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Page mise à jour le 20 octobre 2017

Électricité
Régulateurs et conjoncteurs

Sommaire :

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 enntraînés 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.

Types de dynamosTypes de dynamos © P. Bérenger

Pour la suite, les schémas seront faits pour une dynamo à excitation négative.

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 à l'époque pour être installé dans une automobile.

Dynamo-shunt à rhéostatDynamo-shunt à rhéostat © P. Bérenger

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.

Dynamo-shunt avec régulation à 1 étageDynamo-shunt avec régulation à 1 étage © P. Bérenger

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.

Dynamo-shunt avec régulation à 2 étagesDynamo-shunt avec régulation à 2 étages © P. Bérenger

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.

Dynamo-shunt avec régulation à 2 étages à limiteur de tensionDynamo-shunt avec régulation à 2 étages à limiteur de tension © P. Bérenger

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.

Dynamo-shunt avec régulateur de tension completDynamo-shunt avec régulateur de tension complet © P. Bérenger

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.

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 :

RégulateursRégulateurs © P. Bérenger

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 :

Recherche de panne DucellierRecherche de panne Ducellier © P. Bérenger

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.

 

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