Alternateur : fonctionnement et circuit de charge expliqué

Le fonctionnement de l’alternateur est essentiel pour comprendre le circuit de charge d’un système électrique embarqué. Il permet de transformer l’énergie mécanique du moteur en énergie électrique afin d’alimenter les équipements et recharger la batterie.

Dans cette fiche, nous allons détailler le principe de fonctionnement de l’alternateur, les différents composants qui le constituent, ainsi que les étapes du circuit de charge. Vous verrez également comment identifier les principales pannes et comprendre les symptômes d’un alternateur défaillant.

Ces notions sont fondamentales en maintenance, notamment pour le diagnostic électrique sur machines industrielles, engins mobiles ou systèmes électro-hydrauliques.

Aller plus loin en électricité industrielle et mobile

Fonctionnement du circuit de charge d’un alternateur

Le circuit de charge d’un véhicule doit être capable de fournir un courant électrique nécessaire pour recharger la batterie et alimenter tous les consommateurs du véhicules (l’éclairage, la signalisation, la ventilation…). La valeur du courant fourni par l’alternateur dépend de la vitesse de rotation du moteur.

Le circuit de charge comprend :

Une batterie.
Un générateur.
Un pont redresseur.
Un régulateur de tension.

Comme son nom l’indique, l’alternateur est un générateur qui délivre une tension alternative qu’il faut redresser par un pont de diode car la batterie n’accepte que du courant continu.

Un régulateur de tension sera nécessaire pour limiter la tension à14.4V pour des circuits 12V et 28.8V pour des circuits 24V.

Composition d’un alternateur (schéma et composants)

Principe de fonctionnement de l’alternateur

Inducteur : Bobinages du rotor (partie mobile de l’alternateur). Lorsque les bobinages du rotor sont alimentés, ils créent un champ magnétique (aimantation).

Induit : Bobinages du stator (partie fixe de l’alternateur). Lorsque les bobinages sont soumis à un champ magnétique, ils créent un courant.

Collecteur : Partie du rotor qui permet d'alimenter les bobinages de l'inducteur l'un après l'autre.

Balais : Également appelés charbons. Ils assurent le passage du courant au travers du collecteur.

Le fonctionnement de l’alternateur est basé sur la propriété des phénomènes de self induction.

Quelques notions :

Lorsqu’ un courant traverse un bobinage, le bobinage crée un champ magnétique et se comporte comme un aimant.

Lorsqu’un aimant est agité devant un bobinage, celui-ci crée des impulsions positives et négatives. (Courant alternatif)

L’alternateur possède 3 connections :

B+ : (+) batterie.
D+ : (+) après contact.
Une masse.

Le pont redresseur et le régulateur de tension font partie intégrante de l’alternateur.

En alimentant l’inducteur de l’alternateur, un champ magnétique apparaît dans les bobinages du rotor et le polarise. (Création d’un aimant). L’aimant en tournant à proximité des bobinages du stator crée un courant alternatif qu’il est nécessaire de redresser pour recharger la batterie.

Comment l’alternateur recharge la batterie

Sur la Fig. B on retrouve :

Rep1 : Batterie.
Rep 2 : Contact Neiman.
Voyant de charge.
Régulateur de tension.
Balais.
Rotor bobiné (Inducteur)
Stator bobiné triphasé : montage étoile (Induit).
Pont de diode.
W : Sortie pour compte tour.
C : condensateur.

Fonction amorçage (Fig. B)

Le moteur thermique est à l’arrêt et l’alternateur ne tourne pas.

En actionnent le contact du Neiman, le + 12 V est mis en relation avec le voyant de charge, la sortie du voyant de charge alimente en série le bobinage du rotor par la borne D+, le régulateur de tension et un balai. L’autre extrémité du rotor est reliée à la masse en passant par le régulateur de tension et l’autre balai.

On constate que la résistance de l’ampoule est bien plus grande que celle du rotor.

L’ampoule s’allume, la différence de tension aux bornes de l’ampoule est de 10 Volts et la différence de tension aux bornes du rotor est de 2 Volts. La tension de 2 V permet de créer l’aimantation du rotor.

Redressement (Fig. D)

Le pont redresseur comporte 9 diodes :

3 diodes positives.
3 diodes négatives.
3 diodes d’amorçages.

Les alternances positives du stator sont dirigées grâce aux 3 diodes positives du pont redresseur vers le B+ batterie.

