Philippe Boursin - Pedagogie - Circuit de charge

Circuit de charge

historique
maintenance des alternateur - contrôle du circuit de charge
contrôle du circuit de charge (dynamo)
régulateur électronique incorporé "4 fonctions" (Ducellier)

retour en page pédagogie - retour en page automobile - retour en page d'accueil

Historique

1765 - Mallet: Machine à produire du courant alternatif
1821 - Faraday fait tourner, à Londres, un fil ou circule un courant électrique sous l'action du champ magnétique: (magnéto-électricité)
1831 - Formulation des lois d'induction par Faraday (Bobines, transformateurs, moteurs...) 1832 - Hippolyte Pixii (Constructeur d'instruments de physique à Paris): première machine électrique à induction ; générateur de courant alternatif (aimant tournant en face des pôles d'un électro-aimant fixe) permettant d'obtenir du courant continu par un commutateur d'Ampère ; 2 demi-bagues fixées à l'axe permettant l'inversion de polarité
1864 - Antonio Pacinotti (Professeur à l'université de Bologne): communication sur un anneau tournant dans un champ magnétique (Préfigurant l'induit des machines électriques), utilisé aussi bien en générateur qu'en moteur ; stade expérimental non dépassé
1866 - Siemens invente la dynamo et développe ce principe pour la construction de centrales électriques 1868 - Wilde (GB) : Réalise la première machine dynamoélectrique (Dynamo): il remplace l'aimant permanent par un électro-aimant alimenté par une machine auxiliaire (... la suite des travaux de Ernst Siemens)
1869 - Zénobe Gramme (1826-1901, inventeur belge): réalisation d'un collecteur rendant possible la réalisation de génératrices à courant continu
1871 - Gramme présente à l'Académie des Sciences sa première dynamo 1873 - Gaston Panté utilise un générateur électromagnétique (machine Gramme) pour la recharge de batteries 1881 - Exposition Internationale de l'Electricité à Paris (01.08-15.11.1881): emploi industriel de la dynamo Gramme 1882 - Nikola Tesla (Ingénieur en électronique yougoslave, 1856-1943): utilisation de courants polyphasés et de champs magnétiques tournant permettant d'entraîner en rotation une armateur mobile tournante
1887 - Tesla : Fondation d'une société pour la construction d'alternateurs. 1887 - Hertz : Travaux sur les ondes électromagnétiques 1903 - Dynamo Eyquem 1905 - Machine combinée dynamo-démarreur de l'ingénieur français Bossu, stand du constructeur Pellorce au Salon de l'Auto 1912 - Régulateur de tension de Léon Cibié 1913 - Génératrice contrôlée par un régulateur de tension de Léon Cibié 1913 - Premier éclairage pour avion, collaboration avec Farman et Blériot 1916 - Dynamo Ducellier. 1916- Lucas acquiert la Thompson Bennett Magneto Ltd (seul producteur anglais de magnétos): Lucas peut ainsi offrir un système complet d'éclairage, démarrage et allumage.
1916 - Magnéto d'éclairage Paris-Rhône (brevets de Joseph Béthenod, ingénieur-conseil): ensemble générateur magnéto-alternateur-redresseur Paris-Rhône ; utilisation d'une soupape électrolytique pour redresser le courant
1918 - Dynamoteur Paris-Rhône 1923 - Ducellier acquiert la Société Blériot (dynamos, démarreurs et phares) 1924 - Soupape électrolytique au tantale utilisée en T.S.F.: alimentation de la tension plaque des lampes triode et recharge des batteries d'accumulateurs haute tension employées à l'époque ; anode au tantale et cathode en plomb
1933 - Citroën: dynamo compound à 3 balais (régulation de la tension 1954 - Présentation d'un alternateur pour poids lourds construit par la société Leece-Neuville: (article de J. Moxey dans Auto-Volt 1.1954)
1955 - Ducellier acquiert la société RB Magnétos 1960 - Alternateur Chrysler sur véhicule Valiant (Salon de Paris) 1961 - Régulateur Delco-Remy à transistors 1963 - Fiat 2300 Lusso et 1800 D équipées d'alternateur (03) 1963 - Alternateurs Ducellier sur Ferrari et Maserati aux 24 h du Mans (06)
1965 - Ducellier: premier alternateur sur la marché automobile français sur Citroën Ami 6/Ami 8: monophasé, diamètre 115 mm, 12 pôles, 390 W. ; alternateur Paris-Rhône
1967 - Alternateur triphasé Ducellier pour Renault 16 TS et Citroën DS 21. 1967 - Alternateur triphasé à régulateur électronique incorporé Bosch. 1967 - Alternateur à régulateur incorporé Lucas 1970 - Régulation des alternateurs à aimants permanents Lucas
- Evolution des générateurs (pour info)

