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ISAT



           DOSSIER RESSOURCE                                               2008/2009



                                          NECESSITE

- Recharger la batterie d’accumulateurs pour permettre le fonctionnement de l’ensemble
des systèmes électriques du véhicule.
Ces fonctions sont assurées par l’alternateur qui est entraîné par le moteur thermique.
L’alternateur débite un courant redressé sous une tension régulé vers la batterie, le
démarreur, et tout l’équipement électrique du véhicule.

                                     FLUX DES ENERGIES




          ALTERNATEUR



                           Alimentation en énergie
                           électrique des fonctions
                                  du véhicule




DR Circuit de Charge                      Page 1 sur 1                    Lycée St Joseph
MISE EN SITUATION DU CIRCUIT DE CHARGE


                                                           TEMOIN DE CHARGE



                                                                       BATTERIE




                                                                        ALTERNATEUR
         CONTACTEUR A
             CLEF




                   RAISON D’ETRE DU CIRCUIT DE CHARGE

       La batterie étant un générateur de courant statique, il faut au véhicule un système de
production de courant dynamique c’est à dire pendant que le moteur fonctionne, afin
d’alimenter tous les circuits électriques véhicule roulant.

        Ce générateur dynamique est L’ALTERNATEUR.

                                     Tension de consigne
                                                                                    Chaleur
                                                                                    Bruit



            P=Cxw                                                           P=UxI
                                  .Transformer l’énergie
                                   mécanique en énergie
                                        électrique


                            Alternateur



DR Circuit de Charge                     Page 2 sur 2                          Lycée St Joseph
DR Circuit de Charge   Page 3 sur 3   Lycée St Joseph
DESCRIPTION

                                        STATOR (INDUIT)       ROTOR (INDUCTEUR)
                 PONT DE DIODES




           CARTER AR

                                                              CARTER AV


                                                                    VENTILATEUR
REGULATEUR


                                                                                     POULIE




                       PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Un électro-aimant entraîné en rotation génère un champ magnétique tournant. Un bobinage
fixe de fil de cuivre isolé, mis dans ce champ, est soumis à un flux d'induction magnétique
variable.
Il apparaît alors, aux bornes de cet enroulement, une force électromotrice (f.e.m) induite de
forme sinusoïdale (courant induit).
                              Lois de Faraday                                 Lois d’Oersted
                                  Courant induit                                Electro-aimant




                                                                    S




DR Circuit de Charge                      Page 4 sur 4                         Lycée St Joseph
La tension est constituée de deux alternances symétriques par rapport à l'axe d'évolution du
    temps. L'expression de la force électromotrice est de la forme :



                             -   E en volts

          e =∆Φ                  Φ en weber
                             -
             ∆t              -   t en secondes




                           CONDITIONS POUR AVOIR UN COURANT INDUIT

-       Un champ magnétique produit par un aimant ou électro-aimant. ( l’inducteur ou le rotor )
-       une ou plusieurs spires n fermées sur elles-mêmes par le circuit de charge (le stator ou
    l’induit)
        Une variation de flux magnétique (mouvement produit par la rotation du rotor)
-

    Observations
-       La tension produite est de forme alternative, or la batterie n’accepte que du courant
    continu pour se recharger. un système de redressement est nécessaire pour avoir une tension
    continue afin de recharger la batterie.
-       Si la vitesse du rotor augmente, la tension augmente. Il faut donc un régulateur de
    tension pour ne pas détruire l’équipement électrique.
-       Si le courant augmente dans le rotor, le champ magnétique et le flux magnétique (Φ)
    augmentent. Ce qui augmente la tension induite (e). Ce paramètre sera utilisé pour la
    régulation qui sera vu en fin de cours.


                  CONDITIONS A REMPLIR PAR L’ALTERNATEUR

    - Produire un courant continu dont la tension est sensiblement constante quelle que soit la
    vitesse de rotation du moteur
    - Adapter l'intensité débitée aux besoins. Avoir une puissance massive et un rendement élevés
    - Résister mécaniquement aux hautes vitesses de rotation (paliers réalisés par roulement)
    - Etre protégé du courant inverse venant de la batterie lorsque sa tension est inférieure à celle
    de la batterie.




