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Électricité
Dynamos et alternateurs

Théorie et histoire  

La théorie et l'histoire de ces appareils sont extrêmement liées, c'est pourquoi nous les aborderons ensemble.

D'abord, une phrase qui va bouleverser quelques certitudes : À la base, une dynamo produit du courant alternatif !
Ce n'est qu'à force d'améliorations et d'artifices qu'on est parvenu à lui faire produire du courant continu tout simplement parce qu'on n'était pas capable, à l'époque, de redresser du courant alternatif pour en faire du courant continu.

Un peu d'histoire est bénéfique pour bien comprendre son fonctionnement.

La dynamo est basée sur le principe de Faraday (savant physicien et chimiste anglais 1771-1867) : un courant circule dans une spire de fil conducteur dès qu'elle est en mouvement dans un champs magnétique (principe simplifié).

Les premières expériences ont été menées par Clarke, puis la technologie a été développée par Zénobe Gramme qui présenta la première vraie dynamo industrielle en 1873 lors de l'Exposition Universelle.

Dynamo de GrammeDynamo de Gramme - © DR

Expérience n°1 : Plaçons une spire de fil électrique dans un champ magnétique et faisons-la tourner autour de son axe ; le courant mesuré aux bornes de la spire varie selon une sinusoïde. Il est maximum lorsque la spire est perpendiculaire au champ magnétique et nul lorsque la spire est dans son plan.

Expérience n°2 : C'est le premier artifice pour avoir du courant de sens constant (redressé). Il suffit de le recueillir en changeant de borne de spire tous les demi-tours. Pour cela, il suffit de créer un collecteur, de relier chacune des deux bornes à une demi-coquille et de recueillir le courant sur des balais fixes.

Expérience n°3 : Deuxième artifice pour avoir un courant plus stable. Il suffit de multiplier le nombre de spires et de morceler le collecteur de la même manière que précédemment. On imagine bien que plus le nombre de spires sera grand, plus on surfera sur le haut des sinusoïdes et plus le courant sera stable.

Principe de la dynamoPrincipe de la dynamo - © P. Bérenger

Toutefois, cette dynamo n'est pas satisfaisante car elle a un rendement médiocre...

On va donc encore l'améliorer pour augmenter la quantité de courant collecté en 

  • récupérant le courant parcouru par toutes les spires à la fois et pas seulement par celle qui est perpendiculaire au champs magnétique ; on va donc relier les spires entre elles et augmenter le nombre de balais ;
  • augmentant le nombre d'enroulement de chaque spire ;
  • augmentant l'intensité du champ magnétique en remplaçant l'aimant de l'expérience n°1 par un électro-aimant (inducteur).

D'autres améliorations ont été apportées, notamment la régulation du champ magnétique de l'inducteur en fonction du besoin de charge (dynamo à 3 balais, dynamo compound, dynamo anticompound).

Enfin, la solution finale conduisant aux dynamos modernes de nos autos anciennes a été de simplifier la dynamo elle-même en ne disposant que deux balais et en ne régulant plus l'induction ; par contre, on a ajouté le conjoncteur-disjoncteur, puis le régulateur de tension et enfin le régulateur de tension et de courant.

Et, lorsque dans les années 1960, les semi-conducteurs sont devenus industriellement fiables et ont permis d'obtenir des redresseurs de courant, la simplification ultime fut de revenir à la machine de base, l'alternateur !

Pour la petite histoire, c'est tout à fait par hasard que l'ingénieur Fontaine découvrit que cette machine était réversible ; c'est à dire qu'elle tournait lorsqu'on lui fournissait du courant ! Il venait d'inventer le moteur électrique.

On va s'abord examiner la dynamo moderne avant d'aborder la dynamo à trois balais qui est un peu plus complexe ; cette approche n'est pas historique mais plus logique sur le plan de la compréhension.

Principes généraux de la dynamo  

Pour faire une dynamo, il faut un champ magnétique et des spires de fil qui tournent dans ce champ ; le tout devant être performant et avoir un rendement optimal.

Le champ magnétique va être produit par des électro-aimants qui formeront l'inducteur. Il s'agit d'une couronne cylindrique en acier sur laquelle sont fixés des noyaux terminés par des épanouissements polaires en acier feuilleté afin de réduire au maximum les courants de Foucault produits par la pulsation du flux électrique et portant des bobines parcourues par le courant d'excitation.

L'induit (la partie centrale rotative) est constitué d'un axe et d'un empilement de tôles (là encore pour réduire les courants de Foucault) et portant dans ses encoches un ensemble de bobinages dans lequel le courant va se créer.

Le courant créé est recueilli sur un collecteur constitué de lames de cuivre isolées entre-elles et sur lesquelles sont soudées les extrémités des bobinages de l'induit.

