Principio di funzionamento circuito di ricarica BMW 2 Valvole

BMW Airhead Charging System

Gli elementi principali del circuito di ricarica delle BMW 2 valvole sono i seguenti: l’alternatore, il ponte a diodi, il regolatore di tensione, la spia sul cruscotto ed ovviamente la batteria.

L’alternatore ha il compito di trasformare l’energia meccanica dell’albero motore in una tensione da applicare alla batteria per la sua ricarica. La tensione generata, prima di essere applicata alla batteria, deve passare attraverso il ponte a diodi per essere “rettificata” e renderla compatibile con la batteria stessa.
Le potenze degli alternatori negli anni:

1970 / 1973 - 180W Tutti /5
1974 / 1976 - 280W tutti i /6 eccezione R90S
1974 / 1976 - 240W R90S
1977 / 1978 - 280W R60/7 R75/7 R80/7
1977 / 1978 - 250W R100/7 R100S R100RS
1979 in poi 280W tutti i modelli
 

L’alternatore è composto da uno statore e da un rotore.

Nelle BMW 2 valvole lo statore è formato da tre coppie di spire denominate Coil Set A-A’, Coil Set B-B’, Coil Set C-C’; il rotore è rappresentato come la spira avvolta sul materiale ferromagnetico (N-S).

La tensione prodotta dall’alternatore è funzione del numero di giri e dalla corrente di magnetizzazione. In altre parole, fissata la corrente di magnetizzazione, aumentando il numero di giri la tensione in uscita dall’alternatore aumenterà; in modo analogo, variando la corrente di magnetizzazione, a parità di giri del motore, si varierà la tensione in uscita dall’alternatore.
Il discorso della corrente di magnetizzazione è un punto cruciale su cui ruota il sistema di ricarica. Tale corrente viene fornita al rotore attraverso le spazzole che strusciano sugli anelli di rame che ben si vedono togliendo il coperchio dell’alternatore.

La tensione in uscita dall’alternatore può essere così rappresentata. Si noti la forma d’onda prodotta dalle coppie di spire A / B / C:

La tensione in uscita dal ponte a diodi è:

Infine la tensione applicata alla batteria può essere considerata così:

Una foto del regolatore di tensione:

Fino ad ora abbiamo parlato del funzionamento dell’alternatore e del ponte a diodi.
Prima di parlare del regolatore di tensione vediamo una schematizzazione del circuito di ricarica:

Come si vede dall’immagine c’è l’alternatore (rotore+statore), il ponte a diodi, il regolatore di tensione, la batteria e la lampadina sul cruscotto (Charge Warning Light).

Il ponte a diodi è diviso in due parti più o meno simmetriche: c’è la parte dei diodi di potenza (Big Diodes) che forniscono la tensione nel punto B+ e la parte composta dai piccoli diodi (Small Diodes) che forniscono la tensione nel punto D+. Le due tensioni sono le solite ma forniscono correnti diverse (la corrente applicata alla batteria in B+ sarà ben più elevata di quella fornita al regolatore nel punto D+).
Questo è il punto cruciale del sistema di ricarica: mentre una tensione viene applicata alla batteria per la ricarica (in B+), la solita tensione (in D+) viene utilizzata come ingresso al regolatore il quale valuta se tale tensione è troppo elevata e di conseguenza abbassa la corrente di magnetizzazione applicata al rotore.
Mi spiego meglio.
Il compito del regolatore di tensione è quello di monitorare la tensione che viene applicata alla batteria e valutare se può essere dannosa alla batteria o meno.
Ricordiamoci che l’alternatore produce una tensione che cresce con il variare del numero di giri, per cui la tensione generata a 7400 giri di sicuro è superiore ai 13.6 volt che mediamente si applicano alla batteria per la ricarica. Per evitare di surriscaldare la batteria (e danneggiarla) il regolatore abbassa la corrente di magnetizzazione con l’effetto di abbassare la tensione prodotta dall’alternatore e riportarla a valori meno dannosi.

Veniamo alla lampada sul cruscotto.
In condizioni di impianto elettrico funzionante, ad un regime di rotazione superiore a 1500 giri, la tensione nel punto B+ è la solita di quella nel punto D+. Per note leggi dell’elettrotecnica nessuna corrente passa attraverso la lampadina che quindi rimane spenta.

