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🧰 Le coup d'Ă©crou #7 - La dynamo

La dynamo

L’équipement Ă©lectrique d’une voiture automobile comprend de nombreux accessoires :
‱    Les appareils gĂ©nĂ©rateurs.
‱    Les appareils rĂ©cepteurs.
‱    Les appareils de sĂ©curitĂ© et de contrĂŽle.

Sur un vĂ©hicule automobile, le courant nĂ©cessaire au fonctionnement des accessoires Ă©lectriques est fourni par la dynamo ou gĂ©nĂ©ratrice de bord. Seul le systĂšme d’allumage, dans le cas oĂč le moteur est Ă©quipĂ© d’une magnĂ©to, est complĂštement indĂ©pendant de la dynamo.
La dynamo Ă©tant actionnĂ©e par le moteur du vĂ©hicule, elle cesse de produire du courant Ă  l’arrĂȘt. Le courant nĂ©cessaire au fonctionnement du dĂ©marreur et des autres rĂ©cepteurs est fourni par une batterie. Afin que la batterie ne s’épuise pas, elle reçoit de la dynamo une certaine quantitĂ© de courant lorsque le moteur du vĂ©hicule tourne. La batterie joue Ă©galement un rĂŽle de rĂ©gulateur lorsque le moteur tourne supprimant ainsi les inconvĂ©nients rĂ©sultant du dĂ©bit irrĂ©gulier de la dynamo.

A savoir : 
-    Sur les vĂ©hicules de construction europĂ©enne, c’est en gĂ©nĂ©ral la borne nĂ©gative des accessoires qui est mise Ă  la masse, ainsi que celle de la batterie d’accumulateurs.
-    Les constructeurs amĂ©ricains ont pour habitude d’adopter le branchement inverse, ce qui ne modifie d’ailleurs pas le principe de l’installation Ă©lectrique.
-    L’installation Ă©lectrique des voitures de tourisme est sous 6 ou 12 volts.

Principe

La dynamo, Ă©galement appelĂ©e gĂ©nĂ©ratrice, a pour rĂŽle de fournir le courant nĂ©cessaire aux diffĂ©rents besoins de l’installation Ă©lectrique d’un vĂ©hicule. C’est un gĂ©nĂ©rateur de courant continu. Il existe plusieurs types de dynamos mais les vĂ©hicules sont Ă©quipĂ©s presque exclusivement de dynamos shunt, dĂ©nommĂ©es ainsi en raison de leur agencement Ă©lectrique particulier.

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Tout enroulement conducteur soumis aux variations d’un flux magnĂ©tique devient le siĂšge d’un courant qui dure le temps de la variation de flux. C’est sur ce principe de l’induction Ă©lectromagnĂ©tique que sont construites et que fonctionnent les dynamos.

Une dynamo comprend donc essentiellement les parties suivantes :
‱    un inducteur qui produit le champ magnĂ©tique,
‱    un induit qui se compose d’un enroulement de fil conducteur bobinĂ© sur un noyau mĂ©tallique, et qui tourne dans le champ magnĂ©tique produit par l’inducteur.

L’induit comporte Ă©galement un collecteur de courant sur lequel frottent les balais dont le rĂŽle est de capter le courant produit par la dynamo.

Description

ExtĂ©rieurement la dynamo se prĂ©sente sous la forme d’un cylindre, fermĂ© Ă  ses extrĂ©mitĂ©s par des flasques dans lesquels sont usinĂ©s les logements des roulements de l’induit. Sur l’arbre de l’induit est clavetĂ©e une poulie Ă  gorge qui reçoit la courroie d'entraĂźnement.

La dynamo est composée de différents éléments :
‱    La culasse ou carcasse 
‱    Les inducteurs 
‱    L’induit 
‱    Les balais

La culasse

Également appelĂ©e carcasse, c’est un cylindre creux, en acier, ouvert Ă  ses deux extrĂ©mitĂ©s. Il constitue le bĂąti et assure la fermeture du circuit magnĂ©tique des inducteurs.