1920 Dynamo 12 A 13 kg 12 W/kg

1940 12 A 7 kg 23 W/kg

1960 30 A 7 kg 52 W/kg

1970 Alternateur 35 A 4 kg 114 W/kg

Maintenance des alternateur

- Maintenance

Ne jamais désassembler ou assembler l'alternateur sans avoir, au préalable, déposer les balais.
Balais cassés, usés : les changer.
Roulements bruyants, marqués : Les changer.
Pistes grasses : Les nettoyer avec un chiffon imbibé de trichlore.
Pistes rayées : Les rectifier (les alternateurs récents ne peuvent être rectifiés).
En cas de soudure au voisinage d'une diode, la protéger de la chaleur.

- Recommandations d'utilisation

Respecter les règles générales en évitant les courts-circuits, les inversions et les liaisons incorrectes.
Ne jamais faire tourner l'alternateur avec le rotor excité sans liaison avec la batterie.
Ne jamais connecter l'alternateur sur une batterie de polarité inversée (Attention aux batteries de secours pour le démarrage).
Il faut toujours débrancher la batterie pour déposer l'alternateur, utiliser un chargeur (Soit de démarrage, soit de charge), souder à l'arc sur le véhicule.

- Faibilité des alternateur (Etude Auto-Plus, 3.1991)

Bosch, Hitachi, Mitsubishi, Nippon-Denso: 100 à 150.000 km.
Ducellier, Lucas, Marchal, Paris-Rhône...: 50 à 80.000 km.

- Technique de la rénovation alternateur

démontage/remontage 70 pièces, 21 points de contrôle (pièces d'usure remplacées par des pièces d'origine)

capot	contrôle, lavage, grenaillage
pont de diodes (principal et auxiliaire)	lavage, sablage, contrôle, assemblage trio, préparation soudure
régulateur	lavage, contrôle tension de régulation, contrôle fonctions lampe sablage éventuellement
palier arrière	contrôle, lavage, grenaillage (protection des trous)
rotor	contrôle, lavage casse de la bague, moletage, mise en place isolant, mise en place bague, soudure, tournage rainure brossage, toilage, contrôle, collage
stator	lavage, brossage interne et externe, contrôle isolation, contrôle équilibrage étampe sorties de phase ou sertissage des cosses rebobinage éventuellement
palier avant	lavage, contrôle, grenaillage
visserie et divers	lavage, zingage-bichromatage
contrôle, peinture, emballage

- Courbes de débit (source Valeo)

- Branchements

	Japon	Europe	Alternateur triphasé	Générateur courant continu
+Batterie	A,B	B+	B+	A, A1, B, B+, +B, BAT, 30, 51
Masse	E	B-	D-, E, GRD, -, 31	B-, D-, E, G, M-, -, 31, 31-
Générateur	IG	15	B, Bob, D+, IG, IGN, R, +, 15	ARM, D, D+, DIN, DYN, GEN, R, 15, 51, 61
Excitation	F	DF	DF, Exc, F, M, 67	DF, Exc, F, Field, M, 67
Témoin	L	61	L	D, 61, WL

point neutre Stator (étoile) N (Europe)

Identification des bornes D+ ou L sur les connecteurs REI (source Ducellier) :

fil rouge	B+	+ batterie
fil bleu	A	alternatif avant pont de diode
fil vert	D+	référence tension, + après contact
fil jaune	L	lampe témoin
fil gris	DF	+ excitation, vers rotor
borne L		lampe témoin, généralement à gauche, vue de l'arrière alternateur

Contrôle du circuit de charge

- Contrôle du circuit de charge (source Renault, 10.1986)

