Électricité
Régulateurs et conjoncteurs

Un peu d'histoire  

D'abord utilisé avec les dynamos, le régulateur s'est ensuite adapté pour être utilisé avec les alternateurs.

Son usage s'est imposé lorsque la dynamo à trois balais a montré ses limites et qu'on est revenu à la dynamo à deux balais. Les premiers essais du régulateur datent de 1925 ; il a ensuite été généralisé vers 1945.

À la base, l'idée du régulateur revient à Léon Cibié qui la développa dans les années 10.

À quoi sert le régulateur ?  

La batterie assure le rôle de stockage de l'énergie électrique. Tous les appareils électriques de l'automobile consomment du courant et sur un long parcours de nuit, l'énergie stockée dans la batterie est insuffisante à couvrir les besoins. La production d'électricité est ainsi assurée par une dynamo ou un alternateur. Toutefois, cette production d'électricité doit s'adapter aux besoins de la batterie. Ainsi le courant de charge doit être faible voire nul lorsque la batterie est chargée et fort lorsqu'elle est déchargée

Comme on l'a vu dans la page « Dynamos & alternateurs » et où se trouvent également des éléments techniques concernant les magnétos, les dynamos et alternateurs sont entraînés par le moteur et délivrent une force électromotrice proportionnelle à leur vitesse de rotation et qui, en l'absence de régulation peut augmenter suffisamment pour détruire la batterie si l'on ne contrôle pas la tension et le courant de charge.

Le régulateur va assurer cette double fonction de régulation de tension et de courant de la charge  il assure également un rôle de sécurité pour empêcher la dynamo ou l'alternateur d'être alimentés par la batterie lorsqu'ils ne tournent pas.

Il a d'abord été électro-mécanique et a équipé les dynamos et alternateurs. Il a commencé par être distinct de la machine produisant le courant, puis intégrée à elle.

Il a ensuite évolué vers une forme électronique et est totalement intégré à l'alternateur ; la dynamo ayant disparu entre-temps, après quelques décennies de bons et loyaux services...

Le régulateur électromécanique pour dynamo  

Retour sur la dynamo

Les dynamos shunt ont succédé aux dynamos à trois balais. La tension qu'elles génèrent est proportionnelle à la fois à leur vitesse de rotation et au flux embrassé par l'enroulement de l'induit. La vitesse de rotation est liée à celle du moteur et donc variable. Pour réguler la tension, on voit donc qu'il faut agir sur le flux et le réguler de manière que la tension ne soit jamais supérieure à 8 V pour alimenter une batterie de 6 V et de 15,5 V pour une batterie de 12 V.

Il existe des dynamos à excitation positive ou négative. Les régulateurs ne sont absolument pas interchangeables d'un type de dynamo à l'autre sous peine de grave avarie ; toutefois, leur fonctionnement reste identique.

Les schémas qui suivent conviennent tant pour une dynamo à excitation négative que pour une dynamo à excitation positive puisqu'ils sont invariables quel que soit le sens de branchement de la batterie.

Régulation de la tension

L'idéal aurait été de pouvoir faire varier le flux en fonction de la vitesse de rotation et du besoin à l'aide d'un rhéostat intercalé sur le circuit d'excitation. Malheureusement cela aurait été trop coûteux avec les technologies de l'époque pour être installé dans une automobile.

À la place du rhéostat, on va disposer une résistance fixe parcourue par le courant lorsque la tension tend à augmenter et qu'on shunte lorsque la tension tend à baisser. On agit donc en tout ou rien en choisissant des tensions maxi et mini assez proches.

Le système de tout ou rien est constitué d'un interrupteur actionné par une bobine placée en parallèle de la dynamo et d'un ressort antagoniste qui le ferme.

Ainsi, au démarrage, le contact est fermé car le ressort est plus fort que l'attraction de la bobine et la résistance R est shuntée. Lorsque la vitesse augmente, la tension produite augmente jusqu'au moment où l'attraction de la bobine devient suffisante pour contrer la force du ressort et ouvrir le contact.

