Cours electricite automobile : le circuit electrique et les relais

Cours électricité automobile : le circuit électrique et les relais

1  L’EQUIPEMENT ELECTRIQUE AUTOMOBILE.

1-1 :Energies mise en œuvre.

A partir de l’énergie contenue dans le carburant l’énergie chimique, le moteur

produit une énergie thermique transformée par le système pistons bielles vilebrequin en énergie mécanique.

L’énergie mécanique permet d’entraîner les roues par l’intermédiaire de la transmission ainsi que d’autres éléments capables de produire d’autres énergies tels que :

L’alternateur qui produit de l’énergie électrique

La pompe de direction assistée qui produit de l’énergie hydraulique

1-2 :Flux des énergies .

Indiquer le nom des éléments et tracer par des flèches les flux d’énergie

Alimentation en énergie électrique des fonctions du véhicule

1-3 :Organisation du circuit électrique.

Compléter le tableau et tracer par des flèches les flux d’énergie

UN GENRATEUR

STATIQUE

LA BATTERIE

UN GENRATEUR

DYNAMIQUE

L’ALTERNATEUR

2  LE CIRCUIT ELECTRIQUE AUTOMOBILE :

2-1 :Montage série et parallèle .

Il existe en électricité deux possibilités de montage des récepteurs

Si le filament de la lampe se coupe

Le montage série :                                                                    

Le montage parallèle :

Toutes les lampes ne fonctionnent                   

Le  fonctionnement des autres pas lampes n’est pas modifié

C’est pourquoi dans une automobile, les récepteurs sont montés : en parallèle

2-2 :Réalisation du circuit automobile. Première réalisation possible.

Prenons l’exemple d’une lampe de plafonnier :

Lorsque l’interrupteur est fermé, le courant circule dans la lampe et retourne à la borne négative de la batterie

Flécher le sens du courant

Deuxième réalisation possible.

Peut-on supprimer le fil de retour ?

Comme la carrosserie est en tôle, elle est conductrice. Lorsque l’interrupteur est fermé, le courant part de la borne positive de la batterie vers la lampe avec un fil. Le circuit se ferme entre la lampe et la borne négative de la batterie par la carrosserie.

C’est la mise à la masse

Compléter le schéma avec une masse carrosserie et flécher le sens du courant

Avantages :

Moins de longueur de fils, Poids diminué

Installation moins complexe

Coût réduit

Inconvénients :

Un défaut de fixation des récepteurs à la masse ou une oxydation entraîne une résistance au passage du courant électrique

2.1 Schématisation

Schématiser le circuit des feux de position comprenant une batterie, un interrupteur et quatre lampes protégé par un fusible.

3  LE FAISCEAU DU VEHICULE :

3-1 :Constitution.

Pour les liaisons électriques entre les différents organes électriques du véhicule, il est utilisé des fils de cuivre appelés des câbles. Ces câbles électriques sont placés l'un à côté de l'autre dans une gaine ou par un enrubannage pour former véhicule.

 Colorier la batterie en rouge, le démarreur en bleu et l’alternateur en vert

ALTERNATEUR

 BATTERIE

 4  LES CABLES ELECTRIQUES :

 4-1 :Constitution.

Les câbles électriques employés en automobile sont constitués de brins de cuivre torsadés et d'un isolant en thermoplastique (chlorure de vinyle coloré).

Pour certaines connexions à la masse (batterie, moteur, etc...) on utilise des tresses de cuivre permettant d'obtenir une grande section d'un conducteur très souple.

4-2 :La section.

La section des câbles ( en mm² ) est choisie en fonction de l’intensité du courant qu’il doit conduire.

4-21 :Règle .

En général, on tolère une chute de tension de 2,5 %

Voici quelques exemples de calcul pour déterminer la section des câbles.

