L alternateur Student booklet
L alternateur - INDEX - 2006-04-10-10:42 L alternateur Dans ce module, nous allons parler de l alternateur. Nous commencerons par examiner quelques illustrations simplifiées pour faciliter la compréhension. Ensuite, nous comparerons ces illustrations à un véritable alternateur. Au début du cours, il est dit qu un alternateur est un simple dispositif qui déplace un aimant à proximité d un fil électrique pour créer un flux régulier d électrons. Qui plus est, si vous parvenez à accomplir efficacement cette opération, vous disposerez d une bonne source d électricité! Contenu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Introduction Principe de l alternateur Pourquoi l alternateur est-il nécessaire? Des types différents Rotor et collecteur L enroulement statorique Diodes de puissance Diodes de puissance II Le régulateur Circuit d aimantation de l alternateur Exercice Redresseur à diodes Exercice Régulateur de charge Exercice Identification et mesure Exercice Mesures du rotor Exercice Mesures et montage du stator Résumé Évaluation 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 - INDEX -
L alternateur - BasElaltern01a.swf - 2006-04-10-10:41 Introduction L électricité a besoin d un conducteur pour se déplacer. Il faut également quelque chose pour permettre à l électricité de s écouler d un point à un autre dans le conducteur. Une des méthodes pour faire s écouler l électricité consiste à utiliser un alternateur. Un alternateur utilise un aimant pour mettre les électrons en mouvement. Il existe un lien incontestable entre l électricité et le magnétisme. Lorsque des électrons se déplacent dans un fil électrique, ils créent un champ magnétique autour de ce fil. De même, si vous approchez un aimant d un fil électrique, le champ magnétique entraîne le déplacement des électrons dans ce fil. 1
L alternateur - BasElaltern01b.swf - 2006-04-10-10:41 Principe de l alternateur Un alternateur est un dispositif simple qui déplace un aimant à proximité d un fil électrique pour créer un flux régulier d électrons. En ajoutant un deuxième fil, vous doublez l effet. Il est possible d accroître encore l effet d un alternateur en augmentant la puissance de l aimant ; pour ce faire, il suffit de remplacer l aimant permanent par un électro-aimant. Enfin, en enroulant les fils autour d une âme en fer (enroulements statoriques), vous obtenez une bonne source d électricité. Chaque enroulement contient une tension alternative induite (lorsque le rotor contenant les champs magnétiques tourne) et des flux de courant alternatif, appelés courant phase. Nous y reviendrons lorsque nous aborderons les différentes pièces composant un alternateur. 2
L alternateur - ei214.dcr - 2006-04-10-10:41 Pourquoi l alternateur est-il nécessaire? Les batteries n ont qu une capacité limitée à fournir du courant et elles se déchargent si elles doivent délivrer de la puissance en quantité pendant un temps prolongé. Voilà pourquoi un alternateur est nécessaire pour approvisionner en courant tous les composants électriques, y compris les batteries. 3
L alternateur - ei215.dcr - 2006-04-10-10:41 Des types différents L alternateur est généralement entraîné par le moteur à l aide d une courroie. Deux types d alternateur sont couramment utilisés dans les camions et les bus : à balais et sans balais. Alternateurs à balais : en tournant, le rotor de l alternateur crée un champ magnétique induisant une tension dans les enroulements statoriques par le biais des balais. Alternateurs sans balais : l enroulement magnétique est monté sur un pied stationnaire interne entraîné par les pôles du rotor pour induire la tension dans le stator. Équipements principaux d un alternateur à balais : Rotor crée un champ magnétique en tournant. Bagues collectrices et balais alimentent en courant l enroulement d excitation du rotor. Enroulement statorique reste stationnaire. Lorsque le rotor tourne, une tension est induite dans l enroulement statorique. Diodes transforment le courant alternatif (c.a.) en courant continu (c.c.) nécessaire pour un système électrique. Régulateur permet de conserver une tension en sortie stable quelles que soient les variations de charge et de régime. 4
L alternateur - ei216.dcr - 2006-04-10-10:41 Le rotor Le rotor est constitué de deux pôles à griffes, d un enroulement d excitation et de deux bagues collectrices. L enroulement d excitation est connecté aux deux bagues collectrices. Chaque moitié de pôle possède généralement 6 ou 7 griffes, soit un total de 12 ou 14 pôles (6 ou 7 pôles nord et 6 ou 7 pôles sud). Il existe un champ magnétique entre les pôles. Le collecteur Les bagues collectrices et les balais alimentent en courant l enroulement d excitation de l alternateur. Ce courant renforce les champs magnétiques du rotor et permettent d augmenter la tension induite dans l enroulement statorique. Après un arrêt, le courant nécessaire est produit par le magnétisme restant dans les pôles à griffes ou par le circuit de la lampe indicatrice de charge ou équivalent. Nous y reviendrons ultérieurement dans ce module. 5