L'induit

L’induit, qui est la partie tournante, est formĂ© d’un noyau ou tambour sur lequel sont bobinĂ©s les enroulements. Le tambour est constituĂ© par un empilage, sur un axe en acier, de tĂŽles au silicium, isolĂ©es Ă©lectriquement entre elles et dont l’ensemble forme un cylindre. Celui-ci est creusĂ©, suivant les gĂ©nĂ©ratrices, d’un certain nombre de rainures ou encoches, destinĂ©es Ă  recevoir les enroulements

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L’enroulement de l’induit est formĂ© de fil de cuivre Ă©maillĂ© pour l’isolement des spires. 
Le fil, soudé sur une des lames du collecteur passe dans une des rainures du tambour, suit la base postérieure du tambour, la rainure opposée à la premiÚre, constituant ainsi une spire. AprÚs avoir effectué ce trajet plusieurs fois et formé ainsi une section, le fil vient se raccorder à la lame du collecteur voisine de la lame de départ. 
De la lame d’arrivĂ©e de la premiĂšre section part le fil d’une deuxiĂšme section et ainsi de suite. Les sections sont isolĂ©es du noyau de l’induit par des bandes de carton disposĂ©es en gouttiĂšres dans le fond des rainures.

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A la suite du tambour, le collecteur, qui est la partie sur laquelle frottent les balais, est constituĂ© des lamelles de cuivre disposĂ©es radialement et isolĂ©es entre elles par des feuilles de mica. Chaque lame se termine par une ailette servant au raccordement, par soudure, de la lame avec un conducteur de l’induit.

Les balais

Ils servent Ă  recueillir sur le collecteur le courant produit par la dynamo. Ils sont en charbon graphitique, ayant ainsi une rĂ©sistivitĂ© et des caractĂ©ristiques mĂ©caniques bien dĂ©terminĂ©es. Les balais sont montĂ©s coulissants dans des guides ou porte-balais fixĂ©s sur le flasque de la dynamo. Un ressort d’acier les maintient constamment appuyĂ©s sur le collecteur. Dans la dynamo Ă©lĂ©mentaire, les balais sont au nombre de deux. L’un, dit balai positif a son guide isolĂ© de la masse et l’autre, dit balai nĂ©gatif est Ă  la masse par son guide.

Fonctionnement

La dynamo shunt est caractĂ©risĂ©e par le mode de branchement des inducteurs. Lorsque la dynamo produit du courant, une partie de celui-ci passe dans le circuit d’utilisation, tandis qu’une autre partie passe par les inducteurs et les excite.
Pour cette raison, une telle dynamo est dite auto-excitatrice.

La puissance de la dynamo et le nombre de pĂŽles

La puissance d’une dynamo est donnĂ©e par la formule :
W = U x I

‱    W : la puissance (en watts)
‱    U : la tension du courant dĂ©bitĂ© par la dynamo (en volts)
‱    I : l’intensitĂ© du courant dĂ©bitĂ© par la dynamo (en ampĂšres)

Cette puissance doit ĂȘtre suffisante pour que la dynamo compense la consommation de l’ensemble des accessoires et assure dans une certaine mesure la recharge de la batterie qui tend Ă  s’épuiser (par les actions rĂ©pĂ©tĂ©es sur le dĂ©marreur et l’utilisation des appareils rĂ©cepteurs).

Sur les vĂ©hicules dont l’équipement Ă©lectrique comprend de nombreux accessoires, la puissance nĂ©cessaire peut ĂȘtre telle qu’il faudrait une dynamo de grande dimension difficilement logeable. Pour cette raison, mais aussi afin de rĂ©duire le poids de la dynamo, on utilise souvent, au lieu de dynamos Ă  deux pĂŽles, des dynamos tĂ©trapolaires (Ă  quatre pĂŽles) ou mĂȘme des dynamos hexapolaires (Ă  six pĂŽles). Le principe de fonctionnement reste le mĂȘme que celui d’une dynamo bipolaire. La force Ă©lectromotrice de la dynamo et l’intensitĂ© du courant qu’elle produit dĂ©pendent du mode d’enroulement de l’induit, qui dĂ©termine le nombre des balais et leur position.

