Generatori di corrente nelle autovetture

All’inizio della storia dell’industria automobilistica, era concepibile che un’auto, un trattore o una moto a motore potessero funzionare senza un solo ampere di elettricità. Oggi, un’auto, sia essa elettrica o a combustione, non può nemmeno essere avviata senza elettricità. Le batterie del veicolo forniscono l’elettricità necessaria per l’avviamento, ma si scaricano durante il viaggio. Per superare questo fenomeno, i produttori hanno utilizzato la tecnologia che esisteva prima delle prime automobili per generare elettricità.

Inizi

Innanzitutto, vale la pena ricordare che fino agli anni ’60 la fonte di elettricità nelle automobili era un generatore, noto anche come “dinamo”.

Si tratta di un dispositivo elettrico che produce corrente continua dall’energia meccanica. Il principio di funzionamento stesso fu sviluppato dallo scienziato ungherese Ányos Jedlik nel 1861.

Il principio della dinamo non è altro che il principio di autoeccitazione. Qualsiasi oggetto di ferro esposto a un magnete produrrà un campo magnetico per un certo periodo. Se attorno a questo campo relativamente debole è avvolto un conduttore o una bobina, l’intensità del campo aumenterà in modo significativo. Di conseguenza aumenta anche la tensione: può essere aumentata fino a quando il ferro non è saturo magneticamente o fino a quando non viene limitata dal regolatore.

La parte del rotore di una dinamo automobilistica era realizzata in ferro dolce per ridurne la dissipazione magnetica. Le bobine venivano posizionate nelle scanalature del rotore e le loro estremità erano collegate ad un commutatore. Parte della corrente veniva rimandata allo statore dal regolatore di tensione, aumentando così l’eccitazione.

Alla fine, la sua progettazione rese il dispositivo obsoleto: l’elevato peso proprio, la durata insufficiente delle spazzole del collettore e la potenza inferiore rispetto ai generatori ne portarono allo spostamento.

Costruzione e funzionamento del generatore

Un generatore, come una dinamo, è un dispositivo elettrico rotante. La differenza fondamentale tra loro è che un generatore produce corrente alternata, mentre una dinamo produce corrente continua.

Il dispositivo è costituito da un rotore eccitato e uno statore con un sistema di avvolgimento monofase o multifase. In alcuni casi, il rotore è magnetizzato in modo permanente, sebbene ciò non sia comune. Il rotore è posizionato permanentemente all’interno dello statore e collegato all’albero motore tramite cuscinetti, e il tutto è racchiuso in un alloggiamento.

Come nel caso di una dinamo, l’energia cinetica proviene sempre da una fonte meccanica. Il rotore viene ruotato dal motore, a seguito del quale le linee di induzione del rotore intersecano il sistema di avvolgimento dello statore, che crea tensione in esse.

Lo statore è fondamentalmente costituito da un avvolgimento trifase. Esistono diverse soluzioni pratiche per fornire il campo magnetico necessario al funzionamento: nelle macchine sincrone la corrente continua viene introdotta attraverso una struttura esterna con spazzole di carbone e anelli collettori, mentre nelle macchine asincrone viene generata da correnti parassite indotte in un rotore compatto.

Il generatore ha un notevole vantaggio rispetto ad una dinamo perché la tensione indotta può essere prelevata direttamente dallo statore, non necessita di un set di spazzole di carbone, quindi non sono necessari elementi di attrito che potrebbero usurarsi, rompersi o danneggiarsi. Allo stesso tempo, è molto più efficiente rispetto al suo peso e la sua installazione è meno problematica.

Va notato, tuttavia, che a differenza di una dinamo, un generatore non può produrre una tensione continua, quindi per alimentare un dispositivo CC, la corrente nelle bobine deve passare attraverso un raddrizzatore. Questa soluzione è utilizzata nelle autovetture.

Generatore o alternatore?

I dispositivi generatori utilizzati nelle automobili sono anche chiamati generatori, anche se ovviamente usiamo molto più spesso il termine “alternatore”.

Il suo design presenta un design “compatto”, con distintive prese d’aria radiali su entrambe le estremità dell’alloggiamento.

Un fattore importante negli alternatori per automobili sono le perdite dovute al raffreddamento, all’usura degli elementi metallici e di ferro e alla caduta di tensione sui ponti a diodi. Al di sopra di una certa velocità l’efficienza cala notevolmente, nel range ideale è intorno al 70-80%.

Malfunzionamento

L’alternatore è noto ai conducenti come un elemento permanente delle auto, la cui durata è uguale alla durata del motore: è improbabile che venga sostituito. Ciò non corrisponde necessariamente alla realtà.

Il guasto fondamentale e più comune è il danneggiamento dei cuscinetti. Nella maggior parte dei casi, questo è accompagnato da un suono caratteristico proveniente dall’interno del dispositivo. Allo stesso tempo, nei motori moderni, il volano dell’alternatore si rompe sempre più spesso.

Un malfunzionamento molto più spiacevole è il guasto del regolatore di tensione. Questo fenomeno è molto più difficile da diagnosticare. Uno dei primi segnali è il lampeggio della spia di errore ricarica sul cruscotto, ma ci sono anche casi in cui il computer di bordo non fornisce alcuna informazione, ma il fenomeno si verifica comunque. L’alternatore carica quindi la batteria, ma troppo poco, il che alla fine si scarica.

Un guasto al caricabatterie può essere individuato più facilmente perché in questo caso la spia di ricarica sul cruscotto è sempre accesa.

Anche la cinghia di trasmissione dell’alternatore è una causa comune di guasti: se si rompe, l’alternatore smette di caricarsi.

Un fenomeno simile al primo è un problema con il cuscinetto del tenditore. Le cinghie di trasmissione dei moderni motori a combustione azionano non solo l’alternatore, ma anche molti altri consumatori (pompa del servosterzo, aria condizionata, ecc.), quindi la cinghia percorre un percorso relativamente complicato. Come i cuscinetti, le pulegge tenditrici possono guastarsi e la sostituzione è garantita di tanto in tanto.

Rinnovamento e futuro

Oggi è difficile credere che una parte del genere esista ancora, ma l’alternatore appartiene a un gruppo ristretto di dispositivi che possono ancora essere riparati. Sostituendo le parti interne appropriate, recuperiamo un alternatore a tutti gli effetti, in molti casi ad una frazione del prezzo di uno nuovo.

I sistemi start-stop e i sistemi di controllo del motore molto più avanzati hanno posto nuovi compiti agli alternatori, che in molti casi ora sono solo un sottosistema integrato di un sistema elettrico più grande. Il loro design è molto più complicato e la loro manutenzione è molto più complessa rispetto ai loro omologhi più vecchi.