Enfin, les balais en charbon frottent sur le collecteur et transmettent le courant produit via des fils électriques.

L'inducteur forme la carcasse extérieure et la machine est complétée par deux joues avec des paliers qui supportent l'axe de l'induit. Le palier avant, côté poulie, étant soumis à des efforts importants est constitué d'un roulement et le palier arrière est souvent réduit à une bague en bronze autolubrifiant.

L'ensemble est parfois complété du régulateur de tension qui peut être intégré à la dynamo.

Dynamo moderneDynamo moderne - © DR

L'induit

La force électromotrice induite par la rotation de l'induit dans le champ magnétique créé par l'inducteur se quantifie par la formule :
UV = 10-8.p.N.n.Φ/a
où :

  • U est la fem produite en V
  • p est le nombre de paires de pôles de l'inducteur
  • N est le nombre de conducteurs périphériques de l'induit
  • n est la vitesse de rotation de l'induit en tr/s
  • Φ est le flux par pôle en Maxwell
  • a est le nombre de paires de voies d'enroulement en parallèle

Ce schéma montre comment le courant généré est collecté par les balais via les lames du collecteur. Il y a entre les deux balais deux circuits en parallèle ou voies d'enroulement (notons que pour ne pas alourdir le schéma, chaque conducteur n'est représenté que par une seule spire, ce qui n'est évidemment pas le cas dans la réalité) :

  • balai (-), conducteurs 17 4 19 6 21 8 23 10 1 12 3 14, balai (+)
  • balai (-), conducteurs 2 15 24 13 22 11 20 9 18 7 16 5, balai (+)

Ce schéma n'est qu'un exemple. Les dynamos n'ont pas toutes 12 lames sur leur collecteur ; il peut y en avoir plus et donc le nombre de conducteurs varie en conséquence.

À titre d'exemple pour la bonne compréhension, supposons que chaque conducteur génère une fem de 1 V.
Ainsi, en partant du balai (-) en contact avec la lame I du collecteur, le courant parcourt le conducteur 17 qui traverse le champ magnétique où la fem croît de 1 V puis le conducteur 4 qui revient à la lame J au potentiel de 2 V et ainsi de suite jusqu'à la lame C qui est alors au potentiel de 12 V. Ceci est vrai autant pour la première voie que pour la seconde.

Schéma développé de l'induitSchéma développé de l'induit - © P. Bérenger

L'induit peut être constitué de différents types d'enroulements (imbriqués ou ondulés série).

Pour ceux que ça intéresse, voici la différence entre ces deux types d'enroulements :

Enroulements imbriqués

Ce type de bobinage est utilisé dans les dynamos qui privilégient la fourniture d’un maximum d’intensité. La section des fils sera importante. Chaque petite bobine est raccordée au collecteur par soudure sur deux lames différentes. Ce raccordement s’effectue de sorte que l’entrée d’une section se trouve sur une lame du collecteur et sa sortie sur sa voisine immédiate.

Avec ce type d'enroulement, le nombre de charbons est égal aux nombres de pôles et il y a autant de voies d’enroulement qu’il y a de pôles.

Enroulements ondulés

Ce type de bobinage est utilisé dans les dynamos multipolaires qui privilégient la fourniture d’un maximum de tension. La section des fils sera alors moindre que dans le cas de l'enroulement imbriqué.

Le nombre de charbons n'est alors pas forcément égal aux nombres de pôles et il n’y a pas forcément, autant de voies d’enroulement qu’il y a de pôles. Il est possible de réaliser une connexion série entre deux enroulements et également de réaliser un couplage série et parallèle.

Chaque petite bobine est raccordée au collecteur par soudure sur deux lames différentes, dans deux groupes de lames différents. Le raccordement s’effectue de sorte que l’entrée d’une section se trouve sur une lame du groupe de lames du collecteur et sa sortie sur celle du groupe immédiatement voisin.

L'inducteur

L'inducteur est fixe et composé d'un nombre paire d'électro-aimants alternant la création de pôles Nord et Sud.

Les inducteurs bipolaires sont réservés aux petites puissances (80 à 100 W). Les automobiles de tourisme étaient équipées de dynamos à quatre pôles (100 à 180 W) et les poids lourds avaient droit aux dynamos à six pôles (200 W et plus).
à noter que pour des raisons d'encombrement, certaines dynamos n'avaient qu'un pôle bobiné sur deux.

L'excitation de la dynamo (mode de branchement de l'inducteur) est en général du type shunt, c'est à dire que l'inducteur est branché en parallèle avec les bornes de la dynamo et c'est là qu'intervient le régulateur de tension.