À ce moment, la résistance R n'est plus shunté et le courant traversant le circuit d'excitation diminue faisant baisser la tension produite jusqu'à ce que la force du ressort soit supérieure à l'attraction de la bobine et que le contact se referme, shuntant à nouveau la résisatnce.

Et ainsi de suite... Il suffit de régler l'ensemble pour que les deux tensions de consigne soient suffisamment proches et on obtient une tension produite quasimment constante !

Ingénieux, mais pas exempt d'inconvénients. La palette bat à une fréquence élevée, et donc les fermetures ouvertures des contacts sont rapides et provoquent des arcs électriques qui ont tendance à les détériorer, d'où l'utilisation de contacts en tungstène.

Ensuite, en chauffant, la bobine change de résistance et ne déclenche plus le contact à la même tension ; elle est plus faible à froid et plus forte à chaud. Pour pallier ce problème, on utilise une bobine constituée de fil dont le matériau a une résistivité variant peu avec la température.

Enfin, la vibration de la palette, bien que rapide ne permet pas de stabiliser suffisamment la tension. On y remédie en ajoutant un contact qui shunte la bobine d'excitation lorsque la résistance ne l'est pas. Cet artifice réduit le temps de baisse de tension.

L'engin commence à prendre forme mais il n'est pas parfait : la tension de réglage constante (8 et 16 V comme on l'a vu plus haut) convient parfaitement lorsque la batterie est chargée mais est trop forte lorsqu'elle est déchargée. En effet, le courant de charge, qui est proportionnel à la différence de tension entre la dynamo et la batterie, est dans ce cas bien trop élevé et endommage la dynamo. Il faut donc le baisser.

On ajoute ainsi une bobine dite « série » à la bobine de dérivation (sur le même fer). Elle est calculée de manière que la tension délivrée soit de 6 ou 12 V et que le courant soit limité aux caractéristiques de la dynamo. De cette manière, plus la batterie sera chargée, plus ce courant diminuera jusqu'à devenir nul quand la batterie est chargée, c'est à dire lorsque la tension atteint 7,8 ou 15,6 V.

Ce schéma montre cet ajout. Le régulateur de tension est maintenent complet pour assurer la première partie du cahier des charges fixé plus haut.

Conjoncteur-disjoncteur

Il reste maintenant à empêcher que la batterie n'alimente la dynamo et la fasse tourner comme un moteur électrique lorsqu'elle ne tourne pas en tant que générateur de courant.

C'est le rôle du conjoncteur-disjoncteur. Attention : Là, j'ai changé la polarité d'excitation de la bobine, ce qui ne change rien au principe, pour représenter exactement l'un des régulateurs-disjoncteurs le plus couramment utilisé sur les autos françaises, celui de Ducellier.

Le courant débité par la dynamo passe dans les bobinages de dérivation et série du conjoncteur et actionnent le même type de palette que dans la partie régulation.

Le bobinage de dérivation, réalisé en fil fin, est relié entre la sortie de la dynamo et la masse. Dès que la dynamo débite, ce bobinage attire la palette qui ferme le contact et permet le débit de la dynamo dans la batterie.

Le bobinage série, réalisé en gros fil, est traversé par l'intégralité du courant qui circule de la dynamo vers la batterie. Le contact étant déjà collé par le premier bobinage, le courant de charge circule désormais vers la batterie et le champ magnétique engendré par ce gros bobinage renforce l'action du premier. La charge de la batterie peut se faire.

La batterie se charge puis, si par exemple, le régime moteur vient à ralentir vers 800 tr/mm, la tension délivrée par la dynamo est inférieure à la tension de la batterie. Le courant s'inverse provisoirement de la batterie vers la dynamo et passe dans l'autre sens dans le gros enroulement, provoquant un champ inverse qui relâche la palette et ouvre le contact. Cette action est renforcée par un ressort. Pour un régime de rotation moteur peu élevé, le point d'équilibre se crée et la palette oscille entre les deux positions. Si le moteur est arrêté et que la dynamo ne débite plus, le ressort assure une ouverture définitive du contact, isolant ainsi la batterie de la dynamo. Le cycle de fonctionnement peut alors recommencer à la remise en marche du moteur.

