dynamo

Thèmes:

Général
Opération
Rotor
Stator
Pré-excitation, auto-excitation et courant de charge
Régulateur de tension
Connexions dynamo
Diodes de redressement
Tension d'ondulation
Régulateur de tension
Poulie roue libre
Fan
Récupération d'énergie
Défauts possibles sur l'alternateur
Vérification de la tension et du courant de charge

Général:
Lorsque le moteur tourne, la dynamo (appelée « alternateur » en anglais) assure la charge de la batterie et l'alimentation des consommateurs (comme la radio, l'éclairage, etc.). La dynamo est entraînée par le multi- ceinture. La courroie multiple entraîne la poulie de l'alternateur, qui est reliée à l'intérieur par un arbre. L'énergie cinétique est convertie en énergie électrique (et en chaleur) dans la dynamo.
Le régime moteur affecte la tension de l'alternateur. Plus le moteur tourne vite, plus la poulie tourne vite, permettant de générer plus de puissance. La tension ne doit pas être trop élevée et est donc limitée par le régulateur de tension.
Nous en saurons plus sur le régulateur de tension plus tard.

Une tension alternative est générée dans la dynamo. La tension continue est appliquée dans tout le circuit électronique de la voiture. La batterie ne peut également être chargée qu'avec du courant continu. La tension alternative est convertie en tension continue à l'aide des diodes du pont de diodes. L'amplitude de la tension générée dépend de :

La vitesse à laquelle le conducteur et le champ magnétique s'écartent
La longueur des enroulements
La force du champ magnétique

Il est possible de rouler sans l'alternateur. Par exemple, s’il est défectueux et ne fournit plus de tension, vous pouvez continuer à rouler jusqu’à ce que la batterie soit complètement vide. Ceci n'est bien sûr pas recommandé car une décharge profonde peut provoquer une panne de batterie, mais la voiture peut rouler (sur une courte distance) sans alternateur et sans multi-courroie (afin qu'elle puisse éventuellement être conduite sur une remorque pour le transport) .

Opération:
Le courant est généré par la rotation du rotor dans le stator. Le rotor est un électro-aimant ; il ne devient magnétique que lorsqu'un courant le traverse. L'alternateur a donc besoin de l'aide de la batterie avant de pouvoir démarrer la charge. Le magnétisme restant dans l’alternateur est insuffisant pour permettre à un courant électrique de circuler à travers les diodes.

Le courant pour rendre le rotor magnétique circule depuis la batterie, via la serrure de contact et le voyant de courant de charge jusqu'à la connexion D+ de l'alternateur. Le courant circule ensuite vers le rotor. Du rotor, le courant circule via le régulateur jusqu'à la terre. A la mise du contact, le voyant courant de charge s'allume et la magnétisation de l'alternateur s'effectue simultanément. Lorsque l'alternateur commence à charger, le voyant du courant de charge s'éteint.
Lorsque l'alternateur se charge, les pôles nord et sud se déplacent par rapport au stator. Cela génère une tension alternative dans le stator. Avec un tour d'aimant, la tension induite dans le conducteur prend la forme d'une onde sinusoïdale, comme le montre la figure.

Comme il s'agit d'une tension alternative et que tous les consommateurs de la voiture fonctionnent uniquement avec une tension continue, une rectification doit encore avoir lieu. Les diodes assurent la conversion de la tension alternative en tension continue.
La tension et le courant de charge doivent également être limités ; Lorsque le moteur tourne à haut régime et que peu de consommateurs sont allumés, l'alternateur n'a besoin que d'être chargé très peu. Lorsque davantage de consommateurs sont allumés, l'alternateur doit fournir davantage de courant de charge. À pleine charge, cela peut atteindre 75 à 120 ampères (selon le type de voiture). Le fonctionnement de tout cela est décrit dans les chapitres ci-dessous.