L alternateur - ei217.dcr - 2006-04-10-10:41 L enroulement statorique L enroulement statorique est constitué d au moins trois enroulements. Chaque enroulement contient une tension alternative induite (lorsque le rotor contenant les champs magnétiques tourne) et des flux de courant alternatif, appelés courant phase. Les trois enroulements (U, V, W) sont espacés l un de l autre de 120. Il en résulte un courant alternatif triphasé qui accroît l efficacité de l alternateur. 6
L alternateur - ei218.dcr - 2006-04-10-10:41 Diodes de puissance Les diodes de puissance transforment le courant alternatif (c.a.) en courant continu (c.c.) pour alimenter le système électrique, y compris les batteries. Une fois les diodes activées, les demi-cycles négatifs et positifs alternent. 7
L alternateur - ei219.dcr - 2006-04-10-10:41 Diodes de puissance II Chacun des trois enroulements statoriques possède deux diodes de puissance, une négative et une positive. Étant donné que sur un alternateur triphasé les phases empiètent les unes sur les autres, le courant continu en sortie après redressement est soumis à de très légères pulsations et il se situe la plupart du temps à un niveau élevé. Les diodes empêchent également le courant de refluer des batteries vers l alternateur lorsque le moteur n est pas en marche. 8
L alternateur - ei220.dcr - 2006-04-10-10:41 Le régulateur Le régulateur maintient la tension du système au niveau correct quelles que soient les variations de charge électrique et de régime de l alternateur. Le régulateur est généralement intégré à l alternateur. La tension est régulée électroniquement. La relation de base entre le courant d excitation et la tension en sortie de l alternateur constitue la clé de la fonction de régulation de la tension. Le régulateur régule la tension en activant/désactivant le circuit de l enroulement du rotor. Lorsque le circuit est activé, le courant passe dans l enroulement du rotor et permet à l alternateur d en produire autant que possible par rapport à son régime. Lorsque le courant est coupé, le champ magnétique du rotor s effondre et la puissance de l alternateur commence à chuter. Ces permutations du régulateur s enchaînent rapidement pour maintenir la tension du système proche des spécifications idéales. 9
L alternateur - BasElaltern03.swf - 2006-04-10-10:41 Circuit d aimantation de l alternateur La lampe de charge vise à vérifier que l alimentation en courant du véhicule fonctionne. Elle est connectée via le contact d allumage entre les bornes B+ et D+ (cette dernière est aussi appelée +/61) de l alternateur. L alternateur ne peut pas commencer à charger sans aide extérieure car le magnétisme résiduel dans l alternateur n est pas suffisant pour faire circuler le courant dans les diodes. La méthode la plus simple pour aider l alternateur consiste à emprunter du courant aux batteries. Pour ce faire, il faut amener du courant des batteries, via le contact d allumage et la lampe de charge, à la borne D+ (D+/61) de l alternateur, puis à l enroulement d excitation, qui sont à leur tout reliés à la terre (voir illustration). Étant donné que le contact d allumage se ferme, la lampe de charge s allume au moment même où se produit l aimantation de l alternateur. Lorsque l alternateur commence à émettre une tension de charge, la lampe de charge s éteint lorsque la différence de puissance approche de 0 V. L excitation initiale de l alternateur est provoquée par la lampe de charge, c est pourquoi il y a un risque que celui-ci ne démarre pas si la lampe est endommagée. Par conséquent, changez systématiquement la lampe de charge dès que vous constatez qu elle est abîmée. 1. Alternateur 2. Régulateur de charge 3. Contact d allumage 4. Lampe de charge 10
L alternateur - BasElalternexer09.swf - 2006-04-10-10:42 Exercice Courant dans un redresseur à diodes 1. Connectez les composants conformément à l illustration. 2. Le courant alternatif est créé dans les deux fils lorsque vous les branchez sur les bornes positive et négative, puis que vous permutez les connecteurs. 3. Notez la déviation du voltmètre. Quelle que soit la manière dont les fils sont branchés, la polarité du voltmètre reste la même. 11