Régulateur de tension et d'intensité

Un autre modèle de régulateur, peu usité en Europe mais couramment utilisé aux États-Unis est le régulateur de tension et d'intensité. Dans ce régulateur, la bobine d'attraction ne possède pas d'enroulement série, mais l'appareil comporte un second rupteur en série avec le premier et commandé par le courant de la dynamo.

Lorsque la tension de la batterie est basse, le courant de charge est élevé mais s'il dépasse une certaine valeur réglable, le second rupteur s'ouvre, insérant la résistance dans le circuit d'excitation, ce qui fait baisser la tension de la dynamo et donc l'intensité de charge, ce qui provoque à nouveau la fermeture du rupteur. De cette façon, la palette vibre et l'intensité de charge reste constante et égale à l'intensité maximum que la dynamo peut produire.

Quand la batterie est chargée, sa tension est haute et atteint la valeur qui fait vibrer la palette du régulateur (premier rupteur). À ce moment, le courant baisse jusqu'à sa valeur minimum qui maintient la charge d'entretien de la batterie (d'environ 1 à 3 A).

Quelques régulateurs pour dynamo

Quelle que soit leur marque, ils se ressemblent tous et sont tous conçus sur le même principe à quelques petites variantes près de fabrication et de disposition interne. En voici quelques uns :

Entretien et pannes

On a vu que les caractéristiques de conception et de réglage d'un régulateur sont liées à la dynamo qu'il va équiper. Ainsi, il faut absolument remplacer un régulateur défectueux par le type de régulateur prévu pour la dynamo concernée. Il est hors de question de prendre n'importe quel régulateur issu d'un autre véhicule.

En cas d'anomalie de fonctionnement (voyant allumé, ampèremètre indiquant un courant anormal, etc.), il y a lieu d'abord de s'assurer que 1. la courroie n'est pas en cause, 2. tous les câbles sont bien branchés et qu'il n'y a pas de court-circuit ou de mauvaise masse tant à la dynamo qu'au régulateur (La plupart des pannes électriques sur les anciennes sont dues à l’oxydation des masses et des cosses, à la rupture d’isolant des fils électriques qui deviennent cassants avec l’âge et aux fils cassés par l'oxidation et les vibrations.).

Si tout ceci est correct, alors respecter la procédure de recherche de panne décrite par Ducellier en 1953 :

Nota : dans le tableau ci-dessus, « Dynamo HS » ne veut pas dire qu'elle est définitivement morte mais simplement que son fonctionnement est en cause. Avant de la remplacer, il faut s'assurer qu'elle n'est pas réparable. (Cf. page « Dynamos & alternateurs »)

Une autre méthode de recherche de panne est indiquée par J. Thonon et B. Steens en 1985. Elle est équivalente à la précédente mais plus détaillée :

• 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 bouton 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 dynamo ; 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 est le signe d'un fonctionnement anormal.
  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 est le signe d'un fonctionnement anormal.
  Si le circuit de charge tout entier est en bon état, le régulateur ou la dynamo est en défaut. À 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.

ATTENTION : Un régulateur HS ne peut pas être réparé, il est à remplacer. Toujours débrancher la batterie quand on change le régulateur.

Régulateur de tension électromécanique pour alternateur

L'utilisation du régulateur électromécanique avec un alternateur n'a existé que très peu de temps pour des raisons de pannes trop fréquentes.

On a vu au-dessus que leur fonctionnement est basé sur la vibration des rupteurs insérant ou court-circuitant la résistance de réglage dans le circuit inducteur, ce qui maintient la tension produite dans une certaine plage autour d'une valeur réglée en usine.

En pratique, après quelques mois de fonctionnement, la plage de réglage de la tension diverge et la régulation n'est plus très bonne. On atteint souvent une valeur trop élevée (parfois jusqu'à 16 et même 16,5 V) ce qui entraîne une consommation excessive d'eau de l'électrolyte et une usure prématurée de la batterie ainsi que de nombreux claquages d'ampoules.

