Le circuit de Charge automobile (Dynamo, Régulateur)

Le circuit de Charge (Dynamo, Régulateur): Comprendre et réparer

---

La batterie perd son énergie au démarrage puis dans les différents récepteurs de la voiture ( essuie-glace, phares, allumage, sono, etc. ... ). Pour ne pas se retrouver avec une batterie déchargée, il y a donc nécessité d’avoir une source électrique qui non seulement recharge la batterie des efforts consentis au démarrage, mais assure également l’alimentation des différents récepteurs.

Pour produire un courant, il faut un appareil rotatif constitué d’un induit (anneau ou cylindre sur lequel sont enroulées des spires de fils soumises à des variations du flux inducteur), et d’un inducteur, créant un champ magnétique (aimant ou électroaimant.)

Si l’inducteur est un aimant permanent, la génératrice est appelée : MAGNETO, que l’on trouve sur les voitures d’avant guerre et sur les cyclos à pédales. Si l’inducteur est un électroaimant, la génératrice est appelée : DYNAMO. Si elle est munie d’un collecteur redressant le courant, elle produit du courant continu, et ALTERNATEUR s’il ne possède pas de collecteur.

L’ALTERNATEUR

L’alternateur débite du courant alternatif (changeant de polarité en permanence) mono ou multi-phases, redressé ensuite par des diodes, sorte de petits portillons électriques, qui laissent passer le courant dans un sens, toujours le même, pour produire le courant continu, le seul capable de charger une batterie. Pas majoritaire sur les VW Aircooled, nous le laisserons de coté.

Il est composé de 2 parties :

1) le rotor : son rôle est de créer un champ inducteur tournant, dont les déplacements devant les enroulements du stator engendreront dans ceux-ci, les forces électromotrices qui produiront le courant. L’alimentation du rotor se fait par deux bagues isolées situées sur l’axe du rotor et par deux balais montés sur l’un des flasques paliers.

2) le stator : la partie fixe est composée d’une carcasse cylindrique à l’intérieur de laquelle sont fixées les bobines, en nombre variable suivant le nombre de pôles du rotor. C’est dans ces bobines qu’apparaissent les forces électromotrices induites qui s’ajoutent les unes aux autres.

LA DYNAMO

La dynamo est une sorte de moteur à courant continu, fonctionnant à l’envers. Mis en rotation par la courroie du Flat4, il produit une FEM. (force électromotrice ou tension) proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Cette FEM. pourrait aller jusqu’à des valeurs de 30 volts ou plus, ce que ni batterie, ni récepteurs ne supporteraient sans dommages sérieux. On doit donc intercaler en plus un régulateur de tension (et d’intensité) pour s’approcher d’une tension stable (8 ou 14 Volts). Ce sera le rôle du régulateur que nous étudierons plus loin...

Principe
Comme l’alternateur, la dynamo est composée d’un stator (fixe) et d’un rotor (mobile)

A l’intérieur du stator sont fixées deux masselottes en métal. Autour de chacune est enroulé un fil de cuivre, dans lequel passe le courant «d’excitation». Ce courant arrive par le fil vert et va à la masse car l’autre extrémité du fil est rivetée sur le corps de la dynamo.
Les deux masselottes fonctionnent donc comme deux électro-aimants et créent un champ magnétique.
Le rotor est constitué d’un empilage de tôles spéciales qui sont perméables au champ magnétique. Ces tôles sont en forme d’étoile donc avec des saillies (les pôles) et des encoches dans lesquelles il y a des enroulements de fil de cuivre (des spires)

Les différents pôles du rotor passent tour à tour devant les aimants du stator et le champ magnétique crée un courant dans les bobinages du rotor, ce courant est récupéré via les balais (ou «charbons»).
Le premier balai est connecté au fil rouge/blanc qui emmène ce courant au régulateur et donc au reste de la voiture. L’autre balai va évidemment à la masse.

LE REGULATEUR

Son rôle :
Sommairement, le régulateur est chargé de réguler la tension fournie par la dynamo (partie régulateur) et d’empêcher que la tension venant de la batterie ne fasse tourner celle-ci comme un moteur (partie disjoncteur/conjoncteur).

Le principe de se servir de l’effet moteur de la dynamo comme démarreur a existé sur certaines voitures sous le nom de Dynastart, sur les Yamaha 125 DTE et sur les études actuelles de Citroën dans le domaine de l'économie d’énergie.

La Partie conjoncteur-disjoncteur :

Pour empécher le retour de courant vers la batterie le régulateur comporte un étage «Conjoncteur-Disjoncteur» qui doit, premièrement, assurer la fermeture du circuit Dynamo -> Batterie lorsque la tension dynamo est supérieure à celle de la batterie, et, deuxièmement, assurer l’ouverture du même circuit dans le cas contraire.