Supponiamo che:

1) si guasta lo statore: la tensione in uscita dall’alternatore è di nuovo zero; di conseguenza la tensione nel punto D+ sarà zero, ma la tensione nel punto B+ è pari a 12volt in quanto c’è la batteria che fornisce tensione in quel punto. Adesso abbiamo differenza di potenziale ai capi della lampadina che si illuminerà rendendo visibile l’anomalia.

2) si guasta il regolatore di tensione per cui nessuna corrente di magnetizzazione è applicata al rotore e quindi ci riconduciamo al punto 1). Morale la lampadina di accende.

3) si guasta la piastra a diodi per cui la tensione in D+ è zero, però in B+ abbiamo i 12 volt forniti dalla batteria; questo permette alla lampadina di accendersi e quindi segnalare l’anomalia.
 

4) Se il rotore si guasta, non passa più corrente tra batteria-spia-regolatore-rotore e quindi la lampadina sul cruscotto non si accenderà, ne accendendo il quadro ne con il motore acceso.
Il solito effetto si ottiene se le spazzole del rotore sono consumate.

Quando il motore gira al minimo, la lampadina si accende perché l’alternatore non gira ad una velocità tale da produrre una tensione accettabile in uscita (ossia in B+ abbiamo 12V ed in D+ pochi volt e per questo la lampadina si accende, se date un pò di gas vedrete cha la lampadina diventa sempre più fioca fino a spengersi; questo vuol dire che man mano che aumenta il numero di giri la tensione in uscita dall'alternatore cresce, quindi la differenza di tensione ai capi della lampadina diminuisce, diminuisce quindi la corrente che ci passa e quindi la spia fa meno luce).

Veniamo al momento della partenza.
Quando si accende il quadro la lampadina si illumina. A questo punto sappiamo che si illumina perché ho 12volt della batteria in B+ e zero volt in D+, questo vuol dire che passa corrente nella lampadina. Tale corrente entra nel regolatore di tensione il quale fornisce una corrente di innesco all’alternatore che gli permette, al momento che il motore inizia a girare, di generare una tensione in uscita (notate che i diodi (quelli piccoli) fanno si che la corrente che passa attraverso la lampadina possa andare tutta nel regolatore di tensione e non tornare indietro verso il generatore).
Per questo è importante che la lampadina sia ben funzionante: tale lampadina non è altro che una resistenza che permette il passaggio di una certa corrente che viene utilizzata come innesco dall’alternatore.
Se la lampadina è bruciata, al momento dell’avvio nessuna corrente di magnetizzazione viene fornita all’alternatore il quale fornisce in uscita zero volt. Il regolatore di tensione così non viene alimentato (la lampadina è bruciata ed i 12 volt della batteria non arrivano, inoltre in D+ ho zero volt) per cui il sistema non parte, nessuna corrente di magnetizzazione viene fornita all’alternatore il quale va avanti a girare senza generare nulla. Morale: la batteria non si ricarica.
Ci sono casi particolari per cui il rotore rimane leggermente magnetizzato per cui il sistema si innesca e la batteria continua ad essere ricaricata nonostante che la lampadina sia bruciata.

Ultima cosa: in letteratura si trova qualcuno che ha messo in parallelo alla lampadina una resistenza in modo da ovviare tale problema; se la lampadina di brucia la corrente continua a passare nella resistenza e la batteria continua ad essere ricaricata.

Di seguito riporto una tabella che mette in relazione il numero di giri con la potenza generata.

La parte centrale, dove la pendenza della curva rossa è costante, è quella in cui il regolatore non interviene ed abbiamo un comportamento lineare del generatore.

Oltre i 3000 giri interviene il regolatore che stabilizza la tensione sotto i 14 volt.

Si noti come nel traffico cittadino (quindi a basso numero di giri, fino a 3000), la potenza disponibile in Watt per una moto con impianto elettrico non in perfette condizioni  sia decisamente inferiore rispetto alla potenza erogabile con impianto elettrico in perfette condizioni (curva in rosso).
 

__________________________ luke3d 2008 __________________________