L'alternateur utilise le principe de l'induction électromagnétique pour convertir l'énergie mécanique générée par le moteur pour faire tourner l'arbre du générateur en énergie électrique destinée à la production.
Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, lorsqu'il existe une variation du flux magnétique (le nombre de lignes de champ magnétique) traversant la surface délimitée par une boucle fermée (en raison d'un mouvement relatif entre le conducteur et le champ magnétique), une force électromotrice induite est générée dans la boucle. Si la boucle est un conducteur fermé, un courant induit est généré.
L'alternateur est conçu et fabriqué selon le principe décrit ci-dessus, mais son champ magnétique est un champ électromagnétique. Lorsqu'un courant de sens fixe traverse deux balais en carbone (par exemple, le courant entre par le balai A et sort par le balai B), un champ magnétique est généré à proximité de la bobine. Le sens de ce champ magnétique est déterminé par la règle de la main droite. Pour l'amplifier, un élément en fer doux est inséré au centre de la bobine. Lorsqu'un courant le traverse, un aimant se forme. Les lignes de champ magnétique autour de l'aimant partent du pôle nord et reviennent au pôle sud, formant ainsi une boucle. Un arbre est fixé à cet élément en fer doux. Lorsque le moteur entraîne la rotation de cet arbre, un champ magnétique tournant se crée, induisant un mouvement relatif entre le fil conducteur et ce champ magnétique.
Les caractéristiques d'un alternateur
Caractéristiques des générateurs CA (comparées aux générateurs CC) :
Il se caractérise par un faible encombrement, un poids léger et une utilisation économique du cuivre.
2. Structure simple, fonctionnement fiable, entretien facile et longue durée de vie ;
3. Le moteur présente de bonnes performances de charge à basse vitesse (la force électromotrice est établie par excitation externe).
4. Des avantages tels que la faible interférence radio ;
5. La structure du régulateur utilisé est simple (il s'agit uniquement d'un régulateur de tension, qui assure lui-même les fonctions de limitation et de coupure du courant).
Classification des alternateurs
(1) Selon différentes structures globales
① Alternateur ordinaire
② Alternateur intégral
③ Générateur CA avec pompe
④ Alternateur sans balais
⑤ Alternateur à aimant permanent
(2) Selon les différentes structures des redresseurs
① Générateur à six tubes
② Générateur à huit tubes
③ Générateur à neuf tubes
④ Générateur à onze tubes
(3) Selon les différents types de mise à la terre des enroulements du champ magnétique
① Type de fer intégré
② Type de fer externe
La structure d'un alternateur
1. Rotor : Il s'agit de la partie du générateur générant un champ magnétique rotatif, principalement composée de deux pôles à griffes, d'enroulements de champ magnétique, d'arbres et de bagues collectrices, etc.
Deux pôles à griffes sont emmanchés à force sur l'arbre du rotor. La cavité de ces pôles est équipée d'un culasse magnétique et bobinée avec un enroulement d'excitation. Les deux conducteurs de cet enroulement sont soudés respectivement à deux bagues collectrices en cuivre, isolées de l'arbre. Deux balais, en contact avec les bagues collectrices, alimentent l'enroulement d'excitation en courant continu. Lorsqu'un courant d'excitation traverse cet enroulement, un champ magnétique est généré. Parmi les pôles à griffes magnétisés, l'un est le pôle nord (N) et l'autre le pôle sud (S), formant ainsi de 4 à 8 paires de pôles magnétiques (l'alternateur de la série JF, fabriqué en Chine, possède 6 paires de pôles magnétiques).
L'objectif de la conception des pôles des griffes du rotor en forme de bec d'oiseau est de faire en sorte que le champ magnétique présente une distribution sinusoïdale, afin que la force électromotrice induite générée par l'enroulement de l'induit ait une meilleure forme d'onde sinusoïdale.
2. Stator : Il s’agit de la partie induite du générateur (le stator, également appelé induit, génère un courant alternatif triphasé). Il est composé du noyau statorique et d’enroulements d’induit triphasés symétriques, fixés entre les deux couvercles d’extrémité. Le noyau statorique est constitué de tôles d’acier au silicium annulaires, isolées les unes des autres et rainurées sur leur face intérieure. Les enroulements d’induit triphasés sont généralement connectés en étoile, mais certains alternateurs sont connectés en triangle.