    DR Circuit de Charge                         Page 5 sur 5                           Lycée St Joseph
LES DIFFERENTS ELEMENTS COMPOSANTS L’ALTERNATEUR

                                  LE ROTOR OU L’INDUCTEUR

      a) Constitution

Il comporte un noyau sur lequel est enroulé un bobinage. Ce bobinage est relié à deux bagues
collectrices sur lequel portent les balais. Le champ magnétique provoqué par le passage du
courant dans la bobine est canalisé par deux pièces polaires. Ces pièces polaires déterminent
un ensemble de plusieurs aimants.

      b) Fonctionnement

Lorsque la bobine est parcourue par un courant, il se crée un champ magnétique dans les
pôles. Ce champ magnétique est proportionnel aux nombres de spires de la bobine et à la
valeur de ce courant. ........................................ B=knI
 B : champ magnétique en TESLAS
 K : coefficient de fabrication
 n : régime de rotation en tr/s
 I : intensité en Ampère




                                   LE STATOR OU L’INDUIT

      a) Constitution

C’est l’élément qui produit le courant induit. Il est constitué par un ensemble de bobines
formant les phases. Les bobines sont logées dans les encoches d’un noyau. Les phases sont
décalées les unes par rapport aux autres. Les alternateurs actuels comportent trois phases.
Ce sont des alternateurs triphasés.

                          TYPES DE MONTAGES TRIPHASES :

        Triphasé étoile                                          Triphasé triangle




DR Circuit de Charge                     Page 6 sur 6                           Lycée St Joseph
FORME DE LA TENSION TRIPHASEE




                                     LE PONT DE DIODES

      a) Fonction

Pour recharger la batterie, il est nécessaire de redresser le courant alternatif produit par le
stator en un courant ondulé. Ce redressement de courant très voisin d’un courant continu est
assuré par des diodes.
      b) Constitution




      c) La diode


C’est un élément semi-conducteur qui ne laisse passer le courant que dans
un seul sens.


   d) Le redressement mono alternance
La tension générée par le stator est alternative. La diode
ne laisse passer que les alternances positives.
L’alternance négative est bloquée. La tension aux
bornes de la résistance est toujours positive, mais non
continue. La tension n’est pas intégralement utilisée.




DR Circuit de Charge                         Page 7 sur 7                        Lycée St Joseph
e) Le redressement triphasé




    Sur ce montage, les trois phases sont additionnées pour avoir une tension presque continue


                                            LE REGULATEUR

          a) Nécessité d’une régulation de tension
    Dans le principe de production d’une tension induite, il a été observé que la force
    électromotrice de sortie augmente avec :
-       Le régime de rotation de l’alternateur n
-       L’intensité d’excitation (I.exc)
           Soit :          E = k n Iexc         (k est un coefficient de fabrication)
    Afin de ne pas détériorer l’équipement électrique et ne pas faire bouillir la batterie, il faut
    réguler la tension à environ 14,5V ( Nous verrons dans un autre cours que ces valeurs ont
    été modifié sur les dernières générations de véhicules)

          b) Schéma structurel




                                                     I Excitation




          Vers équipement
            électrique


    DR Circuit de Charge                      Page 8 sur 8                           Lycée St Joseph
c) Principe de la régulation de tension
    La tension de sortie de l’alternateur est mesurée puis comparée à une valeur de référence.
-       La tension est inférieure à 13,5V, l’inducteur est relié à la masse
-       La tension augmente et dépasse la valeur de référence maximum (15V), la masse de
    l’inducteur est momentanément interrompue.
-       La tension redevient inférieure à 15V, le circuit est de nouveau refermé, le courant circule
    dans l’inducteur.




                                                                      <<
                                                                  13,5<U<15,5




    Solution : Les composants électroniques (voir aussi DR composants électroniques utilisés en automobile pour plus de détails)
      La diode Zener                                                      Le transistor bipolaire NPN
      Elle laisse passer le                                               Il permet le passage du courant du
      courant inverse à partir                                            collecteur vers l’émetteur seulement s’il y a
      d’une tension déterminée.                                           circulation d’un petit courant de la base
                                                                          vers l’émetteur

                    SCHEMA ELECTRIQUE DU CIRCUIT DE CHARGE


                                                                                          Les sorties Cl1 et W ne sont pas
                                                                                           présentes sur l’ensembles des
                                                                                                    alternateurs.




    DR Circuit de Charge                                    Page 9 sur 9                                        Lycée St Joseph
CONTRÔLE ELECTRIQUE DE L’ALTERNATEUR


                                                 LE ROTOR

                                              Résistance :

                                              Ohmmètre, la résistance de la bobine est donnée
                                        par le constructeur, elle est généralement comprise entre
                                        3 et 7.5 ohms. Une résistance inférieure est le signe d'un
                                        court- circuit entre les spires

                                              Isolement :

                                              Ohmmètre, isolement entre la bobine et l’axe, la
                                        valeur doit être infinie sinon le rotor est en court-circuit.


                                              LE STATOR

                                            Continuité des bobines :

                                            Ω1 : Continuité entre A et B
                                            Ω2 : Continuité entre A et C
                                            Ω3 : Continuité entre B et C

                                            Isolement :

                                            Ω4. Isolement entre les bobines et leur support, la
                                      valeur doit être infinie sinon le stator est en court-circuit.


