Types de Bobinages Alternateurs Tri

7/25/2019 Types de Bobinages Alternateurs Tri

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ALTERNATEURS AUTO

EN USAGE MINI - OLIENNE 2001/2002 Gemifi, rvision janvier 2003

La fiabilit des alternateurs auto est gnralement excellente. Une telle source d'nergie actionne par uneolienne de petite puissance est ralisable. Cela exige quelques modifications la porte de tout

auto-constructeur habile. Deux alternatives s'offrent vous :

PREMIRE SOLUTION:Multiplier la vitesse de rotation de l'hlice.En choisissant cette solution vous faites face un montage mcanique plus labor.Possibilits(entrainement mcanique):Chanes de bicyclettes, plateau-pdalier et roues dentesde roue arrire. Courroies trapzodale. Ellesconsomment plus de puissance que les engrenages etchanes.L'utilisation de courroies "crantes type automobile" offre

l'avantage de transmettre la puissance avec moins depertes. Un rapport de vitesse de 1 4 est un boncompromis.Par exemple :Vitesse hlice 450 tours/minutes avec un vent de 30km/het plus, vitesse de l'alternateur 1800 tours/minute.

SECONDE SOLUTION :Rebobiner le stator de l'alternateurL'intrt de rembobiner avec un fil plus fin est l'utilisation directe de la puissance hlice sur l'axe, d'o pertes

mcaniques minimes.

Hlice de plus petit diamtre: Encombrement plusfaible. C'est sans contredit l'une des meilleuressolutions pour une olienne de petite puissance.En augmentant le nombre de spires par encoche dustator altenateur ou rotor d'un gnrateur l'on obtient latension dsire avec une vitesse de rotation bienmoins rapide. C' est l'effet souhait.Le courant produitsera plus faible, la tension demeurant sensiblement lamme.Avec un vent de 30km/h et plus votre productionsera rapidement plus importante.Deux solutions parmi d'autres possibles.En utilisation olienne, nous venons de le voir, ungnrateur ou alternateur auto devra tre entran soit

par un systme multiplicateur soit par une refonte desbobinages. Dans un alternateur l'on rembobine le statorqui est la partie fixe (couronne) en priphrie a l'

intrieur du botier arrire.Les spires sont inverses de sens chaque encoche. En gnral il y a trois groupes debobines. Rarement l'on rembobine le rotor


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Autonomie partielle ou totale ?

Pour tre partiellement ou totalement indpendant (pour les optimistes !) de notre compagnie d'lectricit ouencore pour le voilier de nos promenades ou l'le dserte de nos rves, il nous faut une source lectrique la plusfiable possible.L'olienne, mme petite, est LA rponse si vous habitez une rgion suffisamment venteuse.Bien videmment si vous avez la malchance d'habiter une rgion avec trs peu de vents, inutile d'envisager la

construction d'une olienne !L'autre solution serait les panneaux photovoltaques qui convertissent la lumire en lectricit.Pas question d'envisager l'auto-construction d'un panneau photovoltaque. Vous pouvez cependant essayer !La solution facile et rapide est d'acheter une unit olienne commerciale toute faite, les choix ne manquent pas.C'est une question de budget personnel.L'autre solution est de fabriquer une olienne qui tournera environ 500 tours /minute, voir plus, et l'on multiplierala vitesse de l'alternateur par deux, trois...

Cette solution prsente cependant un inconvnient :- Pertes mcaniques par glissements et frottements- Dmarrage de l'hlice plus difficile par faibles vents- Poids plus lev

- Mcanique gnrale plus labore, etc.Il faut cependant noter, que la majorit des grosses oliennes utilisent la mthode de la multiplication de vitessecar il est impensable de faire tourner des hlices de plusieurs de mtres de diamtre des vitesses trs leves.Des rapports de 1 50 et plus sont communs pour les arognrateurs de centaines de KW." Donc nous n'avons pas le choix !" Direz-vous... Rassurez-vous, ce n'est pas si catastrophique.Si vous n'ayez pas d'autre alternative que de multiplier la vitesse par un moyen mcanique, le poids de votre petiteolienne n'augmentera que de quelques kgs, et ne sera pas complique au point d'abandonner.Si c'est votre seule alternative choisissez, l'aide du calcul ou des tableaux fournis, le diamtre de votre hliced'olienne et, voyez les documents Palerotor. TechniqueIl existe une autre solution ; nous l'avons vu ds le dbut, faire gnrer du courant par votre alternateur ougnrateur mais plus basse vitesse.En ralit c'est la vitesse de rotation du rotor et le nombre de spires du stator de votre alternateur ou du nombrede spires du rotor de votre gnrateur qui fait gnrer cette tension et NONle systme de rgulation qui agit en

fonction de la demande de labatterie (systme arrt-marche) par un systme conventionnel, qu'il soit mcanique(relais) ou lectronique.En actionnant votre alternateur ou gnrateur directementpar l'hlice de votre olienne, cette dernire tournerabeaucoup plus facilement, notamment au dmarrage, car moins de retenue mcanique.