Rotor:
Le rotor n'est pas un aimant permanent, mais un électro-aimant. En faisant passer le courant à travers le rotor, celui-ci devient magnétique et une tension alternative peut être générée. La tension générée peut être contrôlée en augmentant ou en diminuant le courant du rotor. C'est le travail du régulateur de tension.
Le rotor est doté de griffes polaires (pôles nord et sud). Chaque moitié avec des griffes de poteaux se compose généralement de 6 ou 7 poteaux. L'autre moitié est constituée du même nombre de pôles, il y a donc 6 ou 7 pôles nord et 6 ou 7 pôles sud. On parle alors de 12 ou 14 paires de pôles. Le nombre de paires de pôles influence la tension générée dans le stator.

Le champ magnétique dans l'alternateur est créé lorsque le rotor est alimenté. Cela se produit déjà lorsque le contact de la voiture est mis. Pour alimenter le rotor, un courant de champ est envoyé à travers les enroulements de champ. Ce courant provient de la batterie et est transféré aux enroulements de champ via les bagues collectrices et les balais de charbon. Cela va du pôle nord au pôle sud, car une bague collectrice est reliée au pôle nord et l'autre au pôle sud.

Une fois le rotor retiré, il peut être mesuré pour vérifier les défauts. La résistance du rotor est souvent de l'ordre de 3 Ohm. Pour la valeur exacte, veuillez vous référer aux données d'usine.

Stator :
L'alternateur utilisé dans presque toutes les voitures est un alternateur triphasé. Cela signifie que l'alternateur est composé de trois bobines de stator connectées à un noyau de stator et à un rotor. Chaque bobine de stator produit sa propre tension alternative générée. Étant donné que toutes les bobines du stator sont montées à un angle de 120 degrés les unes par rapport aux autres, les tensions générées sont également déphasées de 120 degrés. Ces tensions sont redressées par les trois diodes négatives et trois diodes positives (soit un total de six diodes).

Le noyau du stator est constitué de plaques empilées, séparées les unes des autres par un matériau isolant. Le noyau du stator renforce le champ magnétique dans l'alternateur et augmente ainsi la tension générée. Les bobines du stator peuvent être connectées de deux manières ; au moyen d'une connexion triangulaire (reconnaissable par 3×2 connexions) et d'une connexion étoile (4 connexions, dont 3 connexions lâches et une connexion où les 3 extrémités des bobines sont reliées entre elles. La connexion étoile est la plus courante , car il permet d'obtenir une haute tension plus rapide.La connexion triangle est utilisée pour les dynamos qui doivent fournir beaucoup de puissance.
Dès qu'une bobine du stator entre en contact avec le noyau du stator (court-circuit à la masse) ou si l'une des bobines est interrompue (rupture de fil), le stator ne fonctionne plus correctement. Un multimètre peut être utilisé pour vérifier s'il y a un court-circuit à la terre ou une rupture de fil. À une condition : les bobines du stator doivent être déconnectées ; les deux extrémités ne doivent pas entrer en contact avec d’autres composants. Souvent, une dessoudure suffit. La résistance des bobines doit être très faible ; environ 0,05 ohm. La résistance entre les bobines du stator et le noyau du stator doit être infiniment grande. S’il y a une résistance (si elle est extrêmement élevée), alors il y a une connexion.

L'image ci-dessous montre un stator et un rotor démontés. En réalité, le rotor tourne dans le stator et ils ne se touchent tout simplement pas.

Courant de pré-excitation, d’auto-excitation et de charge :

Pré-alimentation :
Le moteur est arrêté et le voyant est allumé. Le courant de pré-excitation va à la masse via la batterie, la serrure de contact, le rotor et le contrôleur. Ceci est possible car la diode Zener du régulateur de tension est coupée et le courant de base T1 est rendu conducteur car T2 cesse de conduire.

Autonomisation :
Au démarrage du moteur, le rotor est rendu suffisamment magnétique pour passer en auto-excitation. Le courant d'auto-excitation passe ensuite via les diodes de redressement (côté négatif) jusqu'à la bobine du stator, puis via les diodes de champ jusqu'au rotor et via le régulateur jusqu'à la masse.