Schéma d'un inducteur à deux pôlesSchéma d'un inducteur à deux pôles - © P. Bérenger

Les balais

La dynamo à deux pôles possède deux balais disposés à 180 degrés l'un de l'autre.

Dès que la dynamo possède plus de deux pôles, il y a lieu de les distinguer selon le mode d'enroulement de l'induit.

Dans le cas des enroulements imbriqués, la dynamo à quatre pôles possède quatre balais positionnés à 90 degrés et reliés deux par deux. La dynamo à six pôles possède six balais disposés à 60 degrés et réunis trois par trois.

Dans le cas des enroulements ondulés série (le cas le plus fréquent dans le domaine automobile), on peut se conteneter de deux balais (par exemple placés à 90 degrés pour une dynamo à quatre pôles). Mais, afin de diminuer l'intensité parcourant le contact balai-collecteur, on peut augmenter le nombre de balais. Par exemple, dans le cas d'une dynamo à qutre pôles, on peut placer quatre balais réunis diamétralement. Pour une dynamo à six pôles, on peut placer quatre balais reliés deux à deux et situés à 120 degrés ou encore six balais reliés trois à trois et situés également à 120 degrés.

Caractéristiques techniques de la dynamo  

La grande majorité des dynamos utilisées sur les anciennes automobiles est à deux ou quatre pôles. Sur les voitures de tourisme, leur diamètre extérieur est généralement de 115 mm.

À titre d'information, nous allons détailler ici les caractéristiques de deux dynamos couramment utilisées sur les automobiles françaises ; en cas de besoin, il faudra, pour chaque cas particulier, essayer de retrouver les caractéristiques de la dynamo concernée soit sur Internet, soit dans des documents d'époque...

Dynamo Paris-Rhône 6 V à deux pôles

Tension6 V
Intensité maxi30 A
Inducteur2 bobines de 230 spires de section 0,9 mm2
Résistance de 3,9 Ω à 20°C
Induit28 sections de 4 spires de section 1,5 mm2
Résistance entre balais de 0,1 Ω à 20°C
14 encoches à l'intérieur de chacune desquelles se trouvent 4 demi-sections de 4 conducteurs, soit 16 conducteurs et donc 224 au total
28 lames sur le collecteur

NB : le même modèle (à deux pôles) existe en 12 V. Dans ce cas, l'induit comporte 7 spires par section au lieu de 4. Chaque encoche comporte donc 28 conducteurs de section 1,1 mm.

Dynamo Paris-Rhône 12 V à quatre pôles

Tension12 V
Intensité maxi12 A
Inducteur4 bobines de 150 spires de section 0,8 mm2
Résistance de 4,6 Ω à 20°C
Induit51 sections de 4 spires de section 1 mm2
Résistance entre balais de 0,25 Ω à 20°C
17 encoches à l'intérieur de chacune desquelles se trouvent 6 demi-sections de 4 conducteurs, soit 24 conducteurs et donc 308 au total
51 lames sur le collecteur
Enroulement ondulé série

Dynamo à trois balais  

La dynamo à trois balais est la plus ancienne forme utilisée pour les automobiles puisqu'elle les équipat depuis les années 1910 jusqu'aux années 1940. C'est aussi la plus complexe...

L'idée de base, mise en application par A-M. Iglésis, était qu'il était nécessaire de faire varier le flux présent dans l'inducteur de façon inversement proportionnelle à la vitesse de rotation de la dynamo pour que la fem produite soit constante. Un joli défi !

L'introduction d'un troisième balai permet de brancher l'inducteur entre deux points du collecteur dont la différence de potentiel baisse lorsque la vitesse augmente. La théorie de fonctionnement d'une telle dynamo est expliquée dans l'encadré ci-dessous ; il n'est pas absolument nécessaire de la connaître, mais cela ne peut pas nuire...

Donc pour ceux que ça intéresse, voici la théorie du fonctionnement de la dynamo à trois balais :

Théorie

Pour simplifier l'explication, on ne va s'occuper que d'une dynamo bipolaire (à deux pôles d'induction).

Représentons la variation du champ d'induction en fonction de la charge de la dynamo. Sur le premier schéma, à vide le champ est strictement parallèle au champ magnétique situé entre les deux pôles ; on visualise une ligne imaginaire perpendiculaire à ce champ qu'on appellera « ligne neutre ». Dès qu'on charge la dynamo, comme indiqué sur le deuxième schéma, il se produit une distorsion de flux due au flux de réaction d'induit. Le champ d'induction résultant s'incline dans le sens de rotation, et la ligne neutre également, d'un angle α. Ceci entraîne un glissement de la courbe des potentiels sur le collecteur tel qu'indiqué sur le troisième schéma pour un arrangement des balais comme indiqué sur le quatrième schéma.