                                        LE PONT DE DIODES

                                            Contrôle des diodes :

                                      A l’aide d’un diode-mètre, contrôler une diode dans le
                                      sens passant :

                                      Valeur :

                                      Contrôler la diode dans le sens non passant :
Valeur :
       Le dossier ressource relatif au contrôle dynamique de l’alternateur accompagne les TD/TP


DR Circuit de Charge                        Page 10 sur 10                              Lycée St Joseph

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090416055412 Ressource Circuit De Charge

  • 1. ISAT DOSSIER RESSOURCE 2008/2009 NECESSITE - Recharger la batterie d’accumulateurs pour permettre le fonctionnement de l’ensemble des systèmes électriques du véhicule. Ces fonctions sont assurées par l’alternateur qui est entraîné par le moteur thermique. L’alternateur débite un courant redressé sous une tension régulé vers la batterie, le démarreur, et tout l’équipement électrique du véhicule. FLUX DES ENERGIES ALTERNATEUR Alimentation en énergie électrique des fonctions du véhicule DR Circuit de Charge Page 1 sur 1 Lycée St Joseph
  • 2. MISE EN SITUATION DU CIRCUIT DE CHARGE TEMOIN DE CHARGE BATTERIE ALTERNATEUR CONTACTEUR A CLEF RAISON D’ETRE DU CIRCUIT DE CHARGE La batterie étant un générateur de courant statique, il faut au véhicule un système de production de courant dynamique c’est à dire pendant que le moteur fonctionne, afin d’alimenter tous les circuits électriques véhicule roulant. Ce générateur dynamique est L’ALTERNATEUR. Tension de consigne Chaleur Bruit P=Cxw P=UxI .Transformer l’énergie mécanique en énergie électrique Alternateur DR Circuit de Charge Page 2 sur 2 Lycée St Joseph
  • 3. DR Circuit de Charge Page 3 sur 3 Lycée St Joseph
  • 4. DESCRIPTION STATOR (INDUIT) ROTOR (INDUCTEUR) PONT DE DIODES CARTER AR CARTER AV VENTILATEUR REGULATEUR POULIE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Un électro-aimant entraîné en rotation génère un champ magnétique tournant. Un bobinage fixe de fil de cuivre isolé, mis dans ce champ, est soumis à un flux d'induction magnétique variable. Il apparaît alors, aux bornes de cet enroulement, une force électromotrice (f.e.m) induite de forme sinusoïdale (courant induit). Lois de Faraday Lois d’Oersted Courant induit Electro-aimant S DR Circuit de Charge Page 4 sur 4 Lycée St Joseph
  • 5. La tension est constituée de deux alternances symétriques par rapport à l'axe d'évolution du temps. L'expression de la force électromotrice est de la forme : - E en volts e =∆Φ Φ en weber - ∆t - t en secondes CONDITIONS POUR AVOIR UN COURANT INDUIT - Un champ magnétique produit par un aimant ou électro-aimant. ( l’inducteur ou le rotor ) - une ou plusieurs spires n fermées sur elles-mêmes par le circuit de charge (le stator ou l’induit) Une variation de flux magnétique (mouvement produit par la rotation du rotor) - Observations - La tension produite est de forme alternative, or la batterie n’accepte que du courant continu pour se recharger. un système de redressement est nécessaire pour avoir une tension continue afin de recharger la batterie. - Si la vitesse du rotor augmente, la tension augmente. Il faut donc un régulateur de tension pour ne pas détruire l’équipement électrique. - Si le courant augmente dans le rotor, le champ magnétique et le flux magnétique (Φ) augmentent. Ce qui augmente la tension induite (e). Ce paramètre sera utilisé pour la régulation qui sera vu en fin de cours. CONDITIONS A REMPLIR PAR L’ALTERNATEUR - Produire un courant continu dont la tension est sensiblement constante quelle que soit la vitesse de rotation du moteur - Adapter l'intensité débitée aux besoins. Avoir une puissance massive et un rendement élevés - Résister mécaniquement aux hautes vitesses de rotation (paliers réalisés par roulement) - Etre protégé du courant inverse venant de la batterie lorsque sa tension est inférieure à celle de la batterie. DR Circuit de Charge Page 5 sur 5 Lycée St Joseph