L alternateur - BasElalternexer10.swf - 2006-04-10-10:42 Exercice Régulateur de charge 1. Connectez un système d alimentation à tension variable et réglez le régulateur de charge sur zéro. 2. Branchez les câbles de test du système d alimentation sur le régulateur de charge. 3. Branchez une lampe test (24 V, 2 W) entre les balais. 4. Allumez le système d alimentation et augmentez la tension petit à petit. L ampoule test s allume et son éclat s intensifie à mesure que la tension monte. Si le régulateur est en bon état, la lampe test s éteint entre 27,6 et 28,4 V. 5. Éteignez le système d alimentation. Débranchez les câbles du régulateur de charge. 12
L alternateur - BasElalternexer11.swf - 2006-04-10-10:42 Exercice Identification et mesure - Démontez l alternateur. - Identifiez-en les composants. - Mesurez le pont de diodes (redresseur) à l aide du multimètre 9812519 selon la procédure décrite aux étapes suivantes (branchez le multimètre conformément aux illustrations) : 1) Mesure 1 diode positive (voir illustration) 2) Mesure 2 diode positive (voir illustration) 3) Mesure 1 diode négative (voir illustration) 4) Mesure 2 diode négative (voir illustration) Dans un cas, le multimètre doit afficher 400 1200 mv (sens de conduction) et dans l autre OL (surcharge). Les diodes se bloquent. 13
L alternateur - BasElalternexer11b.swf - 2006-04-10-10:42 Exercice Mesures du rotor Effectuez les mesures à l aide du multimètre 9812519 conformément aux illustrations. 1) Mesurez la résistance du rotor en connectant les sondes d essai aux bagues collectrices conformément aux spécifications. Remarque : Une résistance inférieure aux spécifications indique un court-circuit dans le rotor, tandis qu une résistance supérieure aux spécifications indique la rupture d un des câbles du rotor. 2) Vérifiez l isolation du rotor en connectant une sonde d essai du multimètre à une bague collectrice et l autre à l arbre rotor du côté opposé à celui de la bague collectrice. Remarque : La résistance ne doit jamais être inférieure à 10 mohms. Si elle est inférieure à la valeur spécifiée, c est qu il y a un court-circuit dans le rotor. Si le multimètre indique une résistance ouverte, cela signifie qu elle est supérieure à 40 mohms et donc en bon état. 14
L alternateur - BasElalternexer11c.swf - 2006-04-10-10:42 Exercice Mesures et montage du stator Effectuez les mesures à l aide du multimètre 9812519 conformément aux illustrations. 1) Mesurez la résistance du stator en connectant les sondes d essai entre les câbles de phase du stator. La résistance doit être la même lors des trois mesures. Remarque : Une résistance basse indique un court-circuit, tandis qu une résistance haute indique un mauvais contact ou la rupture d un des câbles du stator ou de l enroulement statorique. 2) Vérifiez l isolation du stator en connectant les sondes d essai du multimètre entre le boîtier du stator et chaque câble de phase. La résistance ne doit jamais être inférieure à la valeur spécifiée. Si le multimètre indique une résistance ouverte, cela signifie qu elle est très élevée et, par conséquent, que l isolation du stator est bonne. 3) Remontez l'alternateur. 15
L alternateur - BasElalternsumup13.swf - 2006-04-10-10:42 Résumé Une façon simple d envisager un alternateur est de se le figurer comme une pompe poussant de l eau dans des tuyaux. Au lieu de pousser de l eau, l alternateur utilise un aimant pour pousser des électrons. Il s agit bien sûr d une simplification à l extrême, mais l analogie n en est pas moins pertinente. Une pompe à eau peut avoir deux actions sur l eau : 1. Elle déplace un certain nombre de molécules d eau. 2. Elle applique aux molécules d eau une certaine pression. De même, l aimant d un alternateur a deux actions : 1. Il pousse un certain nombre d électrons. 2. Il applique une certaine «pression» aux électrons. Dans un circuit électrique, le nombre d électrons en mouvement s appelle ampérage ou courant, et il se mesure en ampères (A). La «pression» qui pousse les électrons est appelée tension (ou voltage), et elle se mesure en volts (V). C est ainsi que l on peut dire : «Si vous faites tourner cet alternateur à 1000 tr/min, il peut produire 1 A à 6 V.» Un ampère est le nombre d électrons en mouvement (1 A signifie physiquement que 6,24 x 1018 électrons se déplacent à chaque seconde dans un fil), et la tension est la quantité de pression poussant ces électrons. 16
L alternateur - BasElalternassess14.swf - 2006-04-10-10:42 Évaluation 1) Que se passe-t-il lorsqu on approche un aimant d un fil électrique? 2) Quelles sont les pièces principales d un alternateur? 3) Que se passe-t-il si vous permettez le mouvement d électrons dans un fil électrique? 4) Pourquoi l alternateur est-il nécessaire? 5) Comment un régulateur de charge fonctionne-t-il? 6) Quelles est la tâche principale des diodes de puissance? 17
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