Théorie de la dynamo à 3 balaisThéorie de la dynamo à 3 balais - © P. Bérenger

Il en résulte bien une baisse du potentiel en E, emplacement du troisième balai  ceci nous indique que la tension dans l'inducteur baisse avec la charge, mais on peut démontrer également (mais ce n'est pas l'objet ici) que cette tension baisse lorsque la vitesse de rotation augmente.

Position du 3ème balai

On prévoit donc que le placement du troisième balai ne va pas être dû au hasard et que sa position sera optimisée. La règle qui a été retenue est la suivante : Le troisième balai doit être placé près d'un balai principal qui lui fait suite dans le sens de rotation et il a la même polarité que lui (Dans le cas d'une dynamo multipolaire, ce balai principal peut être fictif si la machine comporte moins de balais que de pôles). L'inducteur est branché entre le troisième balai et le balai principal de polarité opposée.

Dynamo bipolaire à 3 balais - Dispositions possibles des balaisDynamo bipolaire à 3 balais - Dispositions possibles des balais - © P. Bérenger

Ce schéma montre les différentes possibilités de positionnement des balais pour une dynamo bipolaire en fonction du sens de rotation. On retrouve les mêmes possibilités que la batterie soit branchée le moins ou le plus à la masse. Dans la pratique, on préfère avoir le troisième balai de signe opposé à celui de la masse et pour des raisons d'encombrement et de fabrication, le troisième balai est proche d'un balai fictif pour l'éloigner des balais principaux (cas général des dynamos multipolaires). Évidemment, plus il y a de pôles, plus il y a de possibilités théoriques de positionnement...

Les dynamos à trois balais ont le plus souvent été construites avec trois pôles ; il en a résulté les deux positionnements les plus fréquents suivants :

Dynamo tétrapolaire à 3 balais - Dispositions courantes des balaisDynamo tétrapolaire à 3 balais - Dispositions courantes des balais - © P. Bérenger

Réglage du troisième balai

Compte tenu de ce qui a été expliqué dans l'encadré, si on rapproche le troisième balai du balai principal qui lui fait suite dans le sens de rotation, on augmente la valeur du courant d'induction et vice versa. On agit donc ainsi sur le courant généré par la dynamo. Il y a des butées limite pour ce réglage afin de ne pas aller trop haut et endommager la dynamo.

Changement de sens de rotation

Il arrive qu'on ait besoin de changer le sens de rotation d'une dynamo à trois balais par exemple quand on veut adapter une dynamo à un autre véhicule. Certains modèles avaient la possibilité de faire complètement tourner le troisième balai pour le déplacer ; on doit en plus croiser les connexions de l'inducteur puisqu'il faut garder la polarité du troisième balai.

Fusible d'inducteur

L'enroulement de l'inducteur est protégé par un fusible ; il est prévu pour fondre lorsque le courant d'excitation dépasse de 15% sa valeur maximum (c'est à dire sa valeur lorsque la batterie est entièrement chargée). Le courant peut en effet dépasser cette valeur en cas d'incident lié à la rupture du circuit de charge. La fem produite lors de la conjonction (c'est à dire lorsque le conjoncteur entre en action) est d'environ 12 V à environ 900 tr/mn ; à 4000 tr/mn, elle peut monter à 80 V pour une dynamo 12 V et 40 V pour une dynamo 6 V. Dans ce cas, sans fusible, l'inducteur brûle...

De même il est évidemment proscrit de débrancher la batterie d'un véhicule équipé d'une dynamo à trois balais lorsque le moteur tourne sous peine de la détruire. Ce n'est heuereusement pas le cas avec une dynamo noramle.

Intensité du courant produit

Au moment de la conjonction, le courant est nul, puis il croît régulièrement avec la vitesse de rotation jusqu'à atteindre sa valeur maximum (8 à 9 A pour une dynamo 12 V et 16 à 18 A pour une dynamo 6 V) pour une vitesse d'environ 2000 tr/mn. Ensuite, il décroît plus la vitesse augmente.

Dynamo à deux débits

Certains constructeurs ont imaginé une dynamo à deux débits en ajoutant en série avec l'inducteur, une résistance qu'on peut shunter grâce à un interrupteur. En court-circuitant la résistance, on augmente le débit de la dynamo. cela impose évidemment une contrainte pour le conducteur qui doit surveiller l'état de charge de la batterie et adapter la position de l'interrupteur au besoin de charge. L'idéal serait de rendre cet interrupteur solidaire de celui des phares. Il a existé une commande automatique de cet interrupteur.

