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🧰 Le coup d'écrou #7 - La dynamo

🧰 Le coup d'écrou #7 - La dynamo

La dynamo

L’équipement électrique d’une voiture automobile comprend de nombreux accessoires :
•    Les appareils gĂ©nĂ©rateurs.
•    Les appareils rĂ©cepteurs.
•    Les appareils de sĂ©curitĂ© et de contrĂ´le.

Sur un véhicule automobile, le courant nécessaire au fonctionnement des accessoires électriques est fourni par la dynamo ou génératrice de bord. Seul le système d’allumage, dans le cas où le moteur est équipé d’une magnéto, est complètement indépendant de la dynamo.
La dynamo étant actionnée par le moteur du véhicule, elle cesse de produire du courant à l’arrêt. Le courant nécessaire au fonctionnement du démarreur et des autres récepteurs est fourni par une batterie. Afin que la batterie ne s’épuise pas, elle reçoit de la dynamo une certaine quantité de courant lorsque le moteur du véhicule tourne. La batterie joue également un rôle de régulateur lorsque le moteur tourne supprimant ainsi les inconvénients résultant du débit irrégulier 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, également appelée génératrice, a pour rôle de fournir le courant nécessaire aux différents besoins de l’installation électrique d’un véhicule. C’est un générateur de courant continu. Il existe plusieurs types de dynamos mais les véhicules sont équipés presque exclusivement de dynamos shunt, dénommées ainsi en raison de leur agencement électrique particulier.

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Tout enroulement conducteur soumis aux variations d’un flux magnétique devient le siège d’un courant qui dure le temps de la variation de flux. C’est sur ce principe de l’induction électromagnétique 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 également un collecteur de courant sur lequel frottent les balais dont le rôle est de capter le courant produit par la dynamo.

Description

Extérieurement la dynamo se présente sous la forme d’un cylindre, fermé à ses extrémités par des flasques dans lesquels sont usinés les logements des roulements de l’induit. Sur l’arbre de l’induit est clavetée une poulie à gorge qui reçoit la courroie d'entraînement.

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

La culasse

Également appelée carcasse, c’est un cylindre creux, en acier, ouvert à ses deux extrémités. Il constitue le bâti et assure la fermeture du circuit magnétique des inducteurs.

L'induit

L’induit, qui est la partie tournante, est formé d’un noyau ou tambour sur lequel sont bobinés les enroulements. Le tambour est constitué par un empilage, sur un axe en acier, de tôles au silicium, isolées électriquement entre elles et dont l’ensemble forme un cylindre. Celui-ci est creusé, suivant les génératrices, d’un certain nombre de rainures ou encoches, destinées à 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, soudĂ© sur une des lames du collecteur passe dans une des rainures du tambour, suit la base postĂ©rieure du tambour, la rainure opposĂ©e Ă  la première, constituant ainsi une spire. Après avoir effectuĂ© ce trajet plusieurs fois et formĂ© ainsi une section, le fil vient se raccorder Ă  la lame du collecteur voisine de la lame de dĂ©part. 
De la lame d’arrivée de la première section part le fil d’une deuxième section et ainsi de suite. Les sections sont isolées du noyau de l’induit par des bandes de carton disposées en gouttières 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 constitué des lamelles de cuivre disposées radialement et isolées 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 à recueillir sur le collecteur le courant produit par la dynamo. Ils sont en charbon graphitique, ayant ainsi une résistivité et des caractéristiques mécaniques bien déterminées. Les balais sont montés coulissants dans des guides ou porte-balais fixés sur le flasque de la dynamo. Un ressort d’acier les maintient constamment appuyés sur le collecteur. Dans la dynamo élémentaire, les balais sont au nombre de deux. L’un, dit balai positif a son guide isolé de la masse et l’autre, dit balai négatif est à la masse par son guide.

Fonctionnement

La dynamo shunt est caractérisée 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 pĂ´les

La puissance d’une dynamo est donnée 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 ampères)

Cette puissance doit être 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 à s’épuiser (par les actions répétées sur le démarreur et l’utilisation des appareils récepteurs).

Sur les véhicules dont l’équipement électrique comprend de nombreux accessoires, la puissance nécessaire peut être telle qu’il faudrait une dynamo de grande dimension difficilement logeable. Pour cette raison, mais aussi afin de réduire le poids de la dynamo, on utilise souvent, au lieu de dynamos à deux pôles, des dynamos tétrapolaires (à quatre pôles) ou même des dynamos hexapolaires (à six pôles). Le principe de fonctionnement reste le même que celui d’une dynamo bipolaire. La force électromotrice de la dynamo et l’intensité du courant qu’elle produit dépendent du mode d’enroulement de l’induit, qui détermine 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 donné que sur un véhicule automobile, la vitesse de la dynamo entraînée par le moteur varie constamment, il est nécessaire d’avoir un système de régulation qui corrige les effets des variations de vitesse si l’on souhaite obtenir une puissance régulière.
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 régulation a été employé durant de nombreuses années. Il est basé sur le principe de la réaction magnétique de l’induit sur le champ inducteur. Par ce principe, la tension du courant produit par la dynamo a tendance à se décaler dans le même sens que le champ inducteur au lieu d’être régulièrement répartie 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 débit de la dynamo.
Plus la vitesse de la dynamo augmente, plus la tension diminue sous le balai d’excitation. On peut ainsi augmenter le débit de la dynamo en décalant le balai dans le sens de rotation et diminuer le débit en déplaçant le balai en sens inverse.
Ceci étant dit, la régulation par ce troisième balai ne constitue qu’une solution très imparfaite du problème de la régulation et c’est pour cette raison que les dynamos construites sur ce principe ne sont plus employées.

La régulation par régulateur de courant

Ce système de régulation est le plus employé. Il consiste à injecter dans le circuit d’excitation une résistance chargée de limiter la tension du courant dans les inducteurs et ce de manière automatique grâce un relais électromagnétique.
Si le relais électromagnétique est alimenté à la tension de la dynamo, le régulateur agit en fonction de cette tension et il est dit régulateur de tension. Si la bobine du relais est parcourue par la totalité du courant produit par la dynamo le régulateur est dit régulateur d’intensité.
A savoir : Certains constructeurs font varier la puissance de la dynamo en modifiant le débit à la fois en fonction de la tension et en fonction de l’intensité par le moyen de deux régulateurs.

Le régulateur de tension

Principe :

Une résistance électrique est incorporée dans le circuit d’excitation chaque fois que la tension aux bornes de la dynamo atteint une valeur prévue. La résistance empêche la tension aux bornes de la dynamo de dépasser la valeur fixée et qui convient à la batterie lorsque celle-ci est au voisinage de sa charge maximum.

Imperfection : 

Ce type de régulateur assure une tension satisfaisante pour une batterie chargée à fond. Mais lorsque la batterie est entièrement déchargée, l’intensité du courant débité par la dynamo est relativement élevée et la dynamo risque d’être détériorée par échauffement. Pour éviter ce risque, est ajouté à l’enroulement de tension, un enroulement formé de quelques tours de fil de gros diamètre placé en série dans le circuit d’utilisation et donc parcouru par la totalité du courant débité par la dynamo. Ainsi se trouve diminuée la différence de potentiel entre la dynamo et la batterie ce qui écarte le risque d’un courant excessif dans la dynamo.

Le régulateur de tension à deux étages

Dans le régulateur précédent, la résistance ne doit pas avoir une valeur trop élevée car la chute de tension qui résulterait 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 étincelle capable de les détériorer. Il faut toutefois que la résistance ait une valeur suffisante pour empêcher la surcharge de la batterie. Ainsi pour concilier ces deux impératifs contradictoires, il faut utiliser un régulateur à deux étages.

InconvĂ©nient : 

Dès que l’éclairage du véhicule est allumé, la batterie étant chargée fond, celle-ci débite immédiatement. Comme la tension de la batterie a sa valeur maximale, le régulateur est sur le deuxième étage du réglage et la dynamo ne débite pas. Elle ne recommencera de fournir du courant que lorsque la tension aura baissé et que le premier étage de réglage sera atteint.
Il n’est donc pas possible avec ce système de régulation de maintenir la batterie chargée à bloc. Lorsque la batterie est déchargée, l’intensité du courant débité par la dynamo est telle qu’il y a risque de détérioration de l’induit, risque qui est particulièrement à craindre lorsque l’éclairage est allumé.

Le régulateur à deux éléments (régulateur de tension et régulateur d’intensité)

Sur un même socle sont montés un régulateur de tension et un régulateur d’intensité. Le régulateur de tension est un appareil à palette vibrante et régulateur d’intensité est constitué par un électro-aimant dont l’enroulement, en fil de gros diamètre, est en série dans le circuit d’utilisation. Il est parcouru de ce fait par la totalité du courant produit par la dynamo.

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Le régulateur de tension conserve son action propre tandis que le régulateur d’intensité limite le débit de la dynamo à la valeur minimum que la dynamo peut supporter sans chauffer, tout en permettant la recharge complète de la batterie.

Le conjoncteur-disjoncteur

Cet appareil a pour rôle de fermer le circuit de charge (fonction conjonction) lorsque la dynamo fournit du courant à la batterie et d’interrompre le circuit (fonction disjonction) lorsque la force électromotrice de la dynamo devient inférieure à celle de la batterie, soit parce que la dynamo tourne trop lentement, soit parce qu’elle ne tourne pas (moteur du véhicule à l’arrêt). Sans la présence du conjoncteur-disjoncteur, la batterie se déchargerait dans l’induit de la dynamo, ce qui amènerait, en plus de l’épuisement de la batterie, un échauffement dangereux de l’induit.

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Le conjoncteur-disjoncteur est le plus souvent fixé sur un socle qui supporte en plus le régulateur de tension. L’ensemble est abrité sous un capot étanche.

On parle alors souvent de régulateur à deux éléments.

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A savoir : 
-    Un rĂ©gulateur Ă  deux Ă©lĂ©ments est un appareil comportant un rĂ©gulateur 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

CrĂ©dits photos : Documents Ducellier

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