Contrôle visuel (Chocs, fuites, sulfatation, etc.). Contrôle des branchements: Etat des cosses et des bornes de batterie (Oxydation, serrage), masses moteur et châssis, fils d'alimentation. Contrôle des consommateurs: Ampèremètre entre le plot - de la batterie et le fil de masse débranché, consommation maxi: environ 30 mA. Contrôle de la tension de seuil du régulateur sans consommateurs: Voltmètre aux bornes de la batterie d'accumulateurs, maintenir le régime moteur de 3000 tr/mn pendant 1 minute. Si la tension :: est supérieure à 14,7 V moteur froid (14,4 V moteur chaud), remplacer le régulateur (surtension).
est comprise entre 13,7 et 14,7 V (13,3 et 14,4 V), faire le contrôle avec consommateurs.
est inférieure à 13,7 V (13,3 V), contrôler la tension de courroie, sinon changer le régulateur et faire le contrôle de charge batterie.
Contrôle de la charge de l'alternateur avec consommateurs, même procédure, mais si la tension:: est supérieure à 14,7 V moteur froid (14,4 V moteur chaud), remplacer le régulateur (surtension).
est comprise entre 13,7 et 14,7 V (13,3 et 14,4 V), bon.
est inférieure à 13,7 V (ou 13,3 V), contrôler la courroie, les branchements alternateur-régulateur, l'état de l'alternateur (pistes, diodes).

Contrôle du circuit de charge (dynamo)

- Contrôle du circuit de charge (source Ducellier, 9.1953) :

Vérification :: Mettre le moteur en marche et repérer le courant de charge pour une vitesse d'environ 40 km/h.
Couper le circuit d'allumage et faire fonctionner le démarrage pendant une dizaine de secondes de façon à décharger la batterie.
Remettre le moteur en marche pour une vitesse d'environ 40 km/h; Le courant de charge doit être plus élevé que précédemment.
Le moteur continuant à tourner, l'aiguille de l'ampèremètre doit revenir lentement vers le zéro et indiquer un courant de charge de plus en plus faible jusqu'à la stabilisation correspondant au voltage normal de la batterie.

- Essai de l'intensité du courant de charge (J. Thonon, B. Steens, 1985)

Avant de contrôler la dynamo et le régulateur, il faut d'abord vérifier la courroie d'entraînement, les câbles et les connexions, les resserrer et les nettoyer s'il le faut.: On vérifiera surtout les bornes de la batterie, car de mauvais contacts à cet endroit sont souvent cause d'une charge défectueuse de la batterie.
Pour le contrôle des câbles, on utilise un voltmètre de 0-1 V.
Dans tous les cas, le voltmètre ne peut indiquer plus de 0,1 V pour un courant de 20 A.
Il faut effectuer les vérifications suivantes pour se rendre compte si les différents éléments fonctionnent normalement.
Si leur marche est irrégulière, ces vérifications permettront de déterminer si c'est la dynamo ou le régulateur qui est à incriminer et par conséquent de prendre les mesures nécessaires.
l. Une batterie complètement chargée avec un faible courant de charge indique un fonctionnement normal du régulateur de tension.: Pour vérifier le régulateur d'intensité, détacher le fil de batterie de la borne "Batterie" du régulateur.
Brancher le fil positif d'un ampèremètre sur la borne "Batterie" du régulateur et le fil négatif sur le fil batterie.
En d'autres termes, monter un ampèremètre en série dans le circuit régulateur-batterie,
Le contact d'allumage étant coupé, appuyer sur le boulon de démarreur et laisser tourner le moteur du démarreur pendant 15 secondes environ.
Puis mettre le moteur en marche et le faire tourner à régime moyen, allumer les phares, la radio et le maximum d'accessoires électriques et noter rapidement la valeur du débit de la génératrice ; cette valeur doit correspondre à celle pour laquelle le régulateur d'intensité est réglé.
Consulter les caractéristiques de la dynamo à contrôler.
Puis couper tous les accessoires et laisser tourner le moteur.
Aussitôt que le courant consommé par le démarreur a été compensé par le débit de la dynamo, le régulateur de tension, s'il fonctionne correctement, doit réduire l'intensité à quelques ampères seulement.
2. Une batterie complètement chargée avec un courant de charge élevé.: L'ampéremétre est branché comme pour l'essai précédent ; mais avant de contrôler, il faut déterminer quel est le type du régulateur : circuit d'excitation mis à la masse par le régulateur (excitation négative) ou relié au + batterie par le régulateur (excitation positive).
Le moteur étant en marche et tournant à une vitesse moyenne, débrancher du régulateur le fil d'excitation de la dynamo.
L'intensité doit immédiatement tomber à zéro.
S'il n'en est pas ainsi, le circuit d'excitation de la dynamo est à la masse à l'intérieur de la dynamo ou dans le faisceau.
Si le débit retombe à zéro dés que l'on débranche le fil d'excitation, le défaut réside dans le régulateur.
Après avoir retiré le couvercle du régulateur, et appuyé avec le doigt sur son armature, l'intensité diminue : c'est le régulateur qui n'a pas fonctionné pour réduire l'intensité au moment où la batterie s'est trouvée rechargée; il faut dans ce cas faire le réglage du régulateur.
Si le fait d'écarter les contacts à la main ne provoque pas une chute de l'intensité, le circuit d'excitation est à la masse à l'intérieur du régulateur.
Dans le cas de la dynamo à excitation positive, une intensité trop élevée ne peut provenir que d'un court-circuit entre le circuit d'excitation et le fil partant du balai isolé ou d'un court-circuit dans le régulateur.
3. Une batterie déchargée et une intensité de charge faible ou nulle.: Si le circuit de charge tout entier est en bon état, le régulateur ou la dynamo est en défaut.
A l'aide d'un fil volant, relier la borne d'excitation du régulateur à une borne masse (excitation négative) ou à la borne de sortie de la dynamo (excitation positive).
Ainsi le circuit d'excitation se trouve fermé sans avoir à passer par le régulateur (excitation "plein champ".
Accélérer la vitesse du moteur pour localiser le défaut : si maintenant la dynamo débite, le défaut réside dans le régulateur ; si le débit de la dynamo reste très bas malgré l'excitation maximum, la dynamo doit subir un examen détaillé.
Si le débit de la dynamo est absolument nul, que l'excitation soit maximum ou non, il faut établir un court-circuit entre la borne dynamo et la masse.
S'il ne se produit aucune étincelle, c'est uniquement dans la dynamo que réside le défaut.
Si une étincelle se produit, il est probable que la dynamo peut produire du courant, mais que le conjoncteur ne fonctionne pas et ne laisse donc pas le courant atteindre la batterie.
Ceci peut être dû à des contacts brûlés, à la rupture de l'enroulement de tension du conjoncteur ou à un réglage de commutation pour une tension anormalement élevée.