Exemple 1 :

Calculer la section du câble alimentant une lunette arrière sachant que sa consommation est de 10A

Solution :

Exemple 2 :

Calculer la section du câble alimentant deux lampes de stop de 21W

La section du câble est :

On sait que la densité est

= 0,7mm ²

Exemple 3 :

On monte des phares antibrouillards sur une installation de 12 V. Chaque lampe a une puissance de 60 W. La longueur totale du câble est de 3 m, la résistivité du cuivre est de 0,0178. La chute de tension maximum dans le câble peut être de 2,5 %.

Calculer la section du câble.

La section commerciale est 2 mm²

Exemple 4

Dans une installation de 12 V, l'intensité du courant que consomme le moteur de démarrage est de 250 A. La tension aux bornes de la batterie baisse jusqu'à 7 V. La chute de tension tolérée est de 4 % La longueur du câble est 1 m et sa résistivité est 0,0178 Ω.mm²/m. Déterminez la section minimum du câble de démarreur.

Solution

Le câble à prendre sera de 25 mm² pour assurer une marge de sécurité

4-22 :Normalisation des sections :

Les sections normalisées en mm2 sont les suivantes :

0,6 mm² ; 1 mm² ; 1,5 mm² ; 2,5 mm² ; 4 mm² ; 6 mm² ; 10 mm² ; 16 mm² ; 25 mm² ; 35 mm² ; 50 mm² ;70 mm² ; 95 mm² ; 120 mm²

4-23 : Sections les plus courantes ( Ex : espace )

5  LES CONNECTEURS :

5-1 :Constitution ;

Les jonctions sont souvent regroupées dans un boîtier connecteur, les boîtiers connecteurs sont munis de détrompeur. Chaque voie est numérotée.

5.1 Les différents modèles

Connecteur pour circuit imprimé

Connecteur de porte

Connecteur injecteur                                                       Connecteur pour calculateur

6  LES CLIPS OU LES COSSES :

Des clips ou des cosses sont sertis aux extrémités des câbles.

7  LES BOITIERS D’INTERCONNEXION :

Les liaisons entre les faisceaux sont réalisées dans le boîtier interconnexion appelé aussi platine de servitude ou Boîtier Servitude Intelligent (BSI) ou Unité Centrale Boîtier Inter Connexion (UCBIC). Sur les véhicules plus anciens, le boîtier interconnexion est appelé platine porte fusibles.

Ce boîtier supporte aussi les relais, temporisateurs, centrale clignotante, etc...

Indiquer le nom des éléments disposés sur le boîtier interconnection

Fusibles

Relais

1. LA PROTECTION DES CIRCUITS : 

8.1    :Problème sur un circuit électrique.

Lorsque le câble est accidentellement réuni avec la masse il y a court-circuit. Le câble s’échauffe, fond et il y a risque d’incendie.

Pour éviter ces conséquences néfastes, on intercale sur le circuit des fusibles.

8.2 :Les fusibles.

8.2.1 :Constitution.

C’est un fil d’alliage spécial placé en série sur le circuit électrique à protéger. Il coupe la circulation du courant en fondant si l’intensité est supérieure à sa valeur.

Fusible à languette                                                           Fusible cylindrique en verre

8.2.2 :Calibre des fusibles.

Le calibre des fusibles est exprimé en ampères.

Règle : Il faut toujours remplacer le fusible déterioré par un fusible de même calibre.

Calibres usuels : 3, 5, 6, 8, 10, 15, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80 Ampères

LES RELAIS

1    PROBLEME POSE

Un client souhaite participer à un rallye de nuit avec son véhicule personnel. Pour mieux voir, il décide de faire installer un ensemble de quatre longues portées d’une puissance totale de 400W sur le faisceau pré-câblé d’origine. Le câblage d’origine est prévu pour 120W.

L’objectif de cet exercice est de savoir si le faisceau peut supporter une telle puissance.

1-  Représenter le schéma électrique:

2- Calculer l’intensité totale théorique consommée par les lampes pour une tension batterie de 12V:

3-  Justifier la variation de l’intensité totale réelle consommée:

Cette intensité sera différente car :

-         la puissance totale des lampes n’est pas réellement de 400W(fabrication)

-         La tension n’est pas exactement de 12V

-         Le filament de chaque lampe chauffe, ce qui diminue l’intensité

4-  Quelles sont les remarques par rapport à ce résultat ?