Courant de charge:
Une tension alternative est générée dans la bobine du stator car le rotor tourne à travers elle. La ligne verte marque le chemin parcouru par le courant depuis la bobine de stator V. Le courant est redressé par une diode de redressement (de la tension alternative à la tension continue) et passe via la connexion B+ vers la batterie et les consommateurs.

Le courant de charge qui va à la batterie et aux consommateurs via la connexion B+ de l'alternateur fournit toute l'alimentation électrique de la voiture. Lorsque le moteur est arrêté, l'alternateur ne fournit pas d'énergie. Tous les consommateurs utiliseront donc l’énergie de la batterie.
Lorsque le moteur tourne, l’alternateur doit être capable de fournir suffisamment de puissance pour alimenter tous les consommateurs. Lorsque le moteur tourne, l’énergie de la batterie n’est jamais destinée à être utilisée. Le courant de charge d'un alternateur dépend du nombre de consommateurs et de l'état de charge de la batterie. Le courant de charge maximum est indiqué sur l'alternateur (généralement entre 60 et 90A).

La tension de charge de l'alternateur peut facilement être vérifiée en cas de doute quant à savoir si l'alternateur se charge correctement ou non. En mesurant le pôle positif et le pôle négatif de la batterie avec un voltmètre (multimètre) pendant que le moteur tourne (la tension de l'alternateur est directement dessus), vous pouvez vérifier si l'alternateur charge correctement :

Si la tension est d'environ 14,2 volts lorsque le moteur tourne, l'alternateur fonctionne comme il se doit
Si la tension est de 13,8 volts, la batterie est presque pleine et les consommateurs sont éteints. L'alternateur n'a pas besoin de fournir beaucoup de tension et ne le fait donc pas. La tension de charge est très bien
Si la tension est de 12,4 volts ou moins, vous savez que l'alternateur ne se charge pas correctement. C’est la tension que possède également une batterie pleine. Il y a donc un problème avec l'alternateur.
Si la tension est inférieure à 12,4 volts, l'alternateur ne chargera plus. La batterie continuera à se décharger jusqu'à ce que la tension atteigne 8 volts. Ensuite le moteur cale et plus rien ne fonctionne.

Dans ce dernier cas, c'est à dire lorsque l'alternateur ne charge plus, vous pouvez choisir de remplacer l'alternateur. Cela coûte souvent très cher et il est moins cher de chercher un alternateur reconditionné. Il existe de nombreuses entreprises de révision qui démontent complètement l'alternateur et le rendent à nouveau comme neuf. Cela peut permettre d'économiser (plus) de la moitié du nouveau prix.
Assurez-vous toujours que lorsque vous remplacez l'alternateur, vous déconnectez la borne négative de la batterie ! Si vous ne le faites pas et que la connexion B+ (que vous retirez de l'alternateur) touche la carrosserie ou le bloc moteur métallique, vous obtiendrez des étincelles dues à un court-circuit. Des unités de commande électroniques coûteuses peuvent alors devenir défectueuses.

Régulateur de tension:
Lorsque la tension dépasse la tension régulée, la diode Zener (dans le schéma ci-dessus) s'allume, provoquant la connexion de la base de T1 à la masse par T2. T1 se coupe, le champ magnétique disparaît, provoquant une chute de la tension de l'alternateur.
Cela provoque une panne du courant du rotor, empêchant l'alternateur de se recharger pendant une courte période. En allumant et éteignant continuellement T1, la tension est ajustée.

La figure montre un rotor lâche avec un régulateur de tension lâche maintenu contre lui. Le régulateur de tension est monté entre les connexions D+ et DF de l'alternateur et fait glisser ses balais de charbon sur le rotor. Lorsqu'un consommateur est allumé (par exemple un éclairage), le courant de charge chute brièvement de 14,4 à 13,8 Volts. Le régulateur de tension absorbe cela et ajustera rapidement la tension à 14,4 volts.

Ci-dessous, vous pouvez voir 2 images d'oscilloscope qui ont été mesurées au niveau de la connexion DF de l'alternateur. Ces signaux sont transmis au calculateur du moteur. Pour être clair, le rotor est magnétique au bas des deux images.