Revue des sources lectriques possibles.Prs de 90 % des oliennes modernes sont conues pour gnrer du courant lectrique continu ou alternatif.Notre but est identique, utiliser l'nergie olienne pour produire de l'lectricit qui va charger nos batteries, allumerquelques lampes dans le jardin pour amuser les enfants de tous ges, voire, pour envisager une certaineautonomie nergtique.L'approche la plus accessible pour un amateur sont les alternateurs automobiles ou pour de plus grandespuissances, les alternateurs de camions, vhicules militaires, d' ambulances, de pompiers, etc.

Les gnrateurs CC du type moderne ou les "antiquits" qui quipaient les autos de nos grands-parents avant lesannes 50 et 60 sont aussi une excellente source de courant. L 'excitation est frquemment automatique sur lesgnrateurs de dernire gnration.

Ne ngligez pas ces anciens gnrateurs qui quipaient nos automobiles d'antan. Plus massifs, et quelquefoismoins performants mais souvent trs vaillants et pour beaucoup "increvables". gnerateursgalement les moteurs induction (CA) qui moyennant quelques modifications peuvent tres utiliss commealternateurs a la condition de les faire tourner 5 a 10 % plus vite que la fonction moteur.Voir plus loin.


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Dans tous les cas :Acheter neuf est recommand.Acheter re-conditionn est acceptable.Acheter usag (sans contrle pralable) est risqu

Principe des alternateurs auto. Vue des lments (automobile)

Lgende:

A= Pont typique des diodes de puissance.B= Bloc typique de diodes "TRIO" a souder

C= Bloc typique de diodes "TRIO"a visser.D= Diodes a installer lorsqu'il y a absence de B ou C

E= Rgulateur et porte balais intgr, ici BOSCH.F= Rgulateur typique, ici DELCO

G= Porte balais typique DELCO (s'installe avec F)

Coupe d'un alternateur moderne Schma lectrique classique


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Le rotor d'un alternateur automobileComporte deux bagues isolees de la masse et alimentes par la

batterie via un rgulateur interne ou externe.Les bagues sont connectes la bobine interne du rotor qui produitle champ inducteur.Les masses polaires N-S induisent le stator.

Le stator qui est l'induit, produit le courant qui est redress par desdiodes de puissance et le transporte vers la batterie.La tension redresse est ondule et son ondulation dpend :Du nombre de ples rotor et du nombre de bobines du stator.Cette tension continue peut-tre filtre l'aide de condensateurs,cependant...

Une batterie se comportant comme un gros condensateur, la tension auxbornes de la batterie peut tre considre comme un courant continupratiquement pur.Un alternateur de voiture fourni en gnral 13.5 Volts et plus.On trouve des alternateurs de plus grande puissance (24 Voltset plus) sur d' autres vhicules tels que des ambulances, camions depompiers, gros routiers, vhicules militaires, etc.

Trois configurations de base se retrouvent dans les alternateurs

L'image de gauche nous montre le principe le plus simple,

le mono-phase.Une seule tension est disponible puisque un seul bobinage induit.Le signal (tension/courant) couvre 360 degrs.Ce type d'alternateur est presque totalement abandonn par lesconstructeurs automobile.On retrouve le mono-phase dans beaucoup d'applications simples.

L'alternateur bi-phasea la particularit d'offrir deuxpossibilits de tensions.

En connectant les phases avec le neutre nous retrouvonsdeux tensions en principe identiques mais en opposition de180 degrs.Si nous nous connectons aux bornes des deux phases, nousavons une tension qui est double.Ce type d'alternateur bien que peu utilis en automobile estcependant commun notamment sur le petites gnratricesd'appoint.


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L'alternateur tri-phaseest certainement le plus commun tantsur nos vhicules que dans les grosses centrales quiproduisent notre courant de maisons ou industries.Les tensions sont dcalles de 120 degrs (montage toile)Le rendement d'un alternateur triphase est bien plus lev

qu'en mono ou bi-phase, c'est la raison de son emploignralis.On peut trouver plusieurs possibilits de tensions diverses.Entre chaque phase et le neutre nous obtenons troistensions dont le rapport sera de UN (1).Si nous nous connectons entre les phases, les tensionsseront de 1,73 fois plus importantes.Cette particularit sera exploite notre avantage pournotre projet de mini-olienne.

