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L’alternateur ̶ Electrotechnique Table des matières 1 2 3 L’alternateur.................................................................................................................... 3 1.1 Sa conception .......................................................................................................... 3 1.2 L’induit ..................................................................................................................... 4 1.2.1 L’enroulement d’excitation ................................................................................ 4 1.2.2 Les griffes ......................................................................................................... 4 1.2.3 Les bagues collectrices .................................................................................... 4 1.2.4 Les charbons .................................................................................................... 4 1.2.5 Le régulateur de tension ................................................................................... 4 1.2.6 La plaque de ponts ........................................................................................... 4 1.2.7 Le ventilateur .................................................................................................... 5 Son fonctionnement ........................................................................................................ 5 2.1 Le circuit de pré-excitation ....................................................................................... 5 2.2 Le circuit d’excitation ............................................................................................... 6 2.3 Le circuit de charge ................................................................................................. 6 La régulation de tension.................................................................................................. 7 3.1 4 La pleine onde ......................................................................................................... 7 La régulation de courant ................................................................................................. 7 Electrotechnique 2 L’alternateur 1 L’alternateur Appelé également générateur triphasé. L’alternateur fournit au véhicule le courant pour tous les consommateurs (récepteur) et maintient la batterie chargée. Pour dimensionner correctement l’alternateur, on calcule le bilan de charge à l’aide d’un cycle de conduite théorique. On va prendre en compte l’évolution des conditions de circulation, l’augmentation constante de la consommation énergétique telle que la climatisation, le confort, la sécurité ainsi que le climat. Il est important, par exemple, que l’on puisse en hiver chauffer le véhicule tous feux allumés prit dans un bouchon… De ce fait, l’alternateur doit donner à bas régime environ un 1/3 de sa puissance nominale. Ceci est possible grâce à son bon rendement électromagnétique et à la possibilité de démultiplier son régime par rapport au régime moteur 1:2, à 1:3 pour les véhicules de tourisme et jusqu’à 1:5 sur les utilitaires. De nos jours, un alternateur doit pouvoir fournir une puissance de 400W à plus de 1600W. Plus l’alternateur est puissant, plus il a tendance à chauffer, c’est pourquoi les alternateurs les plus puissants sont conçus pour être refroidis par le circuit de refroidissement du véhicule. Le plus souvent les alternateurs sont refroidis par un ou plusieurs ventilateurs internes ou externes. En résumé un bon alternateur doit être : • • • • • • Compact afin de faciliter sa mise en place sous le capot Peu coûteux Fiable Puissance élevée Peu bruyant Résistant aux influences extérieures (vibrations, humidité etc.) Et avoir : • • Une grande intensité disponible dés le ralenti Un bon rendement 1.1 Sa conception Electrotechnique 3 L’alternateur 1.2 L’induit Il s’agit de trois bobinages décalés de 120 degrés. Appelé également le stator. Il fournit, via le pont redresseur, le courant au véhicule. Les bobinages peuvent être branchés en étoile ou en triangle. En étoile, l’ampérage sera plus facilement limité mais son amorçage facilité. En triangle, il est plus facile d’exploiter de fortes intensités. 1.2.1 L’enroulement d’excitation Il renforce le champ magnétique. 1.2.2 Les griffes Avec l’enroulement d’excitation, il forme le rotor, appelé également l’inducteur. C’est la rotation de l’ensemble qui crée un champ magnétique et induit un courant dans l’induit. 1.2.3 Les bagues collectrices Elles sont au nombre de deux et transmettent le courant à l’enroulement d’excitation ; une pour l’alimentation et une pour la mise à la masse. 1.2.4 Les charbons Ils transmettent aux bagues collectrices le courant d’excitation. Un charbon pour le plus et un pour la masse. 1.2.5 Le régulateur de tension Il autorise ou non l’alimentation de l’enroulement d’excitation en commandant sa mise à la masse. Une diode « Zener » peut être également montée afin d’éviter les pointes de surtension. 