Par rapport au régulateur pour dynamo, le régulateur électromécanique pour alternateur est plus simple car dépourvu de la partie conjoncteur-disjonteur, ce rôle étant assuré par le pont de diode qui empêche la décharge de la batterie dans les enroulements.

Voici deux schémas de branchement fréquemment rencontrés.

Régulateur de tension à auto-excitation pour alternateur triphasé

L'alternateur avec régulateur à auto-excitation peut se passer de la batterie pour fonctionner. L'enroulement inducteur de l'alternateur reçoit du courant alternatif redressé par trois diodes supplémentaires. L'aimentation rémanente des masses polaires du rotor produit une faible fem alternative qui, redressée par les diodes, donne d'abord un courant de faible intensité dans l'inducteur, ce qui créé un champ magnétique dans la bobine, qui vient s'ajouter au champ rémanent ce qui augmente la fem produite et ainsi de suite jusqu'à atteindre la tension nominale en quelques secondes.

Le régulateur électronique pour dynamo  

Première réalisation pour dynamo de 12 V

Nous devons ce schéma à Thierry PIOU ; il a été vérifié et publié dans le magazine « La Vie Automobile », donc nous pouvons le considérer comme fiable. Il a toutefois été modifié et amélioré par Alain ROTH. Je vais donc reproduire les deux avec les commentaires du dernier cité qu'on peut retrouver sur son site.

Note importante : ce montage concerne les dynamos à excitation séparée. En l’occurrence, il ne convient pas aux dynamos à 3 balais. La bobine inductrice ne sera donc alimentée que par la borne « EXCitation » située sur ce régulateur.

Liste des composants :

• les résistances sont de 0,25 W à couche de carbone : R1 = 330 Ω, R2 = 1,5 kΩ, R3 = 1 kΩ, R4 = 2,2 kΩ, R5 = 1,2 kΩ ;
• les transistors : T1 = 2N2222, T2 = 2N2222, T3 = 2N2905, T4 = 2N3055 ;
• les diodes : D1 = 70H80, voire 70H120 qui peut le plus peut le moins...) elle doit supporter un courant de 50 à 80 A et une tension inverse de 400 à 500 V ;
• la diode stabilisatrice : Dz1 = 5,1 V 400 mW mini.

Branchement

L'interrupteur figure le « contact ».

Ce régulateur se branche de la façon suivante ;

• la borne + au + de la batterie ;
• la borne - au - de la batterie ;
• la borne Exc à l'inducteur de la dynamo qui ne doit comporter aucun autre branchement ;
• la borne Ind à l'induit de la dynamo qui ne doit comporter aucun autre branchement.

Fonctionnement

Les transistors T1/T2 constituent un amplificateur différentiel qui tend à rendre égal le potentiel des bases des transistors T1 et T2. Le potentiel de la base de T2 est rendu constant par la présence de la diode Zener, c'est à dire que cette base ne subit pas les variations de tension de la batterie. Grâce au diviseur de tension constitué par l’ensemble [R1, R2, R3], pour une tension de charge de 14,4 V, le potentiel de la base de T1 est proche de 5,1 V.

Si la tension aux bornes de R3 diminue (la tension « batterie » diminue) le potentiel de la base de T1 diminue, le potentiel des émetteurs de T1/T2 va diminuer, la tension base-émetteur de T2 augmenter, et, par conséquence, le potentiel du collecteur de ce dernier va diminuer entraînant une augmentation du courant dans T3/T4, et donc dans l'inducteur de la dynamo.

La tension de charge de la batterie va alors augmenter et le potentiel de la base de T1 également de façon à tendre vers les fameux 5,1 V de la diode Zener qui sert de référence de tension, puis le cycle recommence.

Le phénomène inverse se produit lorsque la tension de batterie devient trop élevée (moteur à plein régime par exemple). Mais il s’avère que T2 se montre très vulnérable aux phénomènes de self-induction occasionnées par les bobinages de certains types de dynamos.

Inconvénients

À l'usage, il s'est avéré que ce montage chauffait énormément comme l'ont rapporté beaucoup d'utilisateurs, malgré la mise en place de radiateurs conséquents sur les diodes et le transistor T4, ce qui a amené à certaines modifications décrites ci-après.