Si l'on rsume :Les alternateurs possdent un rendement plus lev que les gnrateurs poids gal de fer et de cuivre.Ils peuvent tourner des vitesses trs leves sans dommages. Leur efficacit est souvent trs moyenne basse vitesse, c'est donc pourquoi la vitesse de rotation, nous l'avons vu au dbut, est frquemment multiplie parrapport la vitesse du moteur du vhicule.L'utilisation d'alternateurs automobiles sur des petites oliennes demande quelques modifications pour les adapteraux vitesses plus basses des hlices.Par ailleurs, bien des alternateurs quipant nos voitures ne peuvent s'amorcer seuls, ils ont besoin d'une batteriepour dclencher le phnomne de gnration de courant.Les constructeurs ont compris ce problme et, de plus en plus nous avons des alternateurs auto-excits, c'est dire qu'ils peuvent produire du courant SANS l'aide d'une batterieCes alternateurs de nouvelle gnration sont aussi beaucoup plus performants grce aux amliorations des acierslamins et bobinages (induits) plus efficaces.Votre choix se portera de prfrence sur un alternateur comportant le plus grand nombre possible de ples rotor etd'encoches stator.

En effet, plus ce nombre est lev puissance gale mais marque diffrente, plus votre alternateur choisi seraplus performant. Exemples :

Marque A= 12 ples rotor (6 ples nord-sud), 36 encoches stator.Marque B= 14 ples rotor( 7 ples nord-sud), 42 encoches stator.

La marque Bsera probablement plus performante basse vitesse compte tenu du nombre plus lev de ples durotor et encoches du stator.Il est possible avec quelques artifices de modifier un alternateur automobile afin qu'il s'auto-excite avec ou sansbatterie. Nous abordons cette tape plus loin.

Possibilits avec un alternateur automobile conventionnel :

Il est techniquement possible de produire une tension suprieure 12 volts. Avec un alternateur 12 volts !Il est techniquement possible d'obtenir du courant alternatif (CA) pour transport d'nergie sur de grandes distances.Il est techniquement possible de modifier un alternateur pour rpondre des besoins spcifiques autres que lacharge de batteries. Pompage, chauffage, clairage direct, etc.L'adaptation requiers cependant une habilet et quelques connaissance en lectromcanique.Une hlice olienne ou un rotor de moulin vent peut trs bien actionner un gnrateur CC ou un alternateurautomobile, que ces derniers soient modifis ou non. C'est tant mieux, sauf que peu de petites oliennesauto-construites peuvent tourner au-del de 800 1000 tours/minute sans risques de dommages sur l'hlice.


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Il existe cependant des exceptions avec certaines petites oliennes commerciales de 1 mtre 1,60 mtres dediamtre qui peuvent tourner prs de 2000tm. VoirPALEROTORpour gnralits des pales.

Avant de passer au ct pratique de l'adaptation de ces alternateurs pour l'olienne de nos rves,nous devons parler des...

Petits moteurs comme gnrateurs. (Trs faible puissance)Les moteurs qui se trouvent sur la majorit de nos outils portatifs sont en principe aptes a fonctionneren gnrateurs.Pour de trs faibles puissances ou tests, les petits moteurs de nos appareils de distraction tels que

jouets de nos enfants, magntophones, magntoscopes (moteurs de "tte vido"), moteurs pas pasde nos disques durs d'ordinateurs mis au rancart....Ces moteurs sont en gnral du type srie, le courant circulant dans les fils inducteurs et induits est le mme. Engnral il sont a aimants permanents, ce qui facilite nos exprimentationsD'autres types de bobinages sont possibles. Voit gnrateursL'on rencontre de plus en plus des moteurs CC aimants permanents ainsi que certains moteurs appels "champs tournants".Ces petits moteurs sont de faible puissance. N'esprez pas de miracles en fonction gnrateurs !...Sous forme de gnrateurs le rendement de ces petits moteurs sans modifications est modeste,voire mdiocre mais, vous constatez qu'ils produisent en les faisant tourner.

Avec des modifications mineures l'on peut extraire de ces petits moteurs des puissances suffisantespour de modestes exprimentations ou de jouets oliens pour les enfants, petits et grands !

Partie motrice :En maquette ou mini olienne une petite hlice de 40 80 centimtres de diamtre actionnera sans difficult cespetits moteurs en fonction gnrateurs ou, alternateurs.L'utilisation sera modeste mais suffisante pour charger une petite batterie ou des piles rechargeables, ou allumerquelques ampoules basse tension et faible wattage. Les LED's modernes sont une utilisation trs sduisante.Pour de plus grandes puissances vous pouvez utiliser des moteurs CC provenant de ventilateurs de radiateur ouclimatisation automobile.Certains de ces engins sont surprenants en fonction gnrateur, quelquefois sans modifications.

Par exemple :Un ventilateur de radiateur multipales en rsine avec son moteur a courant continu peut constituerune petite olienne simple. Plusieurs copains utilisent ce type de ventilateur et son moteur SANS modifs avec unrsultat acceptable et construction ultra simple. Une seule remarque. Le profil des pales n'est pas spcifique lafonction olienne. Il vous faudra soit prendre le vent par l'arrire, soit quelquefois inverser le ventilateur afin que laface plate soit face au vent. A dfaut, votre moteur en fonction gnrateur risque soit de produire une tensionavec les polarits inverses, soit qu'il ne produise pas du tout. L'exprimentation est la cl du succs.