La régulation du courant de la dynamo

La tension aux bornes de la dynamo et le courant produit varient avec la vitesse de celle-ci. Étant donnĂ© que sur un vĂ©hicule automobile, la vitesse de la dynamo entraĂźnĂ©e par le moteur varie constamment, il est nĂ©cessaire d’avoir un systĂšme de rĂ©gulation qui corrige les effets des variations de vitesse si l’on souhaite obtenir une puissance rĂ©guliĂšre.
Pour se faire, on agit sur le flux inducteur de la dynamo qui est, indépendamment de la vitesse de rotation, le facteur déterminant du débit. Plusieurs moyens sont utilisés pour faire varier le flux inducteur.

RĂ©gulation par balai auxiliaire

Ce mode de rĂ©gulation a Ă©tĂ© employĂ© durant de nombreuses annĂ©es. Il est basĂ© sur le principe de la rĂ©action magnĂ©tique de l’induit sur le champ inducteur. Par ce principe, la tension du courant produit par la dynamo a tendance Ă  se dĂ©caler dans le mĂȘme sens que le champ inducteur au lieu d’ĂȘtre rĂ©guliĂšrement rĂ©partie sur le collecteur. Il est donc possible en mettant un balai d’excitation, mobile en rotation suivant un certain angle, de faire varier la tension dans les inducteurs et donc le dĂ©bit de la dynamo.
Plus la vitesse de la dynamo augmente, plus la tension diminue sous le balai d’excitation. On peut ainsi augmenter le dĂ©bit de la dynamo en dĂ©calant le balai dans le sens de rotation et diminuer le dĂ©bit en dĂ©plaçant le balai en sens inverse.
Ceci Ă©tant dit, la rĂ©gulation par ce troisiĂšme balai ne constitue qu’une solution trĂšs imparfaite du problĂšme de la rĂ©gulation et c’est pour cette raison que les dynamos construites sur ce principe ne sont plus employĂ©es.

La régulation par régulateur de courant

Ce systĂšme de rĂ©gulation est le plus employĂ©. Il consiste Ă  injecter dans le circuit d’excitation une rĂ©sistance chargĂ©e de limiter la tension du courant dans les inducteurs et ce de maniĂšre automatique grĂące un relais Ă©lectromagnĂ©tique.
Si le relais Ă©lectromagnĂ©tique est alimentĂ© Ă  la tension de la dynamo, le rĂ©gulateur agit en fonction de cette tension et il est dit rĂ©gulateur de tension. Si la bobine du relais est parcourue par la totalitĂ© du courant produit par la dynamo le rĂ©gulateur est dit rĂ©gulateur d’intensitĂ©.
A savoir : Certains constructeurs font varier la puissance de la dynamo en modifiant le dĂ©bit Ă  la fois en fonction de la tension et en fonction de l’intensitĂ© par le moyen de deux rĂ©gulateurs.

Le régulateur de tension

Principe :

Une rĂ©sistance Ă©lectrique est incorporĂ©e dans le circuit d’excitation chaque fois que la tension aux bornes de la dynamo atteint une valeur prĂ©vue. La rĂ©sistance empĂȘche la tension aux bornes de la dynamo de dĂ©passer la valeur fixĂ©e et qui convient Ă  la batterie lorsque celle-ci est au voisinage de sa charge maximum.

Imperfection : 

Ce type de rĂ©gulateur assure une tension satisfaisante pour une batterie chargĂ©e Ă  fond. Mais lorsque la batterie est entiĂšrement dĂ©chargĂ©e, l’intensitĂ© du courant dĂ©bitĂ© par la dynamo est relativement Ă©levĂ©e et la dynamo risque d’ĂȘtre dĂ©tĂ©riorĂ©e par Ă©chauffement. Pour Ă©viter ce risque, est ajoutĂ© Ă  l’enroulement de tension, un enroulement formĂ© de quelques tours de fil de gros diamĂštre placĂ© en sĂ©rie dans le circuit d’utilisation et donc parcouru par la totalitĂ© du courant dĂ©bitĂ© par la dynamo. Ainsi se trouve diminuĂ©e la diffĂ©rence de potentiel entre la dynamo et la batterie ce qui Ă©carte le risque d’un courant excessif dans la dynamo.

