La dynamo Les alternateurs Les batteries de voiture (à remplacer par des accus lithium-fer-phosphate qui résistent à la décharge totale et sont compatibles)

Le stator est l'induit qui produit de l'alternatif triphasé (comme un alternateur industriel), mais sous une tension de 14V environ au lieu de 10.000V. La tension est redressée et permet de recharger la batterie et d'alimenter les utilisateurs. Il n'y a pas de sortie en alternatif.

Une fois que l'alternateur produit du courant, celui-ci est également redressé par le redresseur auxiliaire et alimente le circuit d'excitation. Il y a maintenant du 14V des deux cotés de la lampe-témoin et celle-ci s'éteint. Quand il y a un défaut de charge le redresseur auxiliaire n'est plus alimenté et il y a a nouveau une différence de potentiel aux bornes de la lampe qui s'llume.

Il est à noter que l'alternateur ne peut pas fournir du courant si la lampe-témoin est défectueuse. En effet l'inducteur (le rotor) n'est pas alimenté et ne produit donc pas de champ magnétique. Vous avez de la chance si l'inducteur a un champ rémanent. En effet ce champ va produire un faible champ tournant et l'induit va produire une petite tension qui sera redressée. Cette petite tension alimente le régulateur, qui alimente alors l'induit, produisant un champ plus important, et ainsi le système est amorcé.

Le régulateur sert uniquement à limiter la tension fournie à environ 14.4V (la tension de charge maximale d'une batterie acide-plomb). Cette tension est également corrigée en température: quand il fait plus chaud la tension de charge doit diminuer pour éviter d'endommager la batterie.

Le courant est automatiquement limité par le flux maximal dans l'inducteur (et donc le courant dans l'induit). L'alternateur est construit de telle manière que les variations de vitesse n'influencent que partiellement le courant produit.

Les alternateurs modernes ont une indication des connections un peu différente:

• B+ connection directe au plus de la batterie
• D+ redresseur auxiliaire et alimentation de l'excitation. On y branche la lampe témoin de charge via le positif (clef de contact)
• D- négatif de l'excitation, normalement toujours mis à la masse (négatif)
• DF connection au bobinage d'excitation (n'est normalement plus apparent sur les alternateurs modernes)
• W signal alternatif pour un compte-tour (connection très peu utilisée)

En plus du pont de redressement classique à deux fois trois diodes, on retrouve souvent deux diodes supplémentaires connectées au centre de l'étoile. Cela permet un gain de puissance de 10% au minimum (récupération des harmoniques). Les diodes sont de type zener (30V pour une installation sur 12V) qui résistent aux surtensions causées par des mauvais contacts.

Contrairement aux alternateurs industriels (à deux étages), l'alternateur d'une voiture est un alternateur simple (un rotor = inducteur et un stator = induit) qui nécessite une bague pour transmettre le (faible) courant d'excitation.

Les camions utilisent un alternateur similaire, mais il est prévu pour les installations sous 24V. Dans certaines applications spécifiques qui nécessitent une puissance plus élevée on utilise un alternateur double étage (aussi appellé alternateur à excitation statique ou brushless generator) plus fiable car il n'utilise pas de contacts. Ces applications sont par exemple les touring cars et les bus (éclairage intérieur).

Les motos modernes utilisent à la place d'un alternateur une magnéto qui se compose d'un aimant rotatif et d'un stator bobiné (pas de bobine d'excitation). On utilise à tord le nom d'alternateur (ou même dynamo), alors que le terme correct est magnéto. La tension produite dépend de la vitesse de rotation et doit être stabilisé par une alimentation à découpage qui transforme la tension (20 à 60V alternatif) en tension stabilisée. Une magnéto est de construction plus simple qu'un alternateur mais a un rendement un peu moins bon. La puissance maximale que la magnéto peut fournir est limitée à 200W, limitée aussi bien par la construction de la magnéto que par le régulateur.

On n'utilise plus de dynamos depuis l'apparition des redresseurs au silicium. Les dynamos classiques avaient de nombreux inconvénients:

• tout le courant doit passer par les balais qui s'usent donc plus vite
• il faut un interrupteur pour couper le courant quand la dynamo ne débite pas pour éviter que celle-ci ne vide la batterie.
  Une dynamo fonctionne en effet comme moteur quand elle est connectée à la batterie et que le moteur thermique ne tourne pas! (dans l'alternateur le redresseur empèche que la batterie ne se décharge via l'alternateur)
• le rendement est moindre et la dynamo ne débite pas quand le moteur tourne au ralenti.

Adaptation de l'alternateur pour utilisation avec éolienne ou moulin à eau

Le transfert de puissance est maximal quand le couple résistif augmente avec la vitesse du vent. L'alternateur de voiture est conçu pour travailler à partir d'un certain régime moteur, or le vent dans une éolienne peut être très variable. Quand il y a peu de vent, il n'est pas possible de faire tourner l'alternateur à la vitesse minimale pour qu'il débite. En fait, le courant nécessaire pour l'excitation est plus important que le courant produit par l'alternateur: la batterie se décharge. De plus le courant d'excitation maximal bloque l'éolienne en position et l'empèche de se mettre à tourner.

Il faut réduire le courant d'excitation à une valeur nulle quand l'éolienne ne tourne pas, et augmenter le courant d'excitation avec la vitesse de l'éolienne. L'éolienne agit ainsi comme frein moteur et limite la vitesse de rotation. Quand la tension atteint la limite supérieure, il faut dissiper cette puissance (par exemple dans un réseau de résistances) et non diminuer le courant d'excitation, l'éolienne pourrait s'emballer.

Si on veut utiliser un alternateur de voiture, il faut donc fabriquer soi-même un module d'excitation (et enlever celui qui se trouve dans l'alternateur). Le courant d'excitation peut être fourni par un hacheur et une diode en roue libre: la self-induction importante de la roue polaire linéarise le courant d'excitation. Le hacheur a un meilleur rendement qu'un régulateur linéaire. Il faut mettre le régulateur à l'arrêt quand l'alternateur ne tourne pas ou trop lentement.

Le schéma indiqué ci-dessus peut être utilisé dans une éolienne si on ne relie pas D+ (l'alimentation auxiliaire) à B+ (le positif de la batterie). Ainsi il n'y a aucun risque que la batterie ne se décharge via le régulateur et la bobine d'excitation quand le vent est trop faible. Dès que l'éolienne se met à tourner, une faible tension apparait à la borne D+ et le bobinage d'excitation est alimenté. Un condensateur électrolytique de 2200µF/40V entre D+ et B- peut dans certains cas augmenter le rendement de l'alternateur. D- si présent doit être relié à B-.