Moteurs et alternateurs inductionIl existe d'autres types de moteurs plus spcifiquement actionns par des courants alternatifs de 50 ou 60 Hertz(ou cycles) jusqu' plus de 400 Hertz (aviation notamment). Certains de ces moteurs peuvent devenir desalternateurs avec quelquesmodifications et astuces.En fonction "moteur", l'engin reoit une tension triphase.

En fonction "alternateur", trois condensateurs sont ajouts au circuit. L'on fait tourner l'engin avec une vitesse de 5 10 % plus leve qu'en fonction moteur. L'auto induction se fait en principe vide, c'est dire sans charge.Unefois la tension tablie, la charge peut tre applique. Certaines oliennes notamment DARRIEUS sont quipes detels moteurs/gnrateurs.

Au dbut du fonctionnement l'engin est utilis comme moteur pour lancer l'olienne.Ds que celle-ci a atteint sa vitesse de rotation de "croisire" le moteur est dconnect de sa source et il devientalternateur synchrone ou asynchrone suivant le type utilis.


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Le calculdes condensateurs pour la fonction"alternateur" est simple.Calculez en divisant le courant (ampres) utilis enfonction moteur par 6,26 (2 * PI) fois la frquencesouhaite (50 ou 60 Hertz) fois la tension phase a

phase. Le rsultat est des microfarads.Utilisez des condensateurs papier ou huile isolsd'au moins deux fois la tension.N'utilisez PAS de condensateurs chimiques oulectrolytiques, risques d'explosion !!!

Une autre source. Les alternateurs modernes qui quipent les gnratrices autonomes essence ou Dieselproduisant du courant alternatif 50 ou 60 Hertz. Ces alternateurs tournent en gnral de 1500 tours/minute

3000 tours/minutes pour du 50 Hertz ou 1800 3600 tours/minute pour du 60 Hertz.L'inconvnient des alternateurs provenant de gnratrices essence ou Diesel est qu'ils doivent tourner leurvitesse spcifique pour un bon rendement d'ou ncessit d'un multiplicateur et rgulateur de vitesse de rotation.L'adaptation d'un moteur conventionnel CA ou du type universel CA/CC pour une olienne n'est pas toujours laporte de l'amateur bien que la chose soit ralisable si l'on a la comptence et la patience ncessaire.

Des dizaines de copains (bricoleurs du dimanche) ont su adapter ces moteurs en fonction alternateurs.Voir notamment les articles dans le magazine Home-Power http://www.homepower.com/ (anglais)Pour les frus de haute technique (partie motrice, hlices, etc) ou qui veulent en savoir plus, le sitehttp://www.windpower.dkest recommand. Articles en anglais et en franais. Tlchargement gratuit !

Modification lectrique de votre engin.Nous allons intervenir au niveau des bobinages des induits que l'onnomme stators dans les alternateurs, c'est la partie fixe, la couronne(voir image ci-aprs) dont nous allons modifier les caractristiquesinitiales par une "refonte" lectrique qui offrira des caractristiques devitesse de rotation plus basse au dtriment d'un courant plus faible).C'est sans contredit la solution pour des puissances infrieures 1000Watts (< 1 kW).

Pour rsumer :Modification gnrateur = le rotor. Voir le document: generateurModification alternateur = le statorCette mthode qui est utilise depuis prs de 75 ans, au dbut avec des gnrateurs, puis plus tard, vers 1965,avec des alternateurs, est trs abordable pour l'amateurhabile.


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Avantage ?Vous pouvez connecter directement votre hlice sur l'axe de votre alternateur ou gnrateur. Le maximum depuissanceest transmis directement de la source l'utilisation, les pertes mcaniques sont minimes.Il n'est pas toujours vident de multiplier une vitesse de rotation faible d'une olienne et de matriser des forcescentrifuges plus importantes ainsi qu'un poids plus lev.

En outre une rgulation de vitesse pour obtenir une frquence alternative stable, si vous optez pour une tensionalternative, n'est pas tche facile pour un auto constructeur...

C'est pourquoi le but de cet ouvrage est volontairement limit de petites puissances .

Fonctions :Trois paramtres peuvent influencer le rendement d'un gnrateur lectrique.L'induction , la longueur des spires de l'induit, et la vitesse de rotation.Cette formule de base s'tablit simplement : E = K.n.NDans notre cas l' induction est variable dans le temps.En effet au dbut de la rotation RIENne se passe si ce n'est qu'un lgre rmanence magntique du rotor. Cettermanence peut tre "fortifie" grce a une lgre tension d'excitation sur le rotor.Quelques dizaines de milliampres suffisent. Une solution est offerte a la fin de ce document.

