altro di usato avrei escluso il problema al regolatore.Sembrerebbe come se il D+ avesse un falso contatto.Da come descritto sopra il D+ porta il positivo tramite la lampadina spia all'alternatore per eccitarlo,ma spieghi anche che una volta avviato il motore il D+ si potrebbe anche staccare perche l'alternatore si autoalimenta.Non sono un'esperto ma vorrei capirne di più.
Grazie

Andrea Urbini ha detto...

Luigi hai ragione. Staccando il D+ inteso come il filo della spia ad alternatore in generazione, l'alternatore continua a caricare la batteria perché il regolatore è alimentato dai tre diodi disegnati a sinistra.

Simone S. ha detto...

Buongiorno. Volevo segnalare che, se ben ricordo, nella sigla DF F sta per "Field", cioé "campo" di eccitazione; D stava per Dinamo, poi ha continuato ad essere usata anche sugli alternatori. Riguardo a quel camionista che era rimasto con la batteria scarica, posso dire di aver avuto esperienza, in una VW Golf del 1975, dell'alternatore che era eccitato in serie con la lampada spia, e che non caricava se la spia era bruciata. Fortunatamente ora tutti gli alternatori, o quasi, hanno la regolazione a bordo e caricano perfino a quadro spento. Buona condivisione e proficuo confronto a tutti.

Andrea Urbini ha detto...

Ciao Simone S.. Grazie per la dritta sul significato di DF. Aggiorno l'articolo.

Roberto S. ha detto...

Buongiorno, io ho acquistato una vecchia barca che ha ancora l'alternatore con regolatore esterno. Non mi si spegne la spia dell'alternatore e non carica. Ho fatto un po di indagini, il regolatore ha tre contatti +, -, DF. La spia è in serie all'ingresso + del regolatore, il - è collegato alla massa ed infine DF al rotore. In condizioni normali, con quadro alimentato e motore che gira, all'ingresso + arrivano circa 2v (immagini perché il regolatore è in serie con la lampadina), l'uscita DF è a zero volt ed ovviamente l'alternatore non butta fuori niente. Ho provato a portare la 12v direttamente all'ingresso + cortocircuitando la lampadina e l'alternatore inizia a funzionare.
Questa soluzione non può essere però quella definitiva, perché la lampadina mi serve come indicazione del corretto funzionamento.
Quale potrebbe essere il problema e come lo potrei risolvere?

Anonimo ha detto...

Salve a tutti, sono Renato, e da oltre 1 mese sto impazzendo perchè nonostante l' alternatore carichi, la spia batteria a motore avviato si spenga, quando fermo il motore la spia si accende. Al momento: unica soluzione staccare tutti i cavi della batteria motore (Ducato 230 camper). Solo il negativo non basta.
Qualche idea come fare a trovare il guasto ??? Grazie a tutti.

Marco ha detto...

Luigi, mi sa che ho il tuo stesso problema. Tu come hai risolto? Grazie

Anonimo ha detto...

buonasera, ho cambiato alternatorevin barca ma con il nuovo alternatore funziona tutto anche la carica delle batterie perché il voltmeyro sale a 14 ma girando la chiave per spegnere il motore questi non si spegne piu

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