Alternateur automobile

Pièces et matériaux du projet

• Alternateur automobile (un requis, mais deux recommandés)

Les vieux alternateurs peuvent être achetés à bas prix dans les chantiers de démolition automobile. De nombreux chantiers ont des alternateurs déjà retirés de l'automobile, pour votre commodité. Je ne pas recommande de payer le prix fort pour un nouvel alternateur, car les unités usagées coûtent beaucoup moins cher et fonctionnent tout aussi bien pour les besoins de cette expérience.

Je recommande fortement d'utiliser une marque Delco-Remy de l'alternateur. C'est le type utilisé sur les véhicules General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Un modèle particulier a été produit par Delco-Remy depuis le début des années 1960 avec peu de changements de conception. C'est un très unité commune à localiser dans un chantier de démolition, et très facile à travailler.

Si vous obtenez deux alternateurs, vous pouvez en utiliser un comme générateur et l'autre comme moteur. Les étapes nécessaires pour préparer un alternateur en tant que générateur triphasé et en tant que moteur triphasé sont les mêmes.

Références croisées

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 14 :« Magnétisme et électromagnétisme »

Leçons En Circuits Électriques , Volume 2, chapitre 10 : « Circuits alternatifs polyphasés »

Objectifs d'apprentissage

• Pour déterminer les effets de l'électromagnétisme
• Déterminer les effets de l'induction électromagnétique
• Pour illustrer la construction de vraies machines électromagnétiques
• Pour illustrer la construction et l'application des enroulements triphasés

Diagramme schématique de l'alternateur automobile

Un alternateur automobile est un générateur triphasé avec un circuit redresseur intégré composé de six diodes. Comme la poulie (la plupart des gens l'appellent une « poulie ») est entraînée en rotation par une courroie reliée au vilebrequin du moteur de l'automobile, un aimant passe devant un ensemble stationnaire d'enroulements triphasés (appelé stator ), généralement connecté dans une configuration en Y.

L'aimant en rotation est en fait un électro-aimant, pas un aimant permanent. Les alternateurs sont conçus de cette façon afin que la force du champ magnétique puisse être contrôlée, afin que la tension de sortie puisse être contrôlée indépendamment de la vitesse du rotor.

Cette bobine magnétique du rotor (appelée bobine de champ , ou simplement champ ) est alimenté par la batterie de sorte qu'il faut une petite quantité d'alimentation électrique à l'alternateur pour qu'il génère beaucoup de puissance de sortie.

L'énergie électrique est acheminée vers la bobine de champ tournant à travers une paire de « bagues collectrices » en cuivre montées concentriquement sur l'arbre, en contact avec des « balais » fixes en carbone. Les balais sont maintenus fermement en contact avec les bagues collectrices par la pression du ressort.

De nombreux alternateurs modernes sont équipés de circuits "régulateurs" intégrés qui allument et éteignent automatiquement l'alimentation de la batterie sur la bobine du rotor pour réguler la tension de sortie. Ce circuit, s'il est présent dans l'alternateur que vous choisissez pour l'expérience, est inutile et ne gênera votre étude que s'il est laissé en place.

N'hésitez pas à le "retirer chirurgicalement", assurez-vous simplement de laisser l'accès aux bornes du balai afin de pouvoir alimenter la bobine de champ avec l'alternateur entièrement assemblé.

Illustration d'alternateur automobile

Instructions d'expérimentation

Tout d'abord, consultez un manuel de réparation automobile sur les détails spécifiques de votre alternateur. La documentation fournie dans le livre que vous êtes en train de lire est aussi générale que possible pour s'adapter aux différentes marques d'alternateurs. Vous aurez peut-être besoin d'informations plus spécifiques et un manuel d'entretien est le meilleur endroit pour les obtenir.

Pour cette expérience, vous allez connecter des fils aux bobines à l'intérieur de l'alternateur et les étendre à l'extérieur du boîtier de l'alternateur, pour une connexion facile aux équipements et circuits de test. Malheureusement, les bornes de connexion fournies par le fabricant ne conviendront pas à nos besoins ici, vous devez donc effectuer vos propres connexions.

Démontez l'unité et localisez les bornes de connexion aux deux balais de charbon. Soudez une paire de fils à ces bornes (au moins de calibre 20) et prolongez ces fils à travers les trous d'aération dans le boîtier de l'alternateur, en vous assurant qu'ils ne s'accrocheront pas au rotor en rotation lorsque l'alternateur est remonté et utilisé.

Localisez les connexions de ligne triphasées provenant des enroulements du stator et connectez-y également les fils, en prolongeant ces fils à l'extérieur du boîtier de l'alternateur à travers des trous d'aération. Utilisez le fil de plus gros calibre avec lequel il est pratique de travailler pour ces fils, car ils peuvent transporter un courant substantiel.

Comme pour les fils de terrain, acheminez-les de manière à ce que le rotor tourne librement avec l'alternateur remonté. Les bornes de la ligne d'enroulement du stator sont faciles à localiser :les trois d'entre elles se connectent à trois bornes sur l'ensemble de diodes, généralement avec des bornes « ring-lug » soudées aux extrémités des fils.

Je vous recommande de souder les cosses annulaires à vos fils et de les fixer sous les écrous des bornes avec les extrémités des fils du stator de sorte que chaque borne du bloc de diodes fixe deux cosses annulaires.