  • 6. LES DIFFERENTS ELEMENTS COMPOSANTS L’ALTERNATEUR LE ROTOR OU L’INDUCTEUR a) Constitution Il comporte un noyau sur lequel est enroulé un bobinage. Ce bobinage est relié à deux bagues collectrices sur lequel portent les balais. Le champ magnétique provoqué par le passage du courant dans la bobine est canalisé par deux pièces polaires. Ces pièces polaires déterminent un ensemble de plusieurs aimants. b) Fonctionnement Lorsque la bobine est parcourue par un courant, il se crée un champ magnétique dans les pôles. Ce champ magnétique est proportionnel aux nombres de spires de la bobine et à la valeur de ce courant. ........................................ B=knI B : champ magnétique en TESLAS K : coefficient de fabrication n : régime de rotation en tr/s I : intensité en Ampère LE STATOR OU L’INDUIT a) Constitution C’est l’élément qui produit le courant induit. Il est constitué par un ensemble de bobines formant les phases. Les bobines sont logées dans les encoches d’un noyau. Les phases sont décalées les unes par rapport aux autres. Les alternateurs actuels comportent trois phases. Ce sont des alternateurs triphasés. TYPES DE MONTAGES TRIPHASES : Triphasé étoile Triphasé triangle DR Circuit de Charge Page 6 sur 6 Lycée St Joseph
  • 7. FORME DE LA TENSION TRIPHASEE LE PONT DE DIODES a) Fonction Pour recharger la batterie, il est nécessaire de redresser le courant alternatif produit par le stator en un courant ondulé. Ce redressement de courant très voisin d’un courant continu est assuré par des diodes. b) Constitution c) La diode C’est un élément semi-conducteur qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. d) Le redressement mono alternance La tension générée par le stator est alternative. La diode ne laisse passer que les alternances positives. L’alternance négative est bloquée. La tension aux bornes de la résistance est toujours positive, mais non continue. La tension n’est pas intégralement utilisée. DR Circuit de Charge Page 7 sur 7 Lycée St Joseph
  • 8. e) Le redressement triphasé Sur ce montage, les trois phases sont additionnées pour avoir une tension presque continue LE REGULATEUR a) Nécessité d’une régulation de tension Dans le principe de production d’une tension induite, il a été observé que la force électromotrice de sortie augmente avec : - Le régime de rotation de l’alternateur n - L’intensité d’excitation (I.exc) Soit : E = k n Iexc (k est un coefficient de fabrication) Afin de ne pas détériorer l’équipement électrique et ne pas faire bouillir la batterie, il faut réguler la tension à environ 14,5V ( Nous verrons dans un autre cours que ces valeurs ont été modifié sur les dernières générations de véhicules) b) Schéma structurel I Excitation Vers équipement électrique DR Circuit de Charge Page 8 sur 8 Lycée St Joseph
  • 9. c) Principe de la régulation de tension La tension de sortie de l’alternateur est mesurée puis comparée à une valeur de référence. - La tension est inférieure à 13,5V, l’inducteur est relié à la masse - La tension augmente et dépasse la valeur de référence maximum (15V), la masse de l’inducteur est momentanément interrompue. - La tension redevient inférieure à 15V, le circuit est de nouveau refermé, le courant circule dans l’inducteur. << 13,5<U<15,5 Solution : Les composants électroniques (voir aussi DR composants électroniques utilisés en automobile pour plus de détails) La diode Zener Le transistor bipolaire NPN Elle laisse passer le Il permet le passage du courant du courant inverse à partir collecteur vers l’émetteur seulement s’il y a d’une tension déterminée. circulation d’un petit courant de la base vers l’émetteur SCHEMA ELECTRIQUE DU CIRCUIT DE CHARGE Les sorties Cl1 et W ne sont pas présentes sur l’ensembles des alternateurs. DR Circuit de Charge Page 9 sur 9 Lycée St Joseph
  • 10. CONTRÔLE ELECTRIQUE DE L’ALTERNATEUR LE ROTOR Résistance : Ohmmètre, la résistance de la bobine est donnée par le constructeur, elle est généralement comprise entre 3 et 7.5 ohms. Une résistance inférieure est le signe d'un court- circuit entre les spires Isolement : Ohmmètre, isolement entre la bobine et l’axe, la valeur doit être infinie sinon le rotor est en court-circuit. LE STATOR Continuité des bobines : Ω1 : Continuité entre A et B Ω2 : Continuité entre A et C Ω3 : Continuité entre B et C Isolement : Ω4. Isolement entre les bobines et leur support, la valeur doit être infinie sinon le stator est en court-circuit. LE PONT DE DIODES Contrôle des diodes : A l’aide d’un diode-mètre, contrôler une diode dans le sens passant : Valeur : Contrôler la diode dans le sens non passant : Valeur : Le dossier ressource relatif au contrôle dynamique de l’alternateur accompagne les TD/TP DR Circuit de Charge Page 10 sur 10 Lycée St Joseph