Principe de fonctionnement d’un alternateur

 Théorie

 
Le principe d’induction magnétique est généralement expérimenté en déplaçant un aimant permanent dans une bobine. Une tension se crée aux bornes de la bobine. Un alternateur fonctionne selon ce principe : un électroaimant, alimenté par un courant d’excitation, est en rotation à l’intérieur de trois bobines : il produit ainsi trois tensions triphasées alternatives décalées de 120°. Ces tensions sont ensuite redressées en une tension continue.
L’énergie produite par un alternateur est proportionnelle à la vitesse de rotation de l’électroaimant et à sa puissance, qui elle même est proportionnelle au courant d’excitation.

Constitution d’un alternateur

Schéma d’un alternateur

Le rotor: c’est la partie en rotation qui génère le champ magnétique via une bobine dite d’excitation alimentée par des balais. Il est composé de deux coquilles emboîtées l’une dans l’autre, formant un assemblage de trois électroaimants.
Le stator est une cage fixe composée de trois enroulements en fil de cuivre décalés de 120°.
Les balais ou charbons permettent d’amener le courant d’excitation sur le rotor. Ce sont des pièces d’usure car ils frottent sur des bagues solidaires de l’arbre en rotation.
Les diodes de redressement permettent de transformer la tension alternative produite en une tension continue.
Le régulateur permet de limiter la charge de la batterie en limitant la tension d’excitation de la bobine du rotor.

Fonctionnement

 
Un alternateur est un générateur triphasé dont le courant est redressé puis filtré pour générer un courant continu. A chaque rotation du rotor trois tensions alternatives déphasées de 120° sont créées. Ces trois tensions sont ensuite couplées via un pont de diodes pour récupérer les alternances positive et négative en tension positive. Le schéma ci dessous décrit les différentes phases de redressement de ces trois tensions:

phases de redressement

La puissance du signal est fonction du courant d’excitation et de la vitesse de rotation du rotor.

Principe du régulateur d’alternateur basique

 
L’alternateur est depuis longtemps utilisé pour les voitures et donc, optimisé pour ce besoin. La batterie d’une voiture est utilisée exclusivement pour le démarrage, par conséquent elle n’est pas sollicitée en décharge profonde. Quand le moteur est démarré l’alternateur fournit suffisamment d’énergie pour assurer le fonctionnement des appareils électriques tout en complétant la charge de la batterie. Il n’est donc pas important dans ce contexte d’optimiser la régulation pour recharger la batterie.

Le type de régulateur utilisé a pour principe de limiter la tension à une valeur préréglée. Lorsque la tension générée par l’alternateur est supérieure à la valeur cible, le régulateur coupe le courant d’excitation ou le limite, ce qui a pour effet de faire chuter l’énergie produite. Lorsque la tension aux bornes de la batterie est en dessous du seuil le régulateur régénère le courant d’excitation.
En fonction de la valeur de préréglage, cette tension ne sera soit pas suffisante pour recharger la batterie (valeur fixée à la tension de floating), soit trop importante et détériorera la batterie.
Pour le choix d’un régulateur plus performant, voir la page régulation.