Deuxième réalisation pour dynamo de 12 V

Pour pallier les défauts du précédent montage, les modifications suivantes ont été apportées.

Plutôt que de travailler en mode de pilotage continu (asservissement constant et continu de l’excitation de la dynamo par la tension relevée aux bornes de celle-ci), il a été décidé de travailler en mode tout ou rien, comme le fait un régulateur électromécanique classique.

Ainsi, un circuit intégré remplace l’amplificateur différentiel constitué par le couple de transistors T1 et T2 et la diode Zener Dz1 du schéma.

Le circuit s'en trouve simplifié, demande moins de place, et est plus fiable. Il peut de plus être confronté à d’importants phénomènes de self-induction inhérents à la technologie des dynamos et assure efficacement la protection des composants par rapport au schéma précédent.

Liste des composants :

• les résistances sont de 0,25 W à couche de carbone : R1 = 330 Ω, R2 = 1,5 kΩ, R3 = 1 kΩ, R4 = 1,2 kΩ, R5 = 470 Ω, R6 = 4,7 kΩ, R7 = 1,5 kΩ, R8 = 1 kΩ ;
• les transistors : T1 = 2N1711, T2 = 2N3055 ;
• le circuit intégré est un amplificateur opérationnel LM741 en boîtier dip 8 broches avec son support tulipe 8 broches ;
• les diodes : D1 = BY255 (ou équivalent), D2 = 70H80, voire 70H120 qui peut le plus peut le moins...) elle doit supporter un courant de 50 à 80 A et une tension inverse de 400 à 500 V ;
• les diodes stabilisatrices : Dz1 = 5,1 V 400 mW mini, Dz2 = 9,1 V 500 mW mini.

Ajouter un radiateur conséquent pour T2, de dimensions environ 60 × 40 × 20 mm.

Fonctionnement

Le cœur de ce montage est constitué par un amplificateur opérationnel qui fonctionne en comparateur tout ou rien. Lorsque la tension aux bornes de R3 (broche 2 du circuit intégré) est inférieure à la tension de référence délivrée à la broche 3 du CI par la diode Zener, la tension fournie par la broche 6 du CI au transistor T1 est voisine de 9 V. Par contre, si la tension aux bornes de R3 augmente et dépasse la tension de référence de la Zener, alors la broche 6 ne délivre plus rien à T1.

L’ensemble [R5.Dz2] permet de stabiliser l’alimentation du CI alors que D1 protège d’éventuelles surtensions issues de la self-induction à la borne de l’inducteur de la dynamo, sécurisant ainsi le transistor T2.

Variantes

• Pour lisser le signal issu de l’amplificateur opérationnel, et pour limiter les pointes de courant, un condensateur de 1 μF peut être ajouté entre la jonction R7.R8 et le + , ainsi qu’un condensateur de 100 μF environ aux bornes de D1 (ou, ce qui revient au même, entre excitation et masse). Ces condensateurs auront une tension de service d'au moins 25 V ;
• Pour adapter le montage aux différents types de dynamos asservies, la valeur de R6 peut être abaissée à 2,7 kΩ, qu’on complètera alors par une résistance ajustable de 2,2 kΩ de très bonne qualité montée en série avec R6 ;
• Au besoin, on pourrait remplacer également la résistance R2 par un potentiomètre permettant d’ajuster la tension à la broche 2 du CI, donc de régler -dans une plage de valeurs restreinte- la tension maximum de charge de la batterie.

Réalisation

Chacun fera comme il le souhaite, dans un boîtier spécifique ou dans la coque d'un ancien régulateur électromécanique afin de garder l'aspect ancien du maontage. Mais bien veiller à utiliser des câbles de section suffisante et à bien isoler les composants qui le nécessitent. Voici d'ailleurs un exemple de réalisation :

Troisième réalisation pour dynamo de 12 V

Il s'agit du schéma proposé ci-dessous par Philippe BOURSIN pour un alternateur. Il semble d'après certains utilisateurs du forum Panhard, qu'il convienne parfaitement pour une dynamo à condition d'y ajouter la partie en haut à droite du précédent schéma, c'est à dire la diode 70H80 entre l'induit de la dynamo et le + de la batterie.