Le signal dans le graphique a été mesuré alors que peu ou pas de consommateurs étaient allumés. Le rotor est donc peu magnétique. Le rapport cyclique ici est d'environ 10 %.

Le signal dans le graphique ci-dessous a été mesuré alors que de nombreux consommateurs étaient allumés. Le rotor est ici beaucoup plus alimenté pour atteindre le courant de charge de 14,4 volts. Le rapport cyclique ici est d'environ 50 %.

Connexions dynamo :

B+ va à la batterie ; La tension et le courant de charge y passent.
D+ est la tension de commande du rotor pour ajuster la tension de l'alternateur.
D- est la masse de l'alternateur.
W est une connexion qui était auparavant utilisée pour les tachymètres des anciens moteurs diesel. Aujourd'hui, il n'existe plus.
DF ou LIN sont les connexions possibles pour le contrôle de l'excitation du rotor depuis le système de gestion moteur.

Diodes de redressement :
L'alternateur fournit une tension alternative, mais comme seule une tension continue est utilisée dans la voiture, la tension alternative (AC) doit être convertie en tension continue (DC). Ceci est réalisé par les diodes de redressement. Diodes ne permettre au courant de circuler que dans une seule direction. La partie positive du courant alternatif est utilisée, la partie négative est perdue.

L'image montre un pont de diodes démonté. La tige de mesure rouge pointe vers l'une des trois minidiodes.
Les diodes positives se trouvent de l'autre côté du pont de diodes. Le plot est la connexion B+, sur laquelle est monté le câble épais qui va à la batterie.

C'est le principe d'un alternateur monophasé. Dans l'image ci-dessus (à droite), vous pouvez voir que la phase est constamment interrompue, qu'il n'y a pas de tension pendant un moment, puis qu'il y a à nouveau une phase. Aucune tension n’est donc générée dans la partie située entre les phases. Pour éviter cela, des connexions étoile et triangle sont utilisées dans les alternateurs triphasés. Cela produit le résultat ci-dessous.
L'image ci-dessous montre 3 couleurs différentes ; noir, rouge et bleu. Ce sont toutes des phases distinctes. L'image montre qu'il y a beaucoup d'espace entre, par exemple, les phases noires. Cet espace est comblé en connectant les autres phases. Cela crée une alimentation électrique progressive.

Tension d'ondulation :
Après avoir redressé la tension par les diodes de redressement, une petite ondulation subsiste toujours. Le signal n’est jamais agréable et plat. La tension d'ondulation ne doit jamais dépasser 500 mV, car cela pourrait provoquer des dysfonctionnements ou des défauts dans l'électronique du véhicule.
L'image montre une image d'oscilloscope qui a été mesurée sur la batterie. Cette image changera lorsque le régime moteur change ou lorsque les consommateurs sont allumés.

Régulateur de tension:
Le régulateur de tension active et désactive le champ magnétique en activant et désactivant le courant traversant le rotor. Le régulateur de tension garantit que la tension de charge reste constante (entre 13,2 et 14,6 volts). Le niveau de tension de charge dépend, entre autres, de la vitesse. Plus le vilebrequin tourne vite, plus le rotor tournera vite. Si la tension n'était pas ajustée, elle pourrait monter jusqu'à 30 volts à grande vitesse. Ceci est empêché par le régulateur de tension. L'image montre un régulateur de tension séparé. Dans la plupart des cas, celui-ci est visiblement attaché à l'alternateur.

La tension générée dépend non seulement de la vitesse du moteur, mais également du nombre de tours du stator et de la force du champ magnétique du rotor. Le nombre de tours du stator est déterminé lors de la conception de l'alternateur, mais l'intensité du champ magnétique du rotor peut être contrôlée. Ceci peut être réduit en éteignant et en rallumant le rotor très rapidement. Si la tension devient élevée, le rotor s'arrête. Si la tension est trop basse, le rotor est remis en marche. En procédant ainsi très rapidement et successivement, une intensité de champ moyenne est créée. La tension de charge reste donc autant que possible constante.

