Cours electricite automobile : circuit de charge et demarreur
Cours électricité automobile : circuit de charge et démarreur
LE CIRCUIT DE CHARGE
1 - SITUATION PROBLEME
Un véhicule se présente dans un atelier de maintenance automobile avec le dysfonctionnement suivant :
- La batterie du véhicule a été remplacée par une batterie neuve. Après trois jours d’utilisation, cette
batterie neuve est de nouveau déchargée.
Cette situation problème met en évidence la nécessité d’avoir sur le véhicule un système qui permet de recharger la batterie. Nous allons donc étudier la production d’énergie électrique.
2 - PRODUCTION D’ENERGIE
2.1 Nécessité
- Recharger la batterie d’accumulateurs pour permettre le fonctionnement de l’ensemble des systèmes électriques du véhicule.
Ces fonctions sont assurées par l’alternateur qui est entraîné par le moteur thermique. L’alternateur débite un courant redressé sous une tension régulé vers la batterie, le démarreur, et tout l’équipement électrique du véhicule.
2.2 Flux des énergies
ALTERNATEUR
Alimentation en énergie électrique des fonctions du véhicule
3 – MISE EN SITUATION DU CIRCUIT DE CHARGE
TEMOIN DE CHARGE
BATTERIE
ALTERNATEUR
CONTACTEUR
A CLEF
4 – RAISON D’ETRE DU CIRCUIT DE CHARGE
La batterie étant un générateur de courant statique, il faut au véhicule un système de production de courant dynamique c’est à dire pendant que le moteur fonctionne, afin d’alimenter tous les circuits électriques véhicule roulant.
Ce générateur dynamique est L’ALTERNATEUR.
Tension de consigne
Air T1 |
Transformer l’énergie mécanique en énergie électrique. |
Air T1 |
U |
Témoin |
Energie mécanique |
Alternateur |
Energie électrique |
|
W = P.t |
|||
W = P.t ou P = C . ω |
|||
ou P = U . I |
5 – DESCRIPTION
STATOR (INDUIT) |
ROTOR (INDUCTEUR) |
|
PONT DE DIODES |
CARTER AR
CARTER AV |
|||
REGULATEUR |
VENTILATEUR |
||
POULIE
6 – PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Un électro-aimant entraîné en rotation génère un champ magnétique tournant. Un bobinage fixe de fil de cuivre isolé, mis dans ce champ, est soumis à un flux d'induction magnétique variable.
Il apparaît alors, aux bornes de cet enroulement, une force électromotrice (f.e.m) induite de forme sinusoïdale (courant induit).
Lois de Faraday
Courant induit
Lois d’Oersted
Electro-aimant
7 - LES DIFFERENTS ELEMENTS
7.1 - Le rotor ou l’inducteur
- Constitution
Il comporte un noyau sur lequel est enroulé un bobinage. Ce bobinage est relié à deux bagues collectrices sur lequel portent les balais. Le champ magnétique provoqué par le passage du courant dans la bobine est canalisé par deux pièces polaires. Ces pièces polaires déterminent un ensemble de plusieurs aimants.
b) Fonctionnement
Lorsque la bobine est parcourue par un courant, il se crée un champ magnétique dans les pôles. Ce champ
magnétique est proportionnel aux nombres de spires de la bobine et à la valeur de ce courant. B = k n I
c) Symbole électrique d’une bobine
7.2 - Le stator ou l’induit
- Constitution
C’est l’élément qui produit le courant induit. Il est constitué par un ensemble de bobines formantles phases. Les bobines sont logées dans les encoches d’un noyau. Les phases sont décalées les unes par rapport aux autres. Les alternateurs actuels comportent trois phases.
Ce sont des alternateurs triphasés.
b) Deux types de montages triphasés :
Triphasé étoile |
Triphasé triangle |
c) Forme de la tension triphasée
7.3 - Le pont de diodes
- Fonction
Pour recharger la batterie, il est nécessaire de redresser le courant alternatif produit par le stator en un courant ondulé. Ce redressement de courant très voisin d’un courant continu est assuré par des diodes.
b) Constitution
c) La diode
C’est un élément semi-conducteur qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens.
d) Le redressement mono alternance
La tension générée par le stator est alternative. La diode ne
laisse passer que les alternances positives. L’alternance négative est bloquée. La tension aux bornes de la résistance est toujours positive, mais non continue. La tension n’est pas intégralement utilisée.
I > 0A
I = 0A
e) Le redressement triphasé
Sur ce montage, les trois phases sont additionnées pour avoir une tension presque continue
7.4 - Le régulateur
- Nécessité d’une régulation de tension
Dans le principe de production d’une tension induite, il a été observé que la force électromotrice de sortie augmente avec :
- Le régime de rotation de l’alternateur n
- L’intensité d’excitation (I.exc)
Soit : E = k n Iexc (k est un coefficient de fabrication)
Afin de ne pas détériorer l’équipement électrique et ne pas faire bouillir la batterie, il faut réguler la
tension à environ 14,5V
b) Schéma structurel
I Excitation
Vers équipement électrique
c) Principe de la régulation de tension
La tension de sortie de l’alternateur est mesurée puis comparée à une valeur de référence.