Inconvénients de la dynamo à trois balais

L'un des inconvénients principaux est cette baisse de courant à vitesse élevée, ce qui n'est guère favorable à une bonne charge de la batterie sur des trajets longs et à vitesse soutenue. La dynamo à trois balais fonctionne donc mieux en ville que sur route...

Le deuxième inconvénient majeur est que la batterie imposant sa tension à la dynamo, le courant d'excitation dépend donc de l'état de charge de la batterie. Ainsi, plus la batterie sera déchargée et moins la dynamo la chargera ! Ce n'est évidemment pas l'effet recherché.

Ce défaut a été plus ou moins compensé par les dynamos compound et anticompound, mais il ne sera réellement compensé qu'avec la dynamo à régulateur de tension.

Dynamo compound

La dynamo compound comporte en plus du circuit inducteur shunt qu'on vient de voir, un circuit inducteur série à travers lequel passe tout le courant absorbé par le véhicule. Ceci permet de faire croître le courant d'excitation avec la consommation de courant. Il faut se rappeler qu'à l'époque ce sont les projecteurs allumés de nuit qui sont les plus gros consommateurs et qui déchargent la batterie. Les bobines d'induction sont calculées afin que de jour (sans les phares), le courant de charge ne soit pas trop élevé pour ne pas endommager la batterie et que de nuit (phares allumés), la batterie continue à se charger alors qu'elle se déchargerait avec une dynamo normale.

L'inconvénient d'un tel montage est que s'il venait à l'idée du conducteur d'installer des phares additionnels, il augmenterait le courant consommé et donc le courant de charge avec le grand risque de détruire la dynamo...

Dynamo anticompound

La dynamo anticompound ressemble à la dynamo compound mais, son inducteur shunt est renforcé et son inducteur série est enroulé en sens inverse et utilisé différemment.

Tout le courant de charge passe dans les inducteurs série et l'induction ainsi produite vient en diminution de celle produite par l'inducteur shunt. Lorsqu'aucun élément consommateur n'est branché (à l'exception de la bobine d'allumage), le courant de charge est élevé et réduit fortement le flux d'induction résultant, diminuant le courant produit. Plus il y aura de consommation de courant sur le véhicule, moins le courant de charge sera élevé et moins le flux d'induction série sera réduit, augmentant ainsi le débit de la dynamo.

Cette dynamo a donc l'avantage de produire plus que la précédente à vitesse plus élevée.

Dynamo à 3 balais - Compound et anticompoundDynamo à 3 balais - Compound et anticompound - © P. Bérenger

Pannes de la dynamo  

Avant d'examiner les pannes courantes qui peuvent affecter une dynamo et la façon d'y remédier, voyons d'abord l'entretien à prodiguer à cet appareil afin de le conserver en bon état de fonctionnement. Nous aborderons enfin les restaurations plus lourdes envisageables.

Entretien

À part le contrôle de la bonne tension de sa courroie d'entrainement, quand elle existe car il y eu des dynamos fixées directement en bout de vilebrequin du moteur (Citroën 5HP par ex.), il n'y a aucun entretien possible de la dynamo sans son démontage complet. Et on n'entreprend celui-ci qu'en cas de souci ou de panne.

Toutefois, un démontage de temps en temps ne peut guère faire de mal et permettra de vérifier l'état de la dynamo et préviendra un petit problème avant qu'il ne s'aggrave. De plus, cette opération n'est guère compliquée.

Sauf incident sur les enroulements qui nécessiteront l'intervention d'un professionnel, les ennuis qui se présentent le plus couramment sont liés à l'usure du roulement avant, du palier arrière ou des charbons des balais et cela est facile à réparer soi-même. il existe d'ailleurs des kits de réparation pour de nombreuses dynamos qui ne comprennent que ces pièces&nbs;: roulement, bague de palier et charbons.

Démontage

Le démontage commence par la dépose de la dynamo. Pour cela on débranche d'abord la batterie puis la dynamo en repérant bien les câbles. Ensuite, on dépose la courroie d'entrainement.

Démonter ensuite l'écrou de blocage de la poulie en empêchant sa rotation grâce à une clé à filtre à huile (c'est fou ce que cet outil peut servir en dehors de son usage de base). Sortir la rondelle puis la poulie. Si elle est coincée, il faudra utiliser un extracteur mais attention, la poulie est fragile et l'extracteur positionné sur la joue de la poulie sera le meilleur moyen de la casser. L'idéal est de glisser deux pièces en acier ou en tôle épaisse en fonction de la place accessible à l'arrière de la poulie et de tirer sur ces pièces avec l'extracteur. Enfin, on ôte la clavette.