Remonter l'alternateur en prenant soin de fixer les balais de charbon en position rétractée afin que le rotor ne les abîme pas lors de la réinsertion. Sur les alternateurs Delco-Remy, un petit trou est prévu sur la moitié du boîtier arrière, ainsi qu'à l'avant de l'ensemble porte-balais, à travers lequel un trombone ou un fil fin peut être inséré pour maintenir les balais contre la pression du ressort . Consultez le manuel d'entretien pour plus de détails sur l'assemblage de l'alternateur.

Lorsque l'alternateur a été assemblé, essayez de faire tourner l'arbre et écoutez les sons indicatifs de pièces en collision ou de fils accrochés. S'il y a un tel problème, démontez-le à nouveau et corrigez ce qui ne va pas.

Si et quand il tourne librement comme il se doit, connectez les deux fils "de terrain" à une batterie de 6 volts. Connectez un voltmètre à deux des connexions de ligne triphasées :

Avec le multimètre réglé sur la fonction « volts CC », lentement faire tourner l'arbre de l'alternateur. La lecture du voltmètre doit alterner entre positif et négatif lorsque l'arbre tourne :une démonstration de tension alternative très lente (tension alternative) est générée. Si ce test réussit, basculez le multimètre sur le réglage « volts alternatifs » et réessayez. Essayez de faire tourner l'arbre lentement et rapidement, en comparant les lectures du voltmètre entre les deux conditions.

Court-circuitez deux des fils de ligne triphasés et essayez de faire tourner l'alternateur. Ce que vous devriez remarquer, c'est que l'arbre de l'alternateur devient plus difficile à faire tourner. La forte charge électrique que vous avez créée via le court-circuit provoque une forte charge mécanique sur l'alternateur, car l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique.

Maintenant, essayez de connecter 12 volts CC aux fils de terrain. Répétez les tests de voltmètre CC, de voltmètre CA et de court-circuit décrits ci-dessus. Quelle(s) différence(s) remarquez-vous ?

Trouvez une sorte de charges de 6 ou 12 volts insensibles à la polarité, telles que de petites lampes à incandescence, et connectez-les aux fils de ligne triphasés. Enroulez une corde fine ou une ficelle lourde autour de la rainure de la poulie ("poulie") et faites tourner l'alternateur rapidement, et les charges devraient fonctionner.

Si vous avez un deuxième alternateur, modifiez-le comme vous avez modifié le premier, en connectant cinq de vos propres fils aux balais de champ et aux bornes de ligne du stator, respectivement. Vous pouvez alors l'utiliser comme moteur triphasé, alimenté par le premier alternateur.

Connectez chacun des fils de ligne triphasés du premier alternateur aux fils respectifs du deuxième alternateur. Connectez les fils de terrain d'un alternateur à une batterie de 6 volts. Cet alternateur sera le générateur. Enroulez la corde autour de la poulie en vue de la faire tourner. Prenez les deux fils de champ du deuxième alternateur et court-circuitez-les ensemble. Cet alternateur sera le moteur :

Faites tourner l'arbre du générateur tout en observant la rotation de l'arbre du moteur. Essayez d'inverser deux des connexions de la ligne triphasée entre les deux unités et faire à nouveau tourner le générateur. Qu'est-ce qui est différent cette fois ?

Connectez les fils de terrain du bloc moteur à la batterie de 6 volts (vous pouvez connecter ce champ en parallèle avec le champ du groupe électrogène, à travers les mêmes bornes de batterie, si la batterie est suffisamment puissante pour fournir les plusieurs ampères de courant à la fois les bobines se rapprocheront). Cela magnétisera le rotor du moteur. Essayez à nouveau de faire tourner le générateur et notez toute différence de fonctionnement.

Dans la première configuration du moteur, où les fils de terrain étaient simplement court-circuités, le moteur fonctionnait comme un moteur à induction . Dans la deuxième configuration, où le rotor du moteur était magnétisé, il fonctionnait comme un moteur synchrone .

Faites passer votre alternateur modifié au niveau supérieur

Si vous vous sentez particulièrement ambitieux et que vous maîtrisez les techniques de fabrication des métaux, vous pouvez créer votre propre plate-forme de générateur haute puissance en connectant l'alternateur modifié à un vélo. J'ai construit un arrangement qui ressemble à ceci :

La roue arrière entraîne la poulie du générateur avec un long courroie trapézoïdale. Cette ceinture soutient également l'arrière du vélo, maintenant une tension constante lorsqu'un cycliste pédale sur le vélo. Le générateur est suspendu à une structure de support en acier (j'ai utilisé des tubes carrés soudés de 2 pouces, mais un cadre pourrait être fait de bois). Non seulement cette machine est pratique, mais elle est suffisamment fiable pour être utilisée comme machine d'exercice et elle est peu coûteuse à fabriquer :

Vous pouvez voir une batterie de trois ampoules "RV" de 12 volts derrière l'unité de vélo (dans le coin inférieur gauche de la photo), que j'utilise pour une charge lorsque je fais du vélo comme machine d'exercice. Un ensemble de trois interrupteurs est monté à l'avant du vélo, où je peux allumer et éteindre des charges tout en roulant.

En rectifiant le courant alternatif triphasé produit, il est possible de faire en sorte que l'alternateur alimente sa propre bobine de champ avec une tension continue, éliminant ainsi le besoin d'une batterie. Cependant, une source indépendante de tension continue sera toujours nécessaire pour le démarrage, car la bobine de champ doit être alimentée avant toute alimentation CA peut être produite.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur la théorie du générateur de courant alternatif
• Fiche de travail sur les systèmes d'alimentation polyphasés