La vitesse de rotation.Ici nous faisons face un "problme" car nous RDUISONS la vitesse de rotation afin de s'adapter une vitesseolienne plus faible. Ce "problme" est compens par :Nombre et longueur des spires. Nous compensons par un nombre plus lev de spires de fils plus fins sur le stator.Il est donc ncessaire de modifier notre engin afin qu'il gnre plus basse vitesse.Ceci se fait avec comme pnalit un courant plus faible, donc puissance en watts diminue par rapport a lapuissance d'origine de l'alternateur ou gnrateur NON modifi.Cette pnalit n'est pas grave en soit puisque la source d'nergie est gratuite une fois notre engin construit.Nous allons travailler tout d'abord sur la modification de l'alternateur de notre choix.

Modifier lectriquement un alternateur. Aspect pratique

Nous allons agir sur le stator, qui est la partie fixe, c'est la couronne extrieure qui est bobine par une quantitvariable de bobines individuelles. Voir l' image prcdente.Le stator est bobin en gnral par trois sries de gros fils, c'est lui qui produit le courant.La technique de modification bien que trs simple en ralit, demande cependant du soin.Une fois votre alternateur ouvert, vous dcouvrez que le stator fait partie de la carcasse arrire.Les fils sont connects aux diodes de puissance qui redressent le courant. Ces diodes sont en gnral placessur la partie interne arrire de l'alternateur. Elles sont frquemment insres dans deux blocs distincts.Il vous faut soit dessouder ces fils, soit dvisser les crous qui retiennent les cosses qui font contact. Ainsi vouspouvez dloger mcaniquement le stator.Vous avez en mains une couronne sur laquelle les trois groupes de fils sont bobins alternativement et en gnralindpendants.


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Une premire vrification a faire:

Est de noter si votre alternateur d'origine est bobin d'origine en mode TRIANGLE,dans ce cas vous noterez trois groupe de fils connects deux par deux. Qui vont

vers les diodes de puissance. Image de gauche

Si votre alternateur d'origine est bobin en ETOILE, vous verrez trois fils simples quivont vers les diodes de puissance et un groupe de trois fils souds ensembles etgnralement bien isol et qui ne va nulle part. Image de droite

Par contre si vous voyez trois sorties de fils coupls ou souds deux par deux, PLUSun groupe de six fils souds ensemble, ce montage est du type bobin en double fils(deux fils en mains de plus petit diamtre) mode ETOILE.Image de gauche

Si vous voyez trois groupes de quatre fils cela veut dite quevotre alternateur est bobin deux fils en mains en modeTRIANGLE. Image droite

Il sàgit dans ces deux derniers cas, dastuces de manufacturier que nous pourrionsprendre a notre avantage.En effet, il est tout a fait possible de modifier le mode de bobinage double en modesimple dùn alternateur dòrigine:

En connectant les sorties de chaque bobine vers les entres de la suivante. En agissant ainsi vous divisez lavitesse damorcage et production. Vous pouvez galement modifier SANS rebobinage, un mode triangle en modetoile qui vous offre une tension suprieure.Sommes toutes ces alternateurs modernes nous offrent plein de possibilits.Si par contre vous croyez quil est indispensable de rebobiner votre alternateur comme suggr:

Dbobinez soigneusement chaque groupe de fils en notant prcisment le nombre de spires par encoche.D'une manire gnrale vous aller trouver de 4 8 spires par encoche.Le diamtre de fil variera d'environ 0,8mm environ 3mm soit en jauge Nord Amricaine du No 12 au No 21suivant la puissance de votre engin. Plus le fil est gros, plus le courant dbit est important.

Votre stator compltement nu, vous devez enlever toutes les parties de fils ou de poussires qui pourraient gnerle rembobinage futur. Ensuite nettoyez avec de l'alcool et schez bien.Vous tes prts pour le rembobiner.

Assurez-vous que l'isolant sur la couronne du stator est intact. Remplacez ou rparez au besoin par deslanguettes de papier cir ou tout matriel mince, isolant et NON combustible. Le tflon est idal !Les nouvelles bobines seront faites avec un fil plus fin d'o nombre de spires par encoche plus important. Latechnique du calcul est simple :


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Exemple:Vous disposez dun alternateur d'un courant max 40 ampres. Sa vitesse d'amorage productive a l'origined'environ 1500 tours minute. 5 spires par encoches. Fil de 1,45 mm de diamtre donc surface 1,65 mm carrs.

Que peut on esprer de cet alternateur une fois modifi ?L'original produit 40 ampres et une tension de charge de 13,5 volts environ, cela donne une puissance de 540

watts (40 ampres fois 13,5 volts en tension nominale de charge).En fonction olienne cet alternateur pourrait nous offrir une vitesse d'amorage d'environ 370 tours minute.Nous pouvons esprer 135 Watts de puissance sa production optimale.Cette production devrait pouvoir se faire avec une vitesse de vent entre 30 45 km/h. suivant la qualit de votrehlice.