Régulateur électronique incorporé "4 fonctions"
(Ducellier)

- Régulateur électronique incorporé "4 fonctions" (Conseils Techniques Ducellier n° 268)

Avec le régulateur électronique incorporé, de nouvelles possibilités s'offrent de mieux contrôler le circuit de charge. La principale fonction de ce régulateur reste bien entendu la régulation, mais à celle-ci viennent s'ajouter trois fonctions de détection très distinctes permettant au conducteur d'être alerté instantanément en cas de panne de son circuit de charge. Nous pouvons les citer sous la dénomination suivante :: . seuil bas : tension trop faible, la batterie ne se charge plus.
. seuil haut : tension trop élevée, risque de détérioration du circuit électrique.
. rupture de la courroie : plus d'entraînement de l'alternateur.
De ces trois détections découlent le contrôle des anomalies suivantes :: . la coupure des enroulements du stator ou du rotor,
. l'usure des balais,
. l'encrassement des bagues,
. la mauvaise régulation, etc.
La conception de la détection "courroie cassée" concerne plus particulièrement le problème de l'entraînement du système de refroidissement par circulation d'eau. La pompe à eau et l'alternateur sont en effet le plus souvent reliés à la poulie moteur par la même courroie, et un arrêt de la pompe peut causer très rapidement des dégâts importants. Ce système permet donc de prévenir l'automobiliste d'un défaut auquel il faut remédier au plus vite.

Régulateur électronique incorporé "4 fonctions".
- Régulation
- Seuil bas
- Seuil haut
- Rupture de courroie

d'où peuvent signalées les anomalies suivantes
- Rotor ou stator coupés
- Usure balais
- Encrassement bague
- Mauvaise régulation

Régulateur :: Contrairement aux régulateurs électroniques extérieurs qui fournissent sur la borne "Ex" un courant positif (l'autre bague du rotor étant à la masse), les alternateurs avec régulateurs incorporés ont une bague du rotor au "+"permanent et l'excitation est faite par coupure sur le "-".
L'explication de la fonction régulateur a été fournie dans le "Conseil" n° 264 et ce, pour les régulateurs électroniques extérieurs. Ici, le principe est identique, hormis le fait que les transistors sont de conception NPN.