Les alternances négatives du stator sont dirigées de la masse vers les bobinages grâce aux diodes négatives du pont redresseur.

Sur la Fig. B, l’alternance positive est dirigée en L2 et va au B+ de la batterie par une diode positive.

L’alternance négative dirige la masse en L1 par une diode négative.

L’alternance positive est également redirigée en D+ du régulateur de tension.

On remarque que la tension de charge augmente très rapidement. La tension de charge est ramenée en D+, le voyant de charge s’éteint puisque la différence de tension à ses bornes est de 0 V. En revanche le système a tendance à s’emballer, la tension sur le bobinage du rotor est plus forte, donc l’aimant est plus fort et le courant induit dans le stator augmente. Le régulateur de tension permet de limiter la tension à 14.5 V en faisant des coupures sur l’excitation.

Régulateur de tension (Fig. F & G)

Afin de réguler la tension, il est nécessaire d’effectuer des micros coupures sur l’excitation du rotor pour diminuer « la puissance de l’aimant ».

Le régulateur de tension comporte des transistors qui permettent des coupures rapides et une diode zener qui a la particularité d’être passante dans le sens inverse lorsqu’elle atteint une tension de claquage de 14.5 V.

On retrouve :

DZ : diode zener.
PNP 1 : transistor PNP (pilote la fermeture du 2éme transistor).
PNP 2 : transistor PNP (alimente le rotor).
R1 & R2 :Résistances de limitation (limite les surintensités dans les transistors).
D1 : Diode de roue libre (protège les transistors des effets de self).

Rappel du fonctionnement transistor PNP :

Lorsque la base est reliée à la masse et que l’émetteur est alimenté par un positif (+), le passage du courant se fait de l’émetteur vers le collecteur.

Sur la Fig. F, le rotor est alimenté par le transistor PNP 2. La diode zener reste fermée car la tension est inférieure à la tension de claquage (14.5V).

Sur la Fig. G, la tension atteint la valeur de claquage de la diode zener. La diode DZ devient passante et relie à la masse le transistor PNP 1 qui s’active. En s’activant, un positif (+) est ramené sur la base du transistor PNP 2 qui ferme le passage entre E2 et C2. Le rotor n’est plus alimenté, ce qui permet à l’aimantation de diminuer et d’abaisser la tension de sortie de l’alternateur.

Le courant induit dans les bobinages du rotor crée une importante tension inverse dans le circuit électrique à l’arrêt de l’excitation. Ce phénomène est appelé effet de self.

La diode D1 est une diode de roue libre installer pour protéger les transistors des arcs électriques.

Pannes et dysfonctionnements d’un alternateur

Incidents	Constats	Causes	Actions
Absence de charge (Décharge de la batterie) Le voyant de charge s’allume	L’alternateur ne tourne pas	Courroie cassée	La remplacer
		Courroie patine	La tendre
		Roulement grippé	Le remplacer
	L’alternateur tourne	Fils électriques débranchés	Vérifier et rebrancher
		Mauvais contact, oxydation	Vérifier les chutes de tension et les supprimer
		Court-circuit dans le circuit de charge ou sur le circuit du véhicule	Vérifier, isoler
		Le courant n’arrive pas à la borne D+	Vérifier les branchements, fusibles, contact…
		Le courant arrive à la borne D+	Vérifier le débit de l’alternateur, l’usure des balais, le régulateur, les diodes de redressement, le collecteur, l’induit, l’inducteur
Excès de charge Bouillonnement excessif de l’électrolyte Intensité lumineuse excessive Le voyant de charge s’allume		Circuit régulation	Vérifier latension de charge Vérifier la connexion de masse du régulateur. Changement régulateur de tension.

Le fonctionnement de l’alternateur et du circuit de charge repose sur un principe simple, mais essentiel : produire et réguler l’énergie électrique nécessaire au bon fonctionnement du système. Une bonne compréhension de ces mécanismes permet d’identifier rapidement les pannes, d’éviter des remplacements inutiles et d’améliorer l’efficacité des interventions de maintenance.

En pratique, les défauts liés à l’alternateur se traduisent souvent par des problèmes de charge, des tensions instables ou des dysfonctionnements des équipements électriques. La lecture de schéma et la maîtrise des contrôles électriques sont donc indispensables pour établir un diagnostic fiable.