Le Principe
La FEM. de la dynamo est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Lorsque ce dernier tourne à environ 1000 tr/mn, la tension dynamo est supérieure à celle batterie et le CD ferme le circuit: il y a conjonction. Si la vitesse moteur diminue, le CD ouvre le circuit: il y a disjonction. Ce mécanisme est essentiel, il évite que la batterie ne se décharge dans la dynamo.

La Partie régulation :

Le régulateur doit maintenir, quelle que soit la charge demandée et la vitesse de rotation du moteur, une tension stable (7-8 V pour une batterie 6 V ; 14-15 V pour une batterie 12 V)

Le Principe:

La fém d’une dynamo est proportionnelle à deux paramètres :

• N, la vitesse de rotation de l’induit de la dynamo
• F, le flux embrassé par l’enroulement de l’induit.

Pour garder une tension stable, il faut chercher la constance du produit NF. C’est à dire que lorsque la vitesse de rotation ( N ) augmente, on va faire diminuer F et inversement, lorsque la vitesse de rotation va diminuer, on va faire augmenter F.

Pour cela, on utilise le circuit suivant :

Lorsque N augmente, on augmentera la valeur de la résistance variable R afin de diminuer le courant dans la bobine d’excitation et donc de diminuer le flux F. Lorsque N diminue, on effectue l’opération inverse. L’idéal est de pouvoir faire un tel ajustement de R progressif et automatique. Mais, pour une question de coût et de technologie à l’époque (les transistors n’existaient que pour les militaires), on n’a pas utilisé cette solution sur les autos. En pratique, l’évolution progressive de la résistance R est remplacée par un tout ou rien: soit on insère une résistance de valeur R, soit on ne met rien (on shunte la résistance)

Régulation de tension simplifiée

Grâce à ce mécanisme, la tension U est ainsi maintenue entre deux valeurs voisines, et en moyenne, on a une tension constante comprise entre ces deux valeurs.
Le mécanisme pratique est basé sur le même principe que celui du Conjoncteur-Disjoncteur :

On réalise une bobine B en fil fin branché en dérivation sur le + de la dynamo (le courant et donc le champ sont proportionnels à la tension)
Une palette P porte un contact C1 en face de la touche C2.
Le ressort R maintient, au repos, C1 et C2 en contact.

Etude du fonctionnement
D = Dynamo, EX =excitation, R = résistance shunt, B = Bobine, r = ressort de rappel, c1 et c2 les contacts

A faible tension, C1 et C2 sont en contact. La résistance R est shuntée, le courant d’excitation est «fort». La tension augmentant, elle atteint un seuil U0 où l’attraction de B ouvre les contacts C1 et C2. La résistance R entre en série avec la bobine d’excitation, le flux diminue entraînant une diminution de la tension jusqu’à une tension seuil UF où l’attraction de B ne sera plus suffisante face au ressort r et où C1 et C2 sont de nouveau en contact. Et ainsi de suite ! La palette s’anime donc d’une vibration très rapide.

Echauffements
A chaque ouverture de C1-C2, un arc de rupture se crée, échauffant très fort les points de contact. Ceux-ci doivent donc avoir un point de fusion très élevé. Ils sont donc souvent fabriqués en tungstène.

De même, à la longue, la bobine chauffe et a une force d’attraction moindre (la résistance du fil augmente et le courant diminue). La tension d’ouverture des contacts augmente alors légèrement, mais, en moyenne, la tension reçue par le régulateur reste presque constante.

PANNES DU CIRCUIT DE CHARGE/REGULATION

Si la lampe de charge d’allume en roulant, que faut-il faire ?

Tout d’abord, s’arrêter immédiatement. Cela peut ne pas être un problème électrique mais tout simplement la courroie d’entraînement qui s’est cassée. La dynamo, ne tournant plus, ne fournit plus d’énergie et la lampe s’allume. Le gros problème est que le ventilateur est monté en bout de la dynamo, sur le même axe. Donc si ça ne tourne plus, il n’y a plus aucun refroidissement et on peut faire de gros dégâts au moteur en quelques centaines de mètres. C’est pour cela qu’il faut toujours une courroie d’avance dans la voiture (et les clés qui permettent d’ouvrir la poulie pour changer cette courroie).

Si la courroie est bonne, la dynamo ou le régulateur sont en cause.

Le régulateur ne peut pas être réparé. Il est automatiquement à changer s’il est défectueux. Toujours débrancher la batterie quand on change le régulateur (c’est d’ailleurs vrai à chaque fois qu’on fait une intervention électrique) . Par expérience, la plupart des pannes électriques sur une voiture ancienne sont dues à l’oxydation des masses et des cosses, à la rupture d’isolant des fils électriques qui deviennent cassants avec l’age et aux fils cassés par une contrainte quelconque mais qu’ils subissent depuis des années.