Il est à noter d'ailleurs que cette diode sur son radiateur ne sont pas à insérer dans le boîtier du régulateur mais directement sur la dynamo en veillant bien aux isolations : la diode est fixée directement sur son radiateur qui devient (quand la dynamo fonctionne) positif par rapport à la masse. Bien vérifier la fixation du radiateur sur la borne de sortie de la dynamo, et l’absence de contact avec le corps de celle-ci, ou avec tout autre élément métallique environnant.

Le régulateur électronique pour alternateur  

Principe

Exit donc la dynamo après plusieurs décennies d'utilisation et retour à la forme de base du générateur de courant, l'alternateur.

Revenons sur le fonctionnement global de l'alternateur pour comprendre celui de son régulateur. Il se divise en 3 fonctions distinctes, production, redressement et régulation.

La production est produite par le stator constitué de trois groupes de bobinages ; elle est alternative.

Le redressement est effectué par le pont de diodes, son rôle est de transformer le courant alternatif en courant continu à l'aide de diodes positives et négatives.

La régulation de la tension est assurée par le régulateur et le rotor. La tension délivrée par le stator dépendra du courant circulant dans le rotor qui est alimenté par le régulateur et ses balais. Le régulateur ayant l'information tension de batterie, va permettre ou pas l'alimentation du rotor et donc contrôler la production de tension pour la réguler dans les valeurs choisies.

Le régulateur peut être distinct de l'alternateur et disposé dans un boîtier extérieur ou incorporé à l'alternateur dans les configurations plus récentes. C'est aujourd'hui systématiquement le cas.

Tous les régulateurs électroniques fonctionnent selon le même principe :

• L'alimentation en courant est fournie par la batterie et donc par l'alternateur ;
• Elle est divisée par un facteur fixe ;
• Parallèlement, un stabilisateur fournit une tension fixe calibrée et filtrée ;
• Ces deux valeurs sont fournies à un comparateur qui les compare ;
• Le résultat est intégré puis amplifié et fourni à l'inducteur.

Ainsi, le courant envoyé à l'excitation est à tout instant calculé à partir de l'écart entre la tension produite et la tension de référence calibrée en usine. Ceci remplace avantageusement et avec bien plus de fidélité le fonctionnement des rupteurs vibrants.

Une petite distinction tout de même entre les régulateurs électroniques extérieurs qui fournissent sur la broche Ex un courant positif (l'autre bague du rotor étant à la masse), et les régulateurs incorporés qui ont une bague du rotor au PLUS permanent et qui commandent l'excitation par coupure sur le MOINS.

Exemple de réalisation

Je présente ici une réalisation pratique de régulateur électronique externe à l'alternateur qui peut être fabriqué facilement avec des éléments électroniques du commerce. Je précise que ce schéma est issu de l'excellent site de Philippe BOURSIN dont on trouvera l'adresse sur la page Liens et adresses.

Liste des composants :

• les résistances sont de 0,5 W à couche de carbone : R1 = 1 kΩ, R2 = 3,9 kΩ, R3 = 2,2 kΩ, R4 = 1 kΩ, R5 = 1,5 kΩ, R6 = 470 Ω ;
• le potentiomètre ajustable P : E097 AC/1 kΩ ou E097 AF/1 kΩ RTC ;
• les condensateurs devront avoir une tension de service d'au moins 25 V et être d'excellente qualité, pour C2, employer exclusivement un modèle à très faible fuite, à film plastique par exemple : C1 = 22 μF, C2 = 1 μF, C3 = 100 μF ;
• les transistors : T1 = BD508, BD136 ou équivalent, T2 = 2N3055 ;
• les diodes : D1 = 1N4148 ou équivalent, D2 = BY126 ou équivalent ;
• la diode stabilisatrice : Ds = 5,6 V 400 mW ou 1 W ;
• l'amplificateur opérationnel : CI = type 741 en boîtier dip 8 broches.