3. Couvercle d'extrémité et ventilateur de refroidissement
Les couvercles d'extrémité sont divisés en couvercle d'extrémité avant (couvercle d'extrémité d'entraînement) et en couvercle d'extrémité arrière (couvercle d'extrémité du redresseur).
Sa fonction est d'installer les roulements et autres composants, de supporter l'arbre du rotor et d'assurer l'étanchéité des composants internes.
Il est fabriqué par moulage sous pression d'un alliage d'aluminium ou par moulage en sable. L'alliage d'aluminium étant un matériau non magnétique, il permet de réduire les fuites magnétiques et présente l'avantage d'être léger et d'offrir une bonne dissipation thermique.
Caractéristiques de fonctionnement d'un alternateur
Les caractéristiques de fonctionnement d'un alternateur désignent la relation entre la tension continue, le courant et la vitesse de rotation fournis par le générateur après redressement. Elles comprennent les caractéristiques de sortie, les caractéristiques à vide et les caractéristiques externes. Parmi celles-ci, les caractéristiques de sortie revêtent une importance capitale.
I. Caractéristiques de sortie
Les caractéristiques de sortie d'un alternateur, également appelées caractéristiques de charge ou caractéristiques de courant de sortie, décrivent la relation entre le courant de sortie du générateur et sa vitesse de rotation lorsque la tension de sortie est constante (14 V pour un système 12 V et 28 V pour un système 24 V). Autrement dit, la courbe I = f(n) représente ces caractéristiques lorsque la tension de sortie U est constante. Les caractéristiques de sortie de l'alternateur (mesurables expérimentalement) sont illustrées sur la figure.
II. Caractéristiques à vide
La relation entre la tension aux bornes du générateur et sa vitesse de rotation à vide est appelée caractéristique à vide. Autrement dit, la relation fonctionnelle U = f(n) lorsque I = 0.
III. Caractéristiques externes
Lorsque la vitesse de rotation est constante, la relation entre la tension aux bornes du générateur et le courant de sortie est appelée caractéristique externe, c'est-à-dire la relation fonctionnelle U=f(I) lorsque n est une constante.
La courbe caractéristique de sortie I = f(n) indique que :
1. Vitesse de rotation < À n1, la tension aux bornes du générateur est inférieure à la tension nominale et il ne peut pas fournir d'énergie à l'extérieur. Lorsque la vitesse de rotation est égale à n1, la tension atteint sa valeur nominale. Lorsque la vitesse de rotation est supérieure à n1, le générateur fournit de l'énergie à l'extérieur à la tension nominale.
n1 – vitesse à vide (lorsque I = 0 et U = tension nominale) : la valeur de la vitesse à vide n1 est le principal critère de choix du rapport de vitesse entre le générateur et le moteur. Généralement, n1 doit être égal ou légèrement supérieur au régime de ralenti du moteur.
Lorsque la vitesse de rotation est supérieure à n1, le courant de sortie du générateur augmente avec la vitesse de rotation et diminue lorsque celle-ci diminue. À la vitesse de rotation n2, le générateur fournit la puissance nominale (produit de la tension nominale et du courant nominal) ou le courant nominal.
n2 - Vitesse à pleine charge (ou vitesse nominale). En général, la valeur de n2 sélectionnée doit être inférieure à la vitesse maximale du moteur et égale ou légèrement supérieure à sa vitesse de fonctionnement courante.
Lorsque la vitesse de rotation du générateur atteint une certaine valeur, le courant de sortie n'augmente plus avec l'augmentation de la vitesse de rotation ni avec la diminution de la résistance de la charge. Autrement dit, le générateur est doté d'un système d'autoprotection qui limite automatiquement le courant. La valeur du courant à ce moment-là est appelée courant de sortie nominal ou courant limite du générateur (environ 1,5 fois le courant nominal).
La vitesse à vide et la vitesse à pleine charge sont les principaux indicateurs de performance des alternateurs, et sont toutes deux spécifiées dans le manuel d'utilisation. Le simple fait de mesurer ces deux données en cours d'utilisation et de les comparer aux valeurs spécifiées permet de déterminer si le générateur fonctionne correctement.
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Date de publication : 26 décembre 2025