Les quatres bornes situées sous le régulateur sont, de droite à gauche :

• L'arrivée du courant depuis la dynamo (gros fil rouge/blanc)). Borne D+.
• le départ du courant d’excitation vers stator de la dynamo via le fil vert, borne DF.
• un gros fil rouge qui alimente le reste de la voiture en électricité et la batterie, borne B+
• Le petit fil bleu qui vas à la lampe sur le tableau de bord. Borne « 61 »

Toutes les mesures se font au multimetre, il y à des modéles simple et numériques en grande surface pour moins de 50frs, d’une precision suffisante.

• Vérifier que les fils sont tous bien connectés aux bornes, qu’ils ne se touchent pas ou qu’ils ne touchent pas la carrosserie, qu’ils ne sont pas dénudés ou coupés.
• Verifier que la mise à la masse du régulateur est bonne, cosse en place sur la carrosserie, pas de rouille, pas de peinture.
• Vérifier que le courant arrive bien au régulateur : y a-t-il une tension entre la borne « fil rouge » et la masse ? (Tester au multimètre). Si non, le fil rouge est coupé, l’éventuel fusible grillé, la cosse côté batterie débranchée ou malade (oxydée). Si oui, passer à la suite...
• Vérifier que le régulateur débite bien le courant d’excitation : y a-t-il une tension au départ du régulateur si oui à l’arrivée de la dynamo (arrivée du fil vert sur la dynamo) ? S’il n’y en a pas en sortie de régulateur, il est HS si il y en a sur le régulateur mais pas sur la dynamo, le fil vert est coupé. On peut vérifier ça en tirant provisoirement un autre fil entre régulateur et dynamo
• Verifier la mise à la masse de la dynamo (tresses, cosses)
• Vérifier qu’un courant repart bien de la dynamo (moteur tournant à régime « élevé » sur le ralenti accéléré,idem que précédemment : multimètre entre le fils rouge/blanc et la masse..... S’il n’y en a pas, la dynamo est HS. Voir paragraphe suivant. S’il y a de la tension, cela veut dire que la dynamo fait du courant, sinon voir la verification de la dynamo. Si il y à de la tension sur la dynamo, verifier quelle est bien présente sur le régulateur, fil rouge/blanc, si il n’y en a pas , le fil rouge/blanc est coupé, si il y en a c’est que le régulateur est HS

Si la dynamo est soupçonnée, et après l’avoir démontée il faut vérifier :

• L’état des charbons , de leurs fils et des ressorts, en enlevant les caches à l’avant de la dynamo

• Sur le stator, que le fil noir traverse le corps de la dynamo sans être à la masse (présence et bon état des isolants en bakélite)

• Que l’autre bout du fil n’est pas coupé ? Par expérience, je peux dire que c’est une des pannes les plus fréquentes de dynamo, avec les vibrations le fil se coupe au ras de la cosse rivetée sur le corps de la dynamo.

Les autres éléments du stator n’ont généralement pas de soucis. C’est simple donc fiable. Un fil coupé dans l’enroulement autour d’une masselotte ou dénudé est quasiment impossible. Nettoyez juste et jetez un coup d’œil de contrôle

Sur le rotor,

• que les fils ne sont pas coupés. Là aussi, peu de risque car tout est noyé dans un vernis d’imprégnation qui rigidifie tout

• l’usure des balais

• que les isolants entre le flasque porte balais et le balai « positif » (celui relié au fil marron) ne sont pas fissurés
• que le fil du balai «positif» (le fil sur le balai lui-même, noyé dans le charbon) ne touche pas, par mauvais positionnement, la masse (corps de la dynamo ou flasque support des balais)
• que le collecteur en cuivre sur lequel frottent les balais est en bon état. Nettoyer entre les barrettes de ce collecteur : dans chaque interstice il y a un isolant pour que deux barrettes consécutives ne soient pas reliées. S’il y a trop de crasse (poussière des charbons) au-dessus de l’isolant, cela fait un pont très conducteur entre les deux barrettes. Le nettoyage peut se faire à l’alcool à bruler.
• que la connexion entre le collecteur et les extrémités des fils des spires sont bonnes

Ne jamais passer de toile émeri sur le collecteur pour le faire briller. Ca n’améliorera pas la conductivité du collecteur : un collecteur de couleur légèrement marron est signe de bonne santé. De plus les rayures ne feraient qu’user vos charbons neufs

Le vernis des enroulements peut avoir, par endroits, des éclats car il finit par vieillir et s’effriter. Il sert à isoler les fils les un par rapport aux autres dans le même enroulement (la même « spire ») car ces fils ne sont pas en parallèle mais en série : entre deux fils côte à côte il y a une différence de tension,et à tenir l’ensemble. Il a donc un rôle mécanique et électrique. Cela se répare à l’Araldite, colle époxy bicomposant, qui répond aux deux propriétés. Badigeonner d’Araldite les endroits endommagés et laisser durcir.

Il ne reste qu’à tout remonter et maintenant, vous saurez pourquoi votre lampe s'allume ou s'éteint !.

Ne pas oublier de rebrancher la batterie.