Comment pouvons nous calculer ces valeurs ?Nombre de spires sur l'original = 5 spires par encoche. Vitesse seuil de production 1500 tours minute.Nous visons 4 fois MOINS de vitesse de rotation soit environ 370 tours/minute.Le nombre de spires par encoche sera donc 4 fois PLUS lev soit 20 spires par encoche.Le diamtre du fil sur l'original tait de 1,45 mm et sa surface de 1,65 mm carrs.En divisant 1,65 mm/carr par 4 nous trouvons 0,4125 mm carrs.Nous devons trouver le nouveau diamtre de fil soit : 0,4125 mm carrs diviss par 3,14 (PI) puis

racine carre nous donne le rayon du nouveau fil qui est 0,3624 mm.Doublons cette dernire valeur afin d'obtenir le diamtre = 0,3624 fois 2 est gal 0,72 mm de diamtre (valeurarrondie). En quelques minutes nous avons trouv le diamtre du fil qui fera nos nouvelles bobines.

Quel courant pouvons nous esprerde notre nouvelle unit lorsqu'elle produira son rgime optimal ?Le courant max dbit sur l'alternateur non modifi tait de 40 ampres.Les enroulements originaux sont du type triphas (trois bobinages spars, montage toile).Cela veut dire que chaque enroulement (chaque phase) fournit 1/3 du courant.Donc : 40 ampres diviss par 3 = 13,33 ampres par phase.Le diamtre du fil original est de 1,45 mm et sa surface est de 1,65 mm carrs.Donc un courant de 13,33 ampres circulant dans une surface de cuivre de 1,65 mm carrs nous donne unedensit de courant de 8,08 ampres au mm carr.

Si nous conservons la mme densit de courant dans nos nouvelles bobines nous aurons donc 0,4125 mm carrsfois 8,08 ampres de densit au mm carr nous obtenons 3,33 ampres par phase pour un total de 9,99 ampres.

Or, 9,99 ampres fois 13,5 volts de tension de charge nous donnent 135 watts de puissance nominale.Cette valeur envisage au dbut se confirme par les chiffres.

Dans la ralit ?Dans la ralit, suivant la qualit de votre hlice, la stabilit et qualit des vents sur votre site, cette valeur pourratre diffrente dans une direction ou une autre.En supposant que votre unit ne produise que 100 watts son optimum cela reprsente tout de mme prs de 8ampres de charge pour votre batterie avec un vent de 30 40 km/h !Voici un petit alternateur lger et assez performant pour vous offrir un service adquat de petite puissance sur uneolienne modeste. Idale pour un voilier ou un chalet perdu dans les bois.

A noter.Certains alternateurs ne comportent pas de diodes trio pour auto-alimenter le rotor. Ces alternateurssont alors commands par l'ordinateur de bord du vhicule. Il vous faudra donc ajouter 3 petites diodes du type 1 N5404 ( 3ampres X 200 volts minimum). Un groupe de diodes trio provenant d'un vieil alternateur ou rcuprationd'un appareil lectronique HS pourra aussi tre utilis.

Assurez vous en rcupration que les lments sont OK pour ce nouveau service !


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RebobinageLe stator est prt recevoir ses nouvelles bobines. Le schma de gauchenous dmontre comment procder.Nous avions dtermin pour notre cas un fil No 19 ou No 20 soit 0,80mm 0,90mm de diamtres pour les nouvelles bobines de notre stator..

Ceci n'tant qu'un exemple !Commencez par bobiner 15 spires defil No19 ou No 20 dbutant de l'encoche 1 vers l'encoche 4, continuez enbobinant le mme nombre de spires de l'encoche 4 vers l'encoche 7 enbobinant en direction INVERSE.Si la place est suffisante et que le remplissage de fil de cuivre vous sembleOK vous pourrez continuer.

Dans le cas contraire, ajoutez ou enlevez une spire par encoche chaquetest.

Si votre deuxime essais est concluant vous pouvez commencer par rembobiner votre stator.Dbutez votre bobinage en enroulant 20 spires (pour exemple) entre l'encoche No 1 et l'encoche No 4.

Inversez le sens du bobinageet enroulez 20 spires entre l'encoche 4 et l'encoche 7.Continuez ainsi de manire fermer compltement un tour de stator.N'oubliez pas qu' chaque jeu d'encoches le sens du bobinage est invers !

L'image de gauche vous montre une couronne de stator dont le bobinage de la premire phase est termin.La phase #1 en blanc qui est termine est en attente de la phase#2 en jaune qui elle mme sera suivie de laphase#3.Notez bien le sens des bobinages indiqu par les flches.

Vous bloquez vos bobines l'aide de petites chevilles de bois en vous assurant qu'elles ne dbordent pas sur lelogement du rotor (partie intrieure).