Fonctionnement

P est réglé pour obtenir la tension de sortie Vs désirée (broche 6). Quand c'est le cas, le potentiel Ve sur l'entrée non inverseuse du circuit intégré comparateur (broche 3) est égal au potentiel Vref de l'entrée inverseuse (broche 2) stabilisée et filtrée par R1, Ds et C1. La tension de sortie Vs du comparateur est telle que le courant d'émetteur Ie2 de T2 correspond au courant d'excitation Iex convenable.

Si Vs augmente, Ve devient supérieure Vref. L'amplificateur opérationnel monté en comparateur donnera à sa sortie Vs_max légèrement inférieure à Vs.

En l'absence de C2, on aurait blocage immédiat de D1 entraînant ceux de T1 et T2 et Iex deviendrait nul :; mais la présence de C2 fait que la tension aux bornes de C2 ne peut pas suivre instantanément le potentiel de sortie du comparateur Vs (à cause de la constante de temps C2-R4). D1 se bloque alors progressivement.

Le courant de base de T1, Ib1, ne sera donc plus fourni que par C2 qui se décharge via R5 alors, Ib1 diminue, Ic2 diminue, Ib2 diminue, Ie2 (= Iex) diminue et Vs diminue.

L'augmentation de Vs est ainsi corrigée et grâce à la présence de C2, le courant d'excitation Iex varie d'une manière progressive, et non brutale ce qui élimine tout risque de claquage de T2 par tension auto-induite de l'inducteur. La présence de C3 et D2 est une précaution supplémentaire. Si Vs diminue, Ve devient inférieure à Vref et La tension de sortie du comparateur Vs devient proche de 0. Alors D1 conduit.

Si C2 n'existait pas, Ib1 augmenterait très vite jusqu'à la valeur de saturation. T1 se saturerait et saturerait T2, Ie2 (= Iex) serait maximum et Vs augmenterait trop. La présence de C2 permet donc de contrôler la croissance de Ib1, donc de Ic1, de Ib2, de Ie2 et de Iex. La correction de Vs se fait encore d'une façon moins brutale permettant de ne pas endommager T2.

Toutefois, la valeur de la constante de temps C2-R4 et C2-R5 permet une correction suffisamment rapide pour qu'il n'y ait pas d'anomalie. Si la vitesse de correction était trop lente, on observerait des variations de la lumière émise par les phares.

De cette façon, Vs est toujours maintenue à une valeur extrêmement proche de la valeur fixée lors de la mise au point par le réglage de P. La tension de référence Vref a été choisie égale à 5,6 V, car cette tension est celle des diodes stabilisatrices ayant le plus faible coefficient de température (ne pas oublier que le régulateur est installé dans le compartiment moteur).

Ce régulateur, permet de :

• parfaitement ajuster la tension Vs aux bornes du circuit électrique d'une automobile ;
• rendre cette tension pratiquement indépendante de la consommation électrique à bord (dans la limite des possibilités de l'alternateur ; il convient donc ne pas exagérer le nombre de phares antibrouillard, longue portée ou autres accessoires gros consommateurs d'énergie électrique...) D'ailleurs, en cas de surcharge du circuit électrique, le régulateur ne craindrait rien, on risquerait surtout de décharger la batterie malgré les efforts de l'alternateur pour la charger ;
• rendre cette tension Vs pratiquement indépendante du régime de rotation du moteur (au-dessus de la vitesse pour laquelle l'alternateur commence à débiter). Cela évite d'une part que la batterie chauffe et consomme de l'eau et d'autre part de claquer des ampoules lors de régime moteur élevé.

Réglage du régulateur

Moteur à l'arrêt et contact coupé, brancher un voltmètre (calibre 15 V environ, CC) entre la masse et la sortie Ex du régulateur.

Mettre le contact.

Par la manoeuvre de P, à l'aide d'un tournevis, on pourra lire soit une tension V_Ex presque nulle, soit une valeur proche de Vs, de l'ordre de 1,1 V. Placer P sur une position donnant une tension proche de Vs.

Déconnecter le voltmètre et le brancher aux bornes de la batterie en veillant qu'il ne puisse tomber avec les vibrations du moteur.