1.2.6 La plaque de ponts Elle reçoit les diodes de redressement positives et négatives. Cet ensemble s’appelle le pont de « Gretz ». Il assure le redressement du courant et empêche que la batterie ne se décharge via l’induit lorsque le moteur est à l’arrêt. La plaque de pont reçoit également les diodes positives d’excitations. Parfois, sur un montage en étoile, on monte un couple de diodes supplémentaire pour récupérer la tension générée par le point nodal de l’induit. On l’appelle la troisième harmonique. Electrotechnique 4 L’alternateur 1.2.7 Le ventilateur Il est la plupart du temps situé à l’extérieur de l’alternateur. Solidaire de l’axe d’entraînement, il refroidit l’alternateur par circulation d’air. On peut constater sur l’image ci-contre que ses pâles ne sont pas régulières les unes par rapport aux autres. On casse ainsi la fréquence de pulsation de l’air empêchant toutes résonnances. Même si ce montage est fréquent, il n’est pas rare de trouver des ventilateurs symétriques. 2 2.1 Son fonctionnement Le circuit de pré-excitation Si l’on veut pouvoir amorcer l’alternateur dès le démarrage du moteur, il est impératif d’utiliser un circuit de pré-excitation. La rémanence (magnétisme résiduel) dans l’enroulement d’excitation est trop faible pour créer le champ magnétique indispensable à son amorçage. Celui-ci ne peut se produire que si l’alternateur fournit une tension supérieure à la chute de tension des deux diodes, soit environ 1,4 volt (0,7 volt par diode). La lampe de témoinde charge, en plus de signaler un éventuel problème de charge, définit le courant qui traverse l’enroulement d’excitation. Actuellement, la lampe témoin du tableau de bord a largement tendance à être remplacée par une « L.E.D. » commandée par le boîtier électronique. Dans ce montage, le courant de pré-excitation est directement transmis par le boîtier de gestion. Ce dernier gère également l’allumage de la L.E.D. témoin de charge. Dans les systèmes plus anciens, la lampe va s’éteindre lorsque la tension sur ces deux bornes est identique. Plus de différence de potentiel, et donc, plus de circulation de courant. L’ordre de grandeur de puissance du courant de pré-excitation est d’environ 2 Watts pour un circuit 12 volts et d’environ 3 Watts pour un circuit 24 volts. Electrotechnique 5 L’alternateur 2.2 Le circuit d’excitation Il a pour rôle de générer un courant dans l’enroulement d’excitation afin de maintenir un champ magnétique suffisamment important dans l’inducteur pendant toute la durée de fonctionnement de l’alternateur. Ainsi, la production de tension par l’induit est possible. Elle prend naissance dans le stator, passe par les diodes d’excitations, rentre dans le régulateur par le D+. Elle ressort du régulateur par le DF, et vient alimenter l’enroulement d’excitation. Elle en ressort, traverse les diodes négatives de redressement pour revenir au stator. Si l’on désire réguler la tension, le régulateur va directement mettre la tension d’excitation à la masse par le D-. L’enroulement d’excitation ne peut plus créer de champmagnétique. De ce fait, l’alternateur n’est plus capable de créer de tension. Ce système fonctionne en auto-excitation. 2.3 Le circuit de charge C’est le courant fournit par l’induit, redressé par le pont de diodes de puissance qui va à la batterie et aux consommateurs. Electrotechnique 6 L’alternateur 3 La régulation de tension Elle est obligatoire car plus l’alternateur tourne vite, plus la tension livrée sera grande. A 10'000 tr/min, on peut avoir une tension allant jusqu’à 140 volts, alors que la tension de bord désirée est de 12 volts (24 volts pour les poids lourds). Le régulateur va commander l’excitation de l’enroulement d’excitation dans le rotor en fonction de la tension fournie par l’alternateur. Jusqu’à l’obtention de la tension voulue (14,7 volts sur les véhicules de tourisme et 28,5 volts sur les poids lourds), le rotor reçoit une pleine excitation. Dès que la tension dépasse le seuil voulu, l’excitation est coupée. On régule uniquement la tension. Actuellement, les régulateurs sont électroniques et régulés par un RCO jusqu’à 20'000 Hz. En plus de la tension, on prend également en considération la température extérieure. A basse température, la tension d’alternateur devra être légèrement plus haute afin d’améliorer la charge de la batterie. A contrario, par basse température, la tension devra être légèrement plus basse afin d’éviter les surtensions. 3.1 La pleine onde Dans le pont de redressement, on utilise les diodes positives pour laisser passer l’alternance positive et les diodes négatives pour laisser passer les alternances négatives. Toutes les alternances sont ainsi redressées. Malgré ce redressement optimum, il subsiste une légère ondulation. La batterie montée en parallèle ainsi et d’éventuels condensateurs du circuit de bord vont continuer à le lisser. Jamais on ne pourra obtenir une ligne parfaitement droite. 4 La régulation de courant Elle est réalisée par ce qu’on appelle la force contre-électromotrice « FCEM ». Il n’est pas nécessaire, dans l’application qui nous concerne, d’approfondir plus à fond ce sujet. Pour faire simple, la FEMC est l’ensemble des phénomènes électriques générés par la création de cette même électricité qui vont limiter la création de courant. On peut donc dire que la production de courant de l’alternateur est limitée par sa propre conception. Electrotechnique 7 L’alternateur