-         Le faisceau d’origine et la commande prévues pour 10A ne peuvent supporter cette intensité de 33A

5-  Quelles sont les modifications éventuelles à apporter ?

- Il faut remplacer le faisceau. La commande ne doit pas alimenter directement les lampes. Il faut un système de commande à distance appelé :

LE RELAIS

2    LE RELAIS.

2.1                   Raison d’être du relais:

L’alimentation des récepteurs ne passe pas par les organes de commande ce qui permet de :

-         Réduire les chutes de tension dans les fils électriques souvent très longs ( cas des circuits avec la commande passant par le tableau de bord ).

-         Réduire le coût des fils de gros diamêtre

-         Automatiser le fonctionnement de certains circuits ( projecteurs de complément, ventilateurs de circuit de refroidissement, etc...)

Rappel :

La chute de tension dépend de la résistance du fil (donc de sa section et de sa longueur) et de l'intensité qui circule : U=R.I.

2.2                   Fonction globale

2.3                   Conception

2.4                   Modélisation

BATTERIE

CONSOMMATEURS

2.5                   Schématisation

2.5.1   Relais à un étage

2.5.2 Relais à deux étages

2.6                   Principe de fonctionnement

2.6.1   État repos

L’interrupteur est ouvert, aucun courant de puissance ne circule entre les bornes 3 et 5. Mais un courant de puissance peut circuler entre les bornes 3 et 4.

2.6.2 : Etat commandé

Un courant de commande alimente la bobine ( bornes 1 et 2 ) qui génère un champ d'attraction électromagnétique provocant la fermeture de l’interrupteur. Le courant de puissance circule entre les bornes 3 et 5 vers le consommateur.

Le courant de puissance est coupé entre les bornes 3 et 4

NB : la résistance du bobinage se situe entre 50 et 100Ω.

2.7                   Relais à deux étages avec diode de roue libre

2.7.1   L’auto-induction

Une force électromotrice induite apparaît dans un circuit dès qu 'il est soumis à un flux variable. Lorsqu'un générateur impose la circulation d'un courant variable dans une bobine, celle-ci se trouvant dans le flux variable qu’elle produit, une fém est induite. Ce phénomène s'appelle l'auto-induction.

2.7.2 Protection des circuits inductifs

La diode de protection du relais.

Un circuit inductif ne doit pas être mis en situation de rupture brutale de courant. C’est la raison pour laquelle une diode de protection (diode de roue libre) est montée en parallèle du bobinage pour protéger la commande du relais.

2.8                   Norme des relais

Représenter le schéma d’un relais à deux étages avec diode de protection et positionner le repère de chaque borne.

2.8.1        Norme CEI : relais Valéo ou Cartier:

2.8.2        Norme DIN : relais Bosch ou Hella:

3    APPLICATION.

3.1                   Circuit d’éclairage complémentaire

Représenter le schéma électrique du circuit d’éclairage complémentaire de 400W avec un relais à deux étages et diode de roue libre. Un fusible protège le circuit de puissance. La commande est alimentée par le circuit d’éclairage des feux de route.

3.2                   Calculer la section du fil d’alimentation

sachant qu’il mesure 2m et que la chute de tension est de 0,2V

R = ^U_I = ^0,2₃₃ = 0,006Ω     S = ^ρ _R^{x L} = ^0,0178_0,006^{x 2} = 5,9 mm ²

On prendra un câble de 6 mm2

3.3                   Positionner

-          un voltmètre V1 aux bornes 1 et 2 du relais

-          un voltmètre V2 aux bornes 3 et 4 du relais

-          un voltmètre V3 aux bornes 3 et 5 du relais

3.4                   Compléter le tableau ci-dessous

3.5                   Calculer l’intensité du circuit de commande

La résistance du bobinage est de 70 Ω

I = _R^U = ¹²₇₀ = 0,17A

3.6                   Nécessité de la diode de protection !

La diode de protection n’est pas nécessaire car la commande n’est pas un composant électronique.