Avant de démonter la carcasse, il est bon de repérer les emplacements respectifs des flasques et de la carcasse car certains modèles n'ont pas de détrompeur. L'ensemble est en général fixé par deux, trois ou quatre tiges filetées serrées sur les deux flasques. Une fois celles-ci déposées, il est facile de sortir les flasques en faisant attention à l'éjection possible des charbons et ressorts des balais du flasque arrière (c'est un bon moyen de les perdre) et en n'oubliant pas de déconnecter les fils de liaison avec les inducteurs sans les arracher. On sort ensuite l'induit. il peut y avoir des rondelles de réglage de jeu axial entre le roulement et l'induit ; bien noter leur position pour les replacer.

Voilà, l'engin est démonté et sa vérification, son nettoyage et sa remise en état vont pouvoir se faire.

Contrôles et réparations

L'induit

Il convient d'abord de s'assurer visuellement que les bobinages n'ont pas perdu leur vernis protecteur et isolant. Un bon nettoyage se fera avec un produit dégraissant tel le nettoyant en bombe pour freins.

Il faudra vérifier si la continuité électrique existe dans les enroulements. Pour cela on va utiliser un multimètre et vérifier que toutes les lames du collecteur sont bien connectées. S'il y a discontinuité, il se peut fort d'un câble soit rompu. dans ce cas il faudra soit changer la dynamo si c'est possible, soit faire rebobiner l'induit par un atelier spécialisé.

Un court-circuit interne est également possible mais il n'est détectable qu'à l'aide d'un outil spécialisé nommé grognard (cf. encadré ci-dessous).

Il faut également vérifier l'état des surfaces des paliers ; ils ne doivent être ni rainurés, ni creusés, ni marqués.

Il reste à vérifier le collecteur. Il doit être soigneusement dégraissé et poli s'il est trop marqué. Pour ce faire, éviter la toile émeri qui peut laisser des grains, conducteurs électriques, qui créeraient des court-circuits. Le cuivre du collecteur doit être poli au papier de verre très fin (papier carrosserie 600 ou 1000 par ex.). Enfin, il faudra veiller à bien descendre l'isolant entre les lames pour que les charbons des balais assurent un bon contact ; on utilisera pour cela un morceau de lame de scie à métaux.

Dynamo - CollecteurDynamo - Collecteur - © P. Bérenger

L'inducteur

Comme pour l'induit, il convient d'abord de vérifier visuellement que le vernis protecteur des bobinages. On vérifiera également la continuité électrique existe dans les enroulements avec un multimètre. S'il y a discontinuité, il faudra certainement changer de dynamo...

Il n'est pas facile de démonter les pôles fixés à l'aide d'une vis spéciale ; ce n'est a priori pas nécessaire.

Désoxyder tout ce qui est rouillé et si nécessaire sabler l'extérieur de la carcasse et la repeindre ; tout cela sans abîmer les enroulements.

Les paliers

Ne jamais démonter la dynamo sans remplacer le roulement et la bague. Si possible, il est préférable de remplacer le roulement standard par un roulement étanche et lubrifié à vie. Il est souvent logé dans une cavité et maintenu en place par une plaque rivetée. Il suffit de faire sauter les rivets avec un foret de diamètre adapté. Après avoir ôté la plaque, garder précieusement les rondelles-cales éventuelles. Éjecter le oulement à l'aide d'un jonc de bronze. Nettoyer son emplacement, le graisser et positionner le roulement neuf et les cales éventuelles. Remettre en place la plaque de maintien avec des rivets neufs.

La bague de bronze autolubrifiante de l'autre palier sera également remplacée par une neuve. En cas d'impossibilité d'approvisionnement, il faudra en faire tourner une neuve en bronze autolubrifiant ou à défaut en bronze en prévoyant un petit orifice de lubrification ; toutefois, cette méthode a le gros défaut de faire pénétrer du lubrifiant sur le collecteur, ce qui est nuisible à la bonne conduction électrique.

Les balais

Les balais sont composés chacun d'un charbon qui est maintenu en appui sur le collecteur par un ressort. Ces ressorts doivent être en bon état et assurer une bonne pression. Il n'est pas trop compliqué d'en trouver des neufs aux caractéristiques identiques ou proches.

Les charbons sont munis de leur fil de connexion qui est soit vissé soit soudé à l'étain sur le support. Leur remplacement est aisé.

Les flasques

Tout comme la carcasse, ils seront sablés et repeints si nécessaire en veillant à ne pas endommager les portées de bague et roulement et les porte-balais. Si on procède à ces opérations, on ne remontera le nouveau roulement qu'après les avoir effectuées.

Remontage

Le remontage ne pose pas de difficultés particulières et se fait en sens inverse du démontage.