Continuez avec un autre bobinage (deuximephase) tout en dbutant par l'encoche 2 qui se

fermera l'encoche 5, puis de l'encoche 5 versl'encoche 8 en bobinant l'inverse de laprcdente bobine jusqu' complter un tourcomplet du stator.

Attaquez enfin le troisime bobinage (troisimephase) en commenant par l'encoche 3 versl'encoche 6 puis, de l'encoche 6 vers l'encoche 9en bobinant l'envers chaque changement.Rappelez-vous que chaque bobine individuelle estbobine l'inverse de la bobine prcdente.

Dsol d 'insister sur ce principe essentiel.Trop de copains ont eus la dconvenue d'un

alternateur non fonctionnel en NE RESPECTANT PAS ces inversions de sens chaque bobine !

Les trois groupes sont bobins de la mme manire.Votre stator rembobin, vous devez vous assurer qu'il n'y a aucun court-circuit entre chaque groupe de bobine pasplus qu'entre les bobines et la masse du stator.Vous allez souder ensemble les 3 entres des groupes de bobinages.


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Deux choix de connections s'offrent vous.Soit le montage en TRIANGLEutilis sur certains modlesd'alternateurs ou le courant prime sur la tension.

Les bobines des phases sont en srie.La tension phase phase est d'un rapport de un un (1/1).

Soit le montage enTOILE qui est le plus commun et le pluspratique dans notre cas.L'avantage du montage toile est que la tension induite estplus leve (1,73) que la tension induite d'un montagetriangle.

C'est un avantage pour une auto-excitation plus rapide et,souhaitable pour un usage olienne.L'auteur recommande cette deuxime approche.Les connections s'tablissent d'une manire gnrale, sivous avez bien respect la procdure ci-dessus :

A = Phase 1, fil sortie numrot UN (#1)B = Phase 4, fil sortie numrot QUATRE (#4)C = Phase 5, fil numrot CINQ (#5)

Les fils 2- 3 - 6 sont souds ensemble et constituent le point central. Cette connection soude sera BIEN isole!Remarque:Il se peut que par inadvertance l'une de vos bobines n'est pas en conformit de ce qui prcde.En testant les tensions de CHAQUE phase vous pouvez rtablir le bon fonctionnement de votre unit.

Le systme de connexion gauche vous permet aux finsd'exprimentation et de mesures de modifier de l'extrieur lesconnections en triangle ou en toile,

Les sorties de chaque groupe de bobines vont se connecterindividuellement sur chaque groupe de diodes de puissance etpetites diodes trio qui alimentent le rotor.).

R-assemblageVous pouvez procder au r-assemblage de votre alternateur. En plaant les balais assurez-vous de ne pas lesbriser. Un trou l'arrire de l'alternateur permet de retenir les balais durant le r-assemblage avec l'aide d'une tigede mtal que vous retirerez dlicatement lorsque les deux parties avant et arrire seront solidement fixs l'aidede leurs vis.


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Le rotor ne doit pas frotter sur le stator lorsque vousfaites tourner votre engin.

Serrez bien les vis des coquilles de l'alternateur.Enfin vous pouvez retirer la petite tige de mtal qui

retient les balais. Vous voici prt pour vos tests.Connectez les fils positif et masse sur une batterie quiest partiellement charge.Faire tourner l'alternateur l'aide d'un moteur ou d'uneperceuse lectrique de bonne puissance, le tout trsbien fix.Vous devriez mesurer une tension de 12 volts et plusvers 400 600 tours minutes. Le courant dbit survotre batterie sera fonction de la puissance de votrealternateur.

L'chauffement devrait-tre modr, une temprature de 50 70 degrs Celsius aprs 10 15 minutes defonctionnement est considr comme normal. Bien entendu vous n'avez pas oubli de rinstaller le ventilateur !

Il est possible que la tension soit plus faible que celle de 12 volts.Cela peut provenir de plusieurs facteurs :

-> Une ou plusieurs des grosses diodes de puissance sont dfectueuses. Il vous faudra les faire changer chez unrparateur d'alternateurs.-> Un bobinage ou deux, voir les trois sont en court-circuit ou encore mal bobins. Revoir le bobinage.Recommencez votre travail au besoin.-> Un des lments des bobines du stator est en opposition de phase. Inversez sa ou ses connections. Lestensions de phase phase doivent tres identiques !-> Le trio de diodes qui alimente le rotor lui aussi peut-tre dfectueux.Tester, au besoin remplacer.-> Votre batterie est fautive. Essayez une autre unit.-> Les fils de connections de l'alternateur vers la batterie sont trop faibles ou mal fixs. Rvisez l'installation.Utilisez des fils de plus gros diamtre.