Mettre le moteur en marche et accélérer jusqu'à ce que la tension lue augmente. À ce moment, l'alternateur charge la batterie.

Accélérer jusque vers 2 500 tr/mn et ajuster le potentiomètre réglable P pour obtenir environ 14 V aux bornes de la batterie.

Tout en maintenant ce régime du moteur, allumer les feux de route. La tension lue doit rapidement se stabiliser à nouveau à une valeur très proche de la tension de réglage.

Couper les phares très rapidement, la tension doit revenir à la valeur désirée.

Si tout fonctionne ainsi, fermer le capot moteur et faire un trajet de plusieurs kilomètres afin que tous les éléments et le compartiment moteur prennent leur température d'équilibre.

Brancher à nouveau le voltmètre aux bornes de la batterie, accélérer à 2 500/3 000 tr/mn et régler P en maintenant le régime moteur. Le bon réglage est obtenu lorsqu'on lit 14,4 V aux bornes de la batterie, aucun accessoire électrique n'étant en service.

Vérifier que la tension se maintient à peu près à cette valeur lors d'accélérations, de mises en service et de coupures des phares en position route ou croisement.

Un retour au ralenti normal, par contre, doit entraîner une baisse de la tension Vs, à faible régime, l'alternateur cessant de charger.

Dépannage du régulateur électronique

Moteur à l'arrêt, déconnecter la sortie excitation du régulateur de la borne de l'alternateur et brancher une résistance de 15 Ω et 20 W entre la sortie excitation et la masse.

Mettre le contact.

• Contrôle de T2, T1, R5, R6, C2, C3 et D2 :

  Tous ces éléments sont en bon état si :

  • en court-circuitant R6, on lit une tension V_Ex pratiquement nulle aux bornes de la résistance de 15 Ω ;
  • en reliant le point de jonction R4-R5 à la masse, on lit une tension V_Ex proche de Vs aux bornes de la résistance de 15 Ω.

  Le bon état de ces éléments ne peut être affirmé que si les deux contrôles ci-dessus sont faits et donnent le résultat attendu.

• Contrôle de R1, Ds1 et C1 :

  On doit mesurer une tension peu différente de 5,6 V aux bornes de Ds lorsque Ds et R1 sont en bon état et C1 n'est pas en court-circuit.

  Nota : un court-circuit dans le circuit intégré peut rendre la mesure très erronée malgré le bon état de R1, Ds1 et C1.

• Contrôle de R2, R3 et P :

  Lorsque R2, R3 et P sont en bon état, on doit mesurer une tension de l'ordre de 5 à 6 V entre le curseur de P et la masse. Cette tension doit varier lorsque l'on manoeuvre P.

  Nota : une défectuosité du circuit intégré peut créer les mêmes symptômes que la défaillance de R2, R3 et P. Pour lever le doute, on peut pomper les soudures sur les entrées du circuit intégré afin de le mettre hors circuit. Ne pas omettre de les refaire dès la mesure terminée.

• Contrôle du circuit intégré C1 :

  Les contrôles précédents étant faits et les éléments ayant été reconnus en bon et par l'action de P, faire varier la tension l'entrée non inverseuse du circuit intégré : Ve.

  Lorsque Ve est inférieure à Vref, la tension de sortie du C1 doit être proche de 0.

  Si les deux tests ci-dessus ne donnent pas le résultat attendu, changer le circuit intégré.

• Contrôle de D1 :

  Par action sur P, faire Ve inférieure à Vref. La tension aux bornes de D1 doit être d'environ 0,5 à 0,6 V si D1 est en bon état et branchée dans le bon sens.

  Nota : si Ds est branchée à l'envers, on lira une tension d'environ 0,5 à 0,6 V à ses bornes.

Après tout dépannage, il sera nécessaire de refaire les réglages comme indiqué précédemment.

Fonctions supplémentaires

L'électronique permettant de faire peu plus que de la simple régulation de tension, d'autres fonctions ont été ajoutées au régulateur, notamment la déection des seuils haut et bas de fourniture de tension et la détection de rupture de courroie.