On veille à graisser les paliers avant remontage de l'induit. Le plus délicat sera de repositionner le flasque porte-balais en maintenant les ressorts compressés pour permettre aux charbons de passer sur le collecteur. Pour cela, il y a plusieurs techniques. Si le flasque possède des orifices qui le permettent, maintenir les charbons bloqués par des lames de tournevis fins (il faut souvent se faire aider car trois ou quatre mains ne sont pas de trop...). Sinon, il faut être inventif !

On repositionne les flasques et la carcasse en respectant les marquages effectués au démontage s'il n'y a pas de détrompeurs et on revisse les tiges filetées qui maintiennent l'ensemble. Si le palier à bague possède un orifice de lubrification, y introduire deux ou trois gouttes d'huile de vaseline et le refermer.

Graisser le palier de la poulie, placer la clavette et la poulie et resserrer avec l'écrou.

Il n'y a plus qu'à replacer la dynamo sur son support, replacer la courroie après l'avoir remplacée si nécessaire et la tendre correctement. Rebrancher les câbles électriques puis la batterie et faire un essai moteur tournant.

Pannes et diagnostics

En cas de doute sur le bon fonctionnement du circuit de charge, il existe quelques tests très simples à réaliser pour déterminer si la dynamo ou le régulateur sont en état.

Ne pas hésiter à consulter la page « Régulateur ».

Premier test

Branchement n°1

Réaliser d'abord le branchement suivant en insérant un ampèremètre entre la borne D+ de la dynamo (le balai +) et la borne D du conjoncteur-régulateur et en plaçant un voltmètre sur les bornes de la batterie. Nota : le branchement entre les bornes D- de la dynamo et du régulateur peut ne pas exister et être suppléé par la simple mise à la masse de ces deux appareils. Vérifier la bonne mise à la masse du régulateur car elle est primordiale.

Démarrer ensuite le moteur et accélérer. Si tout va bien, le voltmètre doit se déplacer vers 13 à 15 V ou vers 7 V selon la tension de la batterie et l'ampèremètre doit se déplacer rapidement vers 20 à 30 A pour revenir vers 5 A.

Si ce n'est pas le cas, il y a problème et il va falloir chercher plus loin.

Rappelons d'abord qu'il peut y avoir deux cas de branchement de l'induction, au pôle positif ou au pôle négatif.

Premier test - Branchement n°1Premier test - Branchement n°1 - © P. Bérenger
Branchement n°2

Réalisons maintenant le branchement suivant en débranchant le fil de la borne E de la dynamo et raccorder cette borne à une bonne masse à l'aide d'un fil volant (en vert sur le schéma).

Accélérer. Si les voltmètre et ampèremètre montent rapidement, la dynamo est de type excitation négative et fonctionne bien ; le problème vient du régulateur. S'il ne se passe rien, faire le test suivant.

Premier test - Branchement n°2Premier test - Branchement n°2 - © P. Bérenger
Branchement n°3

Réalisons le branchement suivant en gardant débranché le fil de la borne E de la dynamo et raccorder cette borne à la borne D+ de la dynamo à l'aide du fil volant (en vert sur le schéma).

Accélérer. Là encore, si les voltmètre et ampèremètre montent rapidement, la dynamo fonctionne bien et est de type excitation positive ; le problème vient du régulateur. S'il ne se passe rien, alors la dynamo est défectueuse.

En résumé : si au cours des deux tests la dynamo ne débite jamais, elle est défectueuse. Si elle débite au cours d'un des deux tests, c'est le régulateur qui est défectueux.

Premier test - Branchement n°3Premier test - Branchement n°3 - © P. Bérenger

Deuxième test

Celui-ci est très simple. On va tester la dynamo en la faisant fonctionner en moteur. Il convient d'abord d'ôter la courroie d'entrainement de manière que la dynamo puisse tourner librement. Puis ensuite d'ôter le capot du conjoncteur-régulateur.

Enclencher alors le conjoncteur à la main ce qui reliera les bornes de la dynamo à celles de la batterie et fera tourner la dynamo en moteur. S'il ne se passe rien, la dynamo est défectueuse. Pour revenir en arrière, il faut débrancher la batterie sinon le conjoncteur ne se libèrera pas.

Le grognard

Le grognard est un appareil très simple utilisé pour tester les bobinages des rotors de dynamos et moteurs électriques. Il s'agit d'un gros électroaimant alimenté en courant alternatif 220 V (110 V autrefois). Ce courant créé un champ magnétique dans l'entrefer du grognard qui a une forme de V où on pose le stator à tester.

Grognard
Grognard
Grognard - © P. Bérenger

La théorie veut qu'on mesure la fem présente entre deux lames du collecteur, toujours au même endroit au fur et à mesure qu'on fait tourner le rotor. Le champ magnétique du grognard créé une tension dans chaque enroulement du stator. Si une position révèle une tension plus faible, c'est que la zone testée est en défaut.