- La tension est inférieure à 13,5V, l’inducteur est relié à la masse
- La tension augmente et dépasse la valeur de référence maximum (15V), la masse de l’inducteur est momentanément interrompue.
- La tension redevient inférieure à 15V, le circuit est de nouveau refermé, le courant circule dans l’inducteur.
13,5<U<15,5
8 - CONTRÔLE DU CIRCUIT DE CHARGE
8.1 Description du contrôleur du circuit de charge
Voltmètre |
Calibre voltmètre |
Ampèremètre |
Rhéostat
Calibre ampèremètre
Etalonnage ampèremètre
Pinces de rhéostat
(débit)
Pince du voltmètre
Pince ampèremétrique
8.2 Branchement du contrôleur du circuit de charge
CIRCUIT DE DEMARRAGE
1 - SITUATION PROBLEME
Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une vitesse de rotation suffisante :
¾ moteur à essence, 250 tr/min
¾ moteur Diesel, 350tr/min.
Cette vitesse est nécessaire pour permettre :
¾ La vaporisation de l’essence.
¾ Une f.e.m d’allumage correcte.
¾ Une pression de compression suffisante (T° auto-inflammation du gazole).
2 – CONDITIONS A REMPLIR PAR LE CIRCUIT DE DEMARRAGE
2.1 Nécessité
- Fournir un couple supérieur au couple résistant offert par le moteur
Le couple résistant dépend de : Force d’adhérence des pièces en mouvement (moteur et boite). Inertie des pièces à mettre en mouvement.
Action des temps résistants (compression fonction du rapportvolumétrique)
2.2 Flux des énergies
3 – MISE EN SITUATION DU CIRCUIT DE DEMARRAGE
CONTACTEUR
A CLEF
BATTERIE
DEMARREUR
4 – RAISON D’ETRE DU DEMARREUR
Lors de la phase démarrage, le moteur doit avoir une vitesse de rotation suffisante pour permettre sa mise en fonctionnement. Nous devons pouvoir commander, du poste de conduite, un moteur électrique.
Ce système de commande associé au moteur électrique s’appelle LE DEMARREUR.
Action conducteur Couple résistant
U Batterie |
Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique. |
Bruit |
Energie électrique |
Assurer l’accouplement du pignon et de la couronne du volant moteur. |
Energie mécanique |
W = P.t |
||
W = P.t ou |
||
ou |
Démarreur |
|
P = U . I |
P = C . ω |
5 – DESCRIPTION
-1 – MOTEUR ELECTRIQUE |
-2 – SOLENOIDE |
||
1.1 |
Induit à collecteur plat |
2.1 bobinage de |
|
1.2 |
Inducteurs |
maintien et d ‘appel. |
|
1.3 |
Carcasse |
2.2 Noyau. |
|
1.4 |
Porte balais |
||
1.5 |
Balais positif et négatif |
||
1.6 |
Nez de démarreur |
||
1.7 |
Flasque AR |
3.3 2.2
1.2
1.6
3.1 3.2
-3 – LANCEUR
3.1 Pignon
3.2 Roue libre
3.3 Fourchette
1 Balais 2 Aimant 3 Collecteur 4 Boucle conductrice a) à une boucle conductrice
b) à trois boucles conductrices
6 – FONCTIONNEMENT
6.1 Principe de fonctionnement du moteur électrique
Le moteur électrique utilise le courant pour engendrer un mouvement rotatif. De l'énergie électrique y est transformée en énergie mécanique.
Ce phénomène est dû au fait qu'une force est exercée sur un conducteur traversé par un courant électrique à l'intérieur d'un champ magnétique. La valeur de la force est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique et à l'intensité du courant électrique. Sa valeur est maximale dès que le champ magnétique est perpendiculaire à la direction du courant électrique.
Le conducteur présente, pour des raisons pratiques, la forme d'une boucle à rotation libre à l'intérieur du champ magnétique. Lorsque cette boucle est traversée par un courant électrique, elle se place normalement en position verticale par rapport au champ magnétique et y est maintenue par la force magnétique. Par contre, si le sens du courant électrique est inversé dans la boucle conductrice en ce point neutre, il y a possibilité d'empêcher l'immobilisation. Le couple de rotation possède alors le même sens et permet une rotation continue de la boucle conductrice. Cette inversion du courant électrique est réalisée au niveau d'un collecteur (inverseur de courant) qui, dans le cas de ce modèle, est constitué de deux segments en forme de demi-cercles isolés entre eux, auxquels sont raccordés les deux extrémités de la boucle conductrice. Deux balais sont reliés à la source de courant et permettent le passage du courant électrique à travers chaque boucle conductrice.
6.2 Application simplifiée au démarreur
N° |
DESIGNATION |
|
1 |
Induit |
|
2 |
Inducteur |
|
3 |
Relais de |
|
démarrage |
||
4 |
Contacteur |
|
5 |
Batterie |
6.3 Phases de fonctionnement du démarreur.
Solénoïde
Moteur électrique
Phase 1 : Fermeture du contacteur de démarrage.