->Enfin, la vitesse de rotation est insuffisante. Si possible augmentez son rgime.Recommandations

- Isolation des fils du stator. Utilisez du fil double isolation si disponible. Les fils modernes sont en gnral isolspour une tension d'au moins 2000 volts. Pas trop de problmes ici !- Tension inverse des diodes. 200 volts est un minimum vrifier au prs de votre vendeur si vous avez desdoutes.- Puissance olienne (revoir la dimension d' hlice. Augmenter son diamtre )- Tenue Mcanique des roulements billes. Changer pour des modles " industriels ".- chauffement non ngligeable du bloc. Limite de 70 80 degrs Celsius !- Transmission faible. Doublez les poulies suivant la puissance ou prvoir des chanes plus fortes ou desengrenages plus performants si vous utilisez l'entranement mcanique.- Dans le cas d'utilisation prise directe, revoir l'angle d'attaque de vos pales.- Dans le cas de multiplication mcanique, vous pouvez multiplier le nombre de pales jusqu' 6 pales afin d'obtenirun couple de dmarrage plus lev au dtriment d'une vitesse de rotation plus faible.

La rotation d'une manire gnrale est le sens des aiguilles d'une montre en regardant de face votre alternateur.Bien videmment votre alternateur pourrait fonctionner aussi bien en rotation inverse, ce qui n'est pas le cas desgnrateurs, cependant...


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La ventilation de l'alternateur se ferait l'envers c'est dire que l'air serait propuls l'intrieur de l'alternateur aulieu d' EXPULSER l'air ! Tout est question de choix et de logique.

En modifiant intelligemment un alternateur auto vous pourrez obtenir la puissance et la tension dsire jusqu' unecertaine limite qui est celle inhrente aux caractristiques initiales de votre engin.

D'autres facteurs peuvent influencer le rendement d'un alternateur en fonction olienne.

Le rgulateur inadquat pour cette modification. Quelques schmas simples fournis .Dans les systmes de l'auteur le rgulateur d`origine du rotor est limin.Le rotor est trop faible. Par exemple un rotor de 2 ampres sera MOINS efficace qu'un rotor de 4 ampres pour lamme unit. Cependant, un rotor de 4 ampres versus un rotor de 2 ampres sera plus gourmand en puissancetant mcanique qu'lectrique.Ce ne sont l que quelques "problmes" qui pourraient vous arriver. En fait cela est excessivement rare si voussuivez la mthodologie suggre.Si vous vous tes procur un alternateur NEUF ou re conditionn par un rparateur consciencieux vous n'aurezpas vous proccuper de ces problmes.Il est possible par ailleurs que votre rparateur d'alternateur puisse vous offrir de rembobiner votre alternateurmoyennant rtribution.

A ce propos, mfiez-vous de ceux qui ne font QUE modifier le rgulateur en vous promettant le Soleil la Lune ettoute la Galaxie que cela va fonctionner ! Vous allez au devant de bien des dceptions et dboires...

Un alternateur modifi en basse vitesse bien que fonctionnant de manire identique un alternateur haute vitesseest diffrent au coeur mme de la fonction des induits.- Nombre de spires en gnral plus lev.- Densit cuivre/fer plus favorable, cela se vrifie aisment en remarquant la place libre dans les encoches d'unalternateur non modifi.

C'est pourquoi nous ne saurions trop insister pour que le nombre de spires que vous rembobinez remplissent aumaximum la place des encoches.Un seul espace devrait tre libre, c'est la place des languettes qui retiennent les bobines.

Quelques conseils utiles.

- N' hsitez pas revoir le systme de ventilation !- VITEZ les alternateurs et gnrateurs d'arrire cour d'un dmolisseur de voiture.- Roulements souples et SANS bruits- Carcasse non craque- Vis intactes (souvent indice de rparations)- Pas de traces d'humidit, sable, boue, rouille etc.

Il vous est possible d'acheter a trs bon compte un alternateur re-conditionn chez un spcialiste en rparationd'alternateurs automobiles. Peut-tre mme sera t'il prt modifier votre engin moyennant facture ?Vous aurez ainsi la certitude d' une pice en parfait tat, prte fonctionner... Enfin presque si l'on fait exceptionde quelques modifications que vous ferez vous-mme ou, ferez faire.Contrle de court-circuits.Vous pouvez aisment contrler les court-circuits de vos bobines en utilisant un multimtre sur position (OHMS). Sitout est parfait votre appareil devra mesurer l'infini (pas de contacts) entre chaque bobine avec la masse. Voustestez aussi les trois groupes de bobines entre elles AVANT de souder le dbut des bobines. Pas de contact toutest OK


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Grosses diodes de puissance et petites diodes "trio"Ces diodes se contrlent facilement l'aide d'un multimtre sur la position (OHMS) haute valeur "+ de 10.000ohms ".Les nouveaux multimtres numriques possdent une fonction contrle des diodes trs utile dans ce cas.Dans un sens la diode montre une faible rsistance, pour exemple : 650 ohms.

Inversez les connections, la rsistance doit