Détection de rupture de courroie :: La polarisation des transistors Q3 et Q4 est établie par la résistance R7, lorsque le contact est mis et le moteur à l'arrêt, ces transistors sont passants et la lampe est allumée. (La diode CRS assure l'allumage immédiat du témoin dès la mise sous tension).
L'alternateur est excité par le biais du régulateur.
Le moteur tourne, l'alternateur est entraîné.
La ligne alternative (fil bleu) branchée à une diode du redresseur amènera le potentiel entre "- 1 V" (chute de tension de la diode en alternance négative) et "+ 12 V" à la cathode de CR4.
Pour "- 1 V", CR4 devient conductrice et la tension au point A est inférieure à la tension de polarisation de Q3.
Q3 et Q4 se bloquent, la lampe n'est plus alimentée, elle s'éteint.
La capacité C4 permet de maintenir le potentiel de blocage de Q3 avec une constante de temps C4/R6/R7 de quelques secondes pendant le débit de l'autre phase.
Si, par éventualité, la courroie vient à casser, l'alternateur va décroître rapidement en vitesse, car il n'est plus entraîné.
La ligne alternative (fil bleu) branchée à une des diodes du redresseur n'est plus alimentée.
CR4 ne conduit plus, les transistors Q3 et Q4 sont à nouveau polarisés par R7, le circuit de l'allumage de la lampe se referme par Q4, la lampe s'allume, le défaut est signalé.
Détection des niveaux de tension de charge :: La détection des "seuil haut" et "seuil bas" se réalise grâce a l'implantation du circuit intégré (C.I.) ; il effectue une comparaison entre ces niveaux de tension pour lesquels il a été pré-réglé à l'aide des résistances ajustables (R12, R13, R14), et la tension en D + qui est amenée à son étage d'entrée.
Lors d'un incident provoquant un déséquilibre anormal, l'étage de sortie du circuit intégré permet l'allumage de la lampe.

Remarque: Au ralenti, l'alternateur ne peut fournir qu'une faible puissance, la fonction "seuil bas" risquerait d'allumer le témoin à chaque bref appel de courant (avertisseur, clignotant, appel de phares, etc.).
Afin de pallier cet inconvénient, une temporisation (C5) a été prévue dans le circuit de cette détection.

- Contrôle d'un alternateur avec régulateur électronique incorporé "4 fonctions" (Conseils Techniques Ducellier n° 269)

Contrôle sur véhicule :: En cas de défaut signalé par la lampe témoin : un simple contrôle visuel peut révéler la nature du défaut (ex : courroie cassée, fil débranché ou coupé...).
De même que pour la recherche d'un défaut sur alternateur avec régulateur extérieur, une mesure de tension en B + peut révéler un niveau de charge correct, trop élevé, ou insuffisant, ce qui oriente les recherches, soit vers le système de détection de défaut, soit vers le régulateur, soit vers le générateur (charbons, rotor, diodes, etc.).
Contrôle sur banc :: Pour un contrôle efficace en cas de fonctionnement douteux, ou après une intervention, le passage au banc est indispensable pour s'assurer des performances de l'appareil.

Schéma de principe du branchement de l'alternateur sur son banc

a : vitesse de rotation (ne pas dépasser vitesse maximale). Ch : charge propre au banc.

b : tension délivrée par le générateur. Bat : Batterie propre au banc

c : débit du générateur sur la charge Ch.   (à décharger pour la vérification du seuil bas).

Important : ne pas inverser les fils entre les bornes de l'alternateur et du régulateur :
le module électronique serait immédiatement mis hors d'usage

Vérification de la régulation :

Le régulateur étant en place, faire varier la vitesse de l'alternateur (sans dépasser sa vitesse maximale).
La tension relevée entre B+ et la masse doit se situer dans une plage comprise entre 13,5 V et 14,5 V (valeurs pour alternateur 512008 B).

Contrôle du débit :

On réalise la courbe de débit en fonction de la vitesse en maintenant la tension entre B+ et la masse constante. Pour obtenir cette configuration de charge, il est nécessaire d'exciter l'alternateur plein champ en procédant de la manière suivante :: Excitation plein champ de l'alternateur (exemple donné sur alternateur Citroën Visa réf. 512008 B).
Le régulateur est déposé tout en laissant les fils bleu, jaune, et rouge connectés,
Les bornes D- et DF de l'alternateur sont à relier par un shunt pour rétablir l'excitation.
Pour effectuer l'essai, il faut augmenter la vitesse afin de relever les caractéristiques connues et faire varier la charge (à l'aide du rhéostat de charge) pour conserver une tension constante.