Le conducteur ferme le contacteur de démarrage. Le bobinage de maintien est alimenté en direct alors que celui d’appel est alimenté au travers du moteur électrique. Le noyau N se déplace engrenant le lanceur sur la couronne puis réalisant le contact de puissance.
Phase 2 : Fermeture du contacteur de puissance.
Le contacteur de puissance est fermé, le lanceur engrené, le moteur est alimenté en direct et lance le moteur thermique à une vitesse de rotation suffisante.
Le moment du couple obtenu est égal à :
C = k . Φ . I
C : Couple
k : Coefficient de construction Φ : Intensité du flux inducteur
I : Intensité du courant qui circule dans les spires de l’induit.
Phase 3 : Mise hors service.
Le contacteur de démarrage s’ouvre, le courant passe depuis le contacteur de puissance et alimente les bobinages de maintien et d’appel. Les deux champs magnétiques sont en opposition et s’annulent.
Phase 4 : Retour position repos.
Les deux champs magnétiques sont en opposition et s’annulent. Le noyau revient à sa position initiale sous l’action du ressort coupant le contacteur de puissance.
Le système est au repos.
6.4 Synthèse de fonctionnement.
Contacteur de démarrage |
Contacteur de puissance |
Bobinage de maintien |
Bobinage d’appel |
Inducteur et induit |
|
Phase 1 |
Fermé |
Ouvert |
Alimenté |
Alimenté |
Faiblement |
alimenté |
|||||
Phase 2 |
Fermé |
Fermé |
Court-circuit |
Alimenté |
Alimenté |
Phase 3 |
Ouvert |
Fermé |
Alimenté |
Alimenté |
Alimenté |
Phase 4 |
Ouvert |
Ouvert |
Non alimenté |
Non alimenté |
Non alimenté |
7 – |
LE LANCEUR |
|
7.1 |
Constitution. |
|
1 : Le pignon 1
2 : La roue libre
3 : La fourchette
7.2 Situation problème.
Lorsque le conducteur tourne la clef de contact en position démarrage, la fourchette bascule afin engrener le pignon sur la couronne du volant moteur et de lancer le moteur à une vitesse de rotation de l’ordre de 300 tr/min. Mais si la clef de contact reste en position démarrage et que le moteur démarre, celui-ci tournera à sa vitesse de rotation de l’ordre de 800 tr/min et entraînera le démarreur. Le rapport pignon / couronne étant d’environ 10 à 15/1, le démarreur tournera alors entre 8 000 et 12 000 tr/min.
Aussi il est nécessaire d’avoir une roue libre (comme sur un vélo) pour protéger le démarreur d’une vitesse de rotation excessive.
7.3 Fonctionnement.
Dispositif de roue libre à rouleaux.
L'arbre d'induit étant en rotation, les rouleaux sont bloqués dans l'espace à rétrécissement progressif et réalisent ainsi une liaison énergétique. En cas d'inversion du sens des forces sous l'influence de l'accélération du moteur, les rouleaux se décollent et sont poussés contre l'action du ressort dans l'espace à élargissement progressif. Il y a alors désolidarisation de l'induit et du pignon de démarreur.
Rouleau
8 - CONTRÔLE DU CIRCUIT DE DEMARRAGE
8.1 Description du contrôleur du circuit de démarrage
Voltmètre |
Calibre voltmètre |
Ampèremètre |
Rhéostat |
Calibre ampèremètre |
|
Etalonnage ampèremètre |
Pinces de rhéostat (débit)
Pince du voltmètre
Pince ampèremétrique
8.2 Branchement du contrôleur du circuit de démarrage
8.3 Caractéristiques et contrôles d’un circuit de démarrage
(Documentation CITROËN BX)
CARACTÉRISTIQUES : |
||
Marque et référence : |
DUCELLIER 532 014 |
|
PARIS-RHONE D |
8 E 151 |
|
BOSCH 9 000 142 |
002 |
Type à commande positive par solénoïde. Lanceur: 9 dents module 2,116/1,814.
CONTRÔLES :
Avec une batterie correspondante (35 A.h ) correctement chargée.
Démarreur :
Couple bloqué : 8,5 N.m mini. pour une intensité de 350 A max.
Point de fonctionnement à 1200 tr/mn
Couple :4,5 N.m mini pour une intensité de 220 A max.
Solénoïde :
- Intensité à l'appel ( appel et maintien 30 A max.)
- Intensité de maintien : 8,5 A max.
COURBES CARACTERISTIQUES :
Pour une puissance de 1.2 kW :
Tension : ...............................
Intensité : ..............................
Couple : ................................
Régime : ...............................
9 – SCHEMA ELECTRIQUE
Circuit de démarrage
Circuit de charge
10 – CONTROLE DU DEMARREUR
Solénoïde :
Enroulement d’attraction :
Enroulement de maintien
Inducteurs
continuité isolement
Balais
positif négatif
Induit
Recherche d’un cours circuit
Recherche d’une coupure recherche d’une masse