Lorsque la tension sur la borne positive de l'alternateur (D+) est inférieure à la tension de réglage, un courant circule de D+ à travers le rotor vers D- (borne négative) et une tension est générée dans l'alternateur. La tension générée est à nouveau réglée sur D+. Lorsque la tension sur D+ est supérieure à la tension de réglage, la tension Zener est atteinte (voir l'image ci-dessous), provoquant l'activation du transistor T2. Le transistor T1 n'est alors plus conducteur, de sorte qu'aucun courant ne peut plus circuler dans le rotor. Le champ magnétique est ainsi désactivé, de sorte que la tension de charge chute. Cette tension continue de chuter jusqu'à ce que la tension Zener ne soit plus atteinte. Par la suite, le transistor T2 se bloquera et T1 redeviendra conducteur. Ce cycle se répète constamment.

Poulie roue libre :
De nos jours de nombreux alternateurs sont équipés d'une poulie libre (voir image ci-dessous). Ces poulies ne peuvent être entraînées que dans un seul sens. Lorsque la courroie multi-striée est retirée de la poulie et que vous faites tourner la poulie à la main, vous remarquerez que l'intérieur de l'alternateur ne tourne que dans un sens et reste immobile dans l'autre sens. Ce système est destiné à protéger la multi-ceinture. Lorsque le moteur tourne à haut régime et que l’accélérateur est relâché d’un seul coup, le régime moteur chute rapidement. Une dynamo robuste peut ralentir un peu moins rapidement. Cette vitesse diminue plus lentement que le régime moteur. Il en résulte que la multi-courroie est soumise à des contraintes plus importantes et, dans le pire des cas, est coupée en deux, car la multi-courroie doit alors freiner l'alternateur. Avec une poulie à roue libre, l'alternateur se déplacera lors de l'accélération, mais fonctionnera à sa propre vitesse lors de la décélération.

La poulie est montée avec le filetage sur l'arbre du rotor (voir image ci-dessus). La partie extérieure de la poulie n’entraîne avec elle la partie intérieure que dans un seul sens de rotation. Le dispositif de blocage garantit que la partie intérieure est serrée contre la partie extérieure. La poulie complète sera alors bloquée, afin que l'alternateur soit entraîné par la multi-courroie. Lorsque vous relâchez la pédale d'accélérateur, la partie intérieure tourne à une vitesse plus élevée que la partie extérieure ; le régime moteur a chuté plus vite que le régime rotor. Le dispositif de blocage n'est alors pas opérationnel, ce qui signifie que les roulements à billes permettent au rotor d'avoir une vitesse différente de celle du vilebrequin.

L'image montre un alternateur équipé d'une poulie libre.

Ventilateur:
L'alternateur chauffe lorsqu'il doit fournir de l'énergie. Pour éviter qu'il ne surchauffe, il doit être refroidi. Le ventilateur interne à l'alternateur assure le refroidissement. De nos jours, il existe également des alternateurs connectés au système de refroidissement du moteur. Le liquide de refroidissement assure le refroidissement.

Récupération d'énergie:
Si l'alternateur charge à sa capacité maximale (avec de nombreux consommateurs allumés), une consommation de carburant supplémentaire se produira. En effet, l'alternateur tournera plus fortement car le champ magnétique dans le stator sera plus grand. Le champ magnétique fera tourner le rotor plus fortement et le vilebrequin devra tirer plus fort sur la multi-courroie pour la déplacer. Aujourd’hui, les constructeurs automobiles ont trouvé une solution pratique à ce problème. L'alternateur charge toujours, mais ne se rechargera pas simplement à sa capacité maximale pendant la conduite (sauf si la batterie est vraiment vide). La recharge maximale a lieu lorsque la voiture freine avec le moteur. Ainsi, lorsque le conducteur relâche le pied de l'accélérateur et laisse la voiture rouler (par exemple à un feu tricolore ou à une sortie d'autoroute). La voiture ne consomme aucun carburant à ce moment-là et l'énergie cinétique (énergie de mouvement) du véhicule garantit que la voiture continue de rouler. La batterie est désormais complètement chargée jusqu'à ce que l'on appuie à nouveau sur l'accélérateur. À ce moment-là, l’alternateur assure la stabilité de la tension d’alimentation.
Cette méthode de recharge entraîne une réduction de la consommation de carburant.