Le régulateur de tension à deux étages

Dans le rĂ©gulateur prĂ©cĂ©dent, la rĂ©sistance ne doit pas avoir une valeur trop Ă©levĂ©e car la chute de tension qui rĂ©sulterait de son introduction dans le circuit serait telle qu’il se produirait, lors de l’ouverture des contacts et par suite de l’auto-induction, une Ă©tincelle capable de les dĂ©tĂ©riorer. Il faut toutefois que la rĂ©sistance ait une valeur suffisante pour empĂȘcher la surcharge de la batterie. Ainsi pour concilier ces deux impĂ©ratifs contradictoires, il faut utiliser un rĂ©gulateur Ă  deux Ă©tages.

Inconvénient : 

DĂšs que l’éclairage du vĂ©hicule est allumĂ©, la batterie Ă©tant chargĂ©e fond, celle-ci dĂ©bite immĂ©diatement. Comme la tension de la batterie a sa valeur maximale, le rĂ©gulateur est sur le deuxiĂšme Ă©tage du rĂ©glage et la dynamo ne dĂ©bite pas. Elle ne recommencera de fournir du courant que lorsque la tension aura baissĂ© et que le premier Ă©tage de rĂ©glage sera atteint.
Il n’est donc pas possible avec ce systĂšme de rĂ©gulation de maintenir la batterie chargĂ©e Ă  bloc. Lorsque la batterie est dĂ©chargĂ©e, l’intensitĂ© du courant dĂ©bitĂ© par la dynamo est telle qu’il y a risque de dĂ©tĂ©rioration de l’induit, risque qui est particuliĂšrement Ă  craindre lorsque l’éclairage est allumĂ©.

Le rĂ©gulateur Ă  deux Ă©lĂ©ments (rĂ©gulateur de tension et rĂ©gulateur d’intensitĂ©)

Sur un mĂȘme socle sont montĂ©s un rĂ©gulateur de tension et un rĂ©gulateur d’intensitĂ©. Le rĂ©gulateur de tension est un appareil Ă  palette vibrante et rĂ©gulateur d’intensitĂ© est constituĂ© par un Ă©lectro-aimant dont l’enroulement, en fil de gros diamĂštre, est en sĂ©rie dans le circuit d’utilisation. Il est parcouru de ce fait par la totalitĂ© du courant produit par la dynamo.

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Le rĂ©gulateur de tension conserve son action propre tandis que le rĂ©gulateur d’intensitĂ© limite le dĂ©bit de la dynamo Ă  la valeur minimum que la dynamo peut supporter sans chauffer, tout en permettant la recharge complĂšte de la batterie.

Le conjoncteur-disjoncteur

Cet appareil a pour rĂŽle de fermer le circuit de charge (fonction conjonction) lorsque la dynamo fournit du courant Ă  la batterie et d’interrompre le circuit (fonction disjonction) lorsque la force Ă©lectromotrice de la dynamo devient infĂ©rieure Ă  celle de la batterie, soit parce que la dynamo tourne trop lentement, soit parce qu’elle ne tourne pas (moteur du vĂ©hicule Ă  l’arrĂȘt). Sans la prĂ©sence du conjoncteur-disjoncteur, la batterie se dĂ©chargerait dans l’induit de la dynamo, ce qui amĂšnerait, en plus de l’épuisement de la batterie, un Ă©chauffement dangereux de l’induit.

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Le conjoncteur-disjoncteur est le plus souvent fixĂ© sur un socle qui supporte en plus le rĂ©gulateur de tension. L’ensemble est abritĂ© sous un capot Ă©tanche.

On parle alors souvent de régulateur à deux éléments.

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A savoir : 
-    Un régulateur à deux éléments est un appareil comportant un régulateur de tension et le conjoncteur-disjoncteur.
-    Un rĂ©gulateur Ă  trois Ă©lĂ©ments est un appareil comportant un rĂ©gulateur de tension, un rĂ©gulateur d’intensitĂ© et le conjoncteur-disjoncteur.

Article Ă©crit par Alexandre Degrandcourt

Crédits photos : Documents Ducellier

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