Mais cette méthode est longue et il y a bien plus simple comme procédure, sans mesurer la tension entre les lames du collecteur. Il suffit de placer au-dessus du rotor une lame métallique mince (une lame de scie à métaux fera très bien l'affaire) et de faire tourner le rotor de la même façon. Si la lame se met à vibrer significativement, au-dessus d'une encoche et de son homologue, c'est que le bobinage correspondant a un défaut.

Il faut faire plusieurs tours pour être sûr de ne pas se tromper. En cas d'avarie, il faut soit changer le rotor (ou la dynamo complète), soit le faire rebobiner chez un spécialiste.

Principes généraux de l'alternateur  

Comme on l'a compris en voyant les évolutions de la dynamo, l'alternateur est beaucoup plus simple. D'abord, son induit est fixe et il n'y a donc pas de contact mobile pour prélever le courant généré.

Son inducteur est tournant, et les contacts sont assurés par deux charbons sur deux bagues lisses à grande durée de vie par rapport au collecteur à lames de la dynamo transmettent le courant d'excitation, moins élevé que le courant induit.

Autre avantage de l'alternateur, l'inducteur étant un bobinage relativement léger, son diamètre peut être plus grand et son moment d'inertie plus faible et il peut donc tourner à plus grande vitesse sans trop de contraintes mécaniques. La production de courant démarre dès que le moteur tourne.

Le pont de diodes nécessaire pour redresser le courant et le régulateur sont souvent incorporés à l'alternateur qui constitue ainsi un ensemble complet.

L'alternateur a commencé à remplacer la dynamo vers 1962 et s'est très vite généralisé grâce à ses qualités, ses performances et son coût de fabrication moindre.

Théorie

Le courant produit dans l'induit par l'inducteur tournant est alternatif et sa période est égale au nombre de paires de pôles multiplié par la vitesse de rotation de la machine : FHz = P.Ntr/mn / 60

Quant à la tension produite, pour les mêmes raisons que pour la dynamo, elle est proportionnelle à la vitesse de rotation.

Ces propriétés sont intéressantes car elles entraînent une auto-limitation de l'intensité produite (cf. encadré ci-dessous).

L'auto-limitation de l'intensité de l'alternateur automobile

Le courant alternatif I débité dans un récepteur de résistance R et de self-induction L sous une tension V est : IA = VV / (RΩ2 + LHy2ωHz2)0,5 avec ω = 2πFHz

Si le récepteur possède une réactance Lω forte par rapport à sa résistance R, lorsque la vitesse de rotation augmente, la tension et la fréquence augmentent proportionnellement à cele-ci. De la sorte, R devient négligeable devant Lω et on peut alors simplifier la formule ci-dessus en :

I = V / Lω

qui est une constante puisque les deux termes de la fraction sont tous deux proportionnels à la vitesse.

I devient ainsi indépendant de la vitesse dès que celle-ci augmente.

Le rotor

Le rotor est massif et non en feuilles de tôles car dans ce cas, il n'y a pas production de courants de Foucault. Il forme plusieurs pôles qui sont bobinés. Le flux magnétique créé par ces bobines induit du courant alternatif dans les bobines du stator. Les bobines du rotor sont reliées à deux bagues solidaires du rotor sur lesquelles frottent les deux balais. L'un est relié à la masse, l'autre est relié à la borne E (excitation) de l'alternateur. Le rotor est soigneusement équilibré car il peut tourner à 10 000 tr/mn.

Le stator

Le rotor est en forme de couronne et est constitué d'un empilement de tôles au silicium isolées entre-elles et munies d'encoches pour recevoir le bobinage.

Pannes et diagnostics

En cas de doute sur le bon fonctionnement du circuit de charge, il y a très peu de tests à réaliser pour déterminer si l'alternateur ou le régulateur sont en état.

Ne pas hésiter à consulter la page « Régulateur ».

Alternateur - Diagnostic du circuit de chargeAlternateur - Diagnostic du circuit de charge - © P. Bérenger

Il suffit de brancher un voltmètre aux bornes de la batterie :

  • Si la tension est inférieure 13 V, il y a de fortes chances pour que l'alternateur ait des problèmes et soit même près de rendre l'âme...
  • Si la tension est entre 13 et 13,3 V, il faut surveiller l'alternateur qui commence à donner des signes de fatigue
  • Entre 13,3 et 14,7 V, tout va bien !
  • Entre 14,7 et 15 V, il faut surveiller le régulateur qui commencer à moins bien réagir
  • Au-delà de 15,5 V, il faut impérativement changer le régulateur au plus vite sous peine de griller des équipements voire même la batterie !

 

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