Défauts possibles sur l'alternateur :
Il peut y avoir un certain nombre de problèmes ou de défauts typiques dans l'alternateur. Le technicien sait souvent ce qu’il peut vérifier ou mesurer ensuite. Vous trouverez ci-dessous un certain nombre de plaintes typiques :

Le voyant du courant de charge s'allume normalement pendant la pré-excitation, mais ne s'éteint que lorsque le moteur tourne à un régime plus élevé ; défaut de l'alternateur (probablement une diode de champ défectueuse).
Même reproche que ci-dessus, sauf qu'il s'allume également faiblement lorsque le moteur tourne à haut régime ou lorsque de nombreux consommateurs sont allumés ; défaut de l'alternateur (probablement une diode défectueuse).
Le voyant du courant de charge s'allume faiblement pendant la pré-excitation, mais ne s'éteint que lorsque le moteur tourne à un régime plus élevé ; (probablement un défaut de l'alternateur ou un défaut du câblage ou de ses branchements).
Le voyant du courant de charge ne s'allume pas pendant la pré-excitation ou lorsque le moteur tourne ; (alternateur défectueux, mauvais câblage/connexions ou voyant de courant de charge défectueux).

Vérification de la tension et du courant de charge :
La quantité d'énergie fournie par l'alternateur dépend de sa capacité et des besoins des consommateurs et de la batterie allumée. Par exemple, l’alternateur doit être capable de fournir 100A pour alimenter tous les consommateurs et charger en même temps une batterie vide. La quantité d'énergie fournie par l'alternateur tombe presque à zéro lorsque la batterie est pleine et qu'aucun consommateur n'est allumé. La capacité maximale de l'alternateur est souvent indiquée sur la plaque signalétique ou sur un autocollant apposé sur l'alternateur. C'est souvent entre 65A et 120A. Ceci est souvent affiché comme suit : 14V 17/85A. Cela signifie : tension régulée (14V), courant de charge (17A) à 1800 tr/min et courant de charge (85A) à 6000 tr/min de l'alternateur (pas le régime du vilebrequin).

S'il y a un défaut dans l'alternateur ou dans le câblage, la capacité maximale peut ne pas être atteinte à la charge maximale. Cela peut être vérifié en vérifiant le courant de charge. Cela peut être fait en chargeant l'alternateur aussi haut que possible avec un équipement de test spécial lorsque le moteur tourne ou en allumant autant de consommateurs que possible (tels que le chauffage des sièges, le chauffage de la lunette arrière, tous les éclairages, le moteur du ventilateur au réglage le plus élevé). , etc.). La valeur du courant de charge peut être déterminée à l'aide d'un pince ampèremétrique être vérifié. La valeur mesurée doit correspondre à la valeur indiquée sur l'alternateur.
La tension ajustée peut être vérifiée à l'aide du multimètre mesurer la tension entre la connexion B+ et la masse à un régime moteur augmenté (2000 tr/min). La tension régulée doit être comprise entre 13.8 volts et 14.5 volts.
Pour vérifier si le câblage est correct, il est possible de mesurer la différence de tension entre le pôle positif de la batterie et la connexion B+ de l'alternateur ; la tension doit être inférieure à 0,3 V. Sinon, il y a un problème avec le câble ou les connexions du câble.
Si le circuit de masse n’est pas bon, vous aurez non seulement des problèmes avec le système de charge, mais aussi avec d’autres systèmes. Le circuit de masse peut être vérifié en faisant tourner le moteur à 2000 0,3 tr/min et en connectant le voltmètre entre la borne négative de la batterie et le boîtier de l'alternateur. Cette tension doit également être inférieure à XNUMXV.