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Alternateur et régulateur d’une voiture

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Depuis les années 1970, environ, les voitures sont équipées d’un alternateur pour la recharge de la batterie. Du fait de ses nombreux avantages, cet instrument a totalement supplanté la dynamo employée jusque-là : poids et encombrement moindres, plus grande fiabilité. De plus, alors qu’une dynamo commence à peine à charger (entre 1 000 et 1 200 tr/mn), l’alternateur fournit environ 10 ampères. Le seul inconvénient mineur qu’il présente est de fournir du courant alternatif, non utilisable par la batterie qui ne peut recevoir que du courant continu. C’est pourquoi les alternateurs doivent être munis d’un redresseur qui transforme le courant alternatif en courant continu. Cet appareil, d’abord séparé de l’alternateur, en fait maintenant partie, dès la construction.

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Les alternateurs utilisés sur les voitures actuelles sont conçus à l’inverse de la dynamo : les masses polaires et leur bobinage tournent et constituent le rotor. Le courant d’excitation, constant, alimente le bobinage grâce à des bagues lisses quasiment inusables et à des balais qui frottent avec une pression très faible, l’intensité étant elle-même faible. Le rotor comporte des masses polaires en forme de griffes, qui s’imbriquent les unes dans les autres pour former une succession de pôles nord et sud devant les bobinages fixes. Cette disposition porte le nom de machine à champ tournant. Un seul enroulement d’excitation est commun à tous les pôles. Les alternateurs à pôles séparés, plus proches des dynamos classiques par leur encombrement, ont la forme d’un cylindre allongé. L’alternateur à pôles en forme de griffe, plus court, a un plus grand diamètre. Cependant, il a un meilleur rendement.

 

Le stator est constitué de bobinages fixes, dans lesquels se crée le courant induit, recueilli aux bornes. Un bobinage se compose d’un nombre important de bobines enroulées autour d’un noyau magnétique. Le courant, recueilli grâce à la disposition des bobinages, est un alternatif triphasé. Du fait de ces dispositions, la carcasse est moins importante que celle d’une dynamo ; elle supporte le stator avec les bobines, les flasques portant les paliers du rotor et les bornes. Les paliers sont constitués de roulements à billes. Les cellules redresseuses, ou diodes, sont souvent fixées sur l’un des flasques ; il y a ainsi du courant continu directement à la sortie de l’alternateur. Le redresseur se trouve en quelque sorte fixé sur l’alternateur, ce qui évite l’utilisation d’un dispositif séparé.

 


Alternateur et régulateur d’une voiture : le redresseur

Il est indispensable pour le fonctionnement de certains appareils électriques consommateurs, en particulier pour la batterie qu’il faut recharger en courant continu.
Dans la pratique, il suffit de redresser l’une des alternances du courant alternatif, c’est-à-dire d’utiliser l’autre. Il est possible d’utiliser toutes les alternances positives ou, au contraire, toutes les négatives ; mais il faut que le courant utilisé circule toujours dans le même sens.
Le redresseur peut se comparer à un clapet laissant passer le courant circulant dans un sens, mais bloquant le passage du courant circulant en sens inverse (par exemple, le courant circule du + vers le -).

 

L’alternateur n’a pu se développer, et connaître l’importance qu’il a prise actuellement, que grâce aux progrès rapides de l’industrie électronique, et à la mise au point de la diode, composant extrêmement fiable.

La diode ne comporte aucune pièce mécanique, aucun contact ; elle travaille avec des courants de très faible tension. Elle ne laisse circuler le courant que dans un sens. Il s’agit d’un semi-conducteur de raccordement, qui agit comme redresseur en laissant passer le courant uniquement dans le sens négatif. Elle coupe le courant inverse, en freinant les électrons qui se déplacent dans le corps chimique. Elle remplace en fait avantageusement le conjoncteur-disjoncteur sur le point suivant elle ne comporte pas de contact mobile ; il n’y a donc ni inertie ni bruit, ni vibration, à proximité de la zone de coupure. L’absence de pièces mobiles accroît considérablement la durée de vie et la fiabilité puisqu’il y a insensibilité aux vibrations.

 

De plus, la diode présente différents avantages par rapport au redresseur au sélénium : très faibles pertes, dimensions et poids réduits (ce qui permet de la fixer directement sur l’alternateur). En revanche, elle travaille à une température nettement plus élevée, ce qui augmente ses capacités mais présente un léger inconvénient : il faut évacuer la chaleur produite. En effet, la diode est le point le plus chaud, puisqu’elle présente, dans le sens direct de passage du courant, une chute de tension de l’ordre de 1,2 V, ce qui représente 90 W pour un alternateur de 35 A. Il faut donc assurer soigneusement le refroidissement. À cet effet, la diode est vissée, ou emmanchée à la presse, dans une pièce en aluminium, comportant des ailettes, et placée à l’entrée de la ventilation de l’alternateur de façon à dissiper la chaleur.

 

Les alternateurs modernes sont équipés d’un régulateur électronique, qui fonctionne grâce à des transistors. Le transistor, semi-conducteur comme une diode, comporte trois éléments au lieu de deux : la base, l’émetteur et le récepteur. Le transistor peut être en quelque sorte assimilé à deux diodes montées en opposition, ayant une électrode en commun, la base. Une tension, fournie aux électrodes extérieures (émetteur et récepteur), bloque le transistor dans les deux sens. Au contraire, l’envoi dans la base d’un courant de commande très faible fait que le transistor laisse passer un courant d’une intensité plus importante que la différence des tensions initiales. Il s’agit donc d’un amplificateur, qui fonctionne suivant le principe de la conduction électronique, et permet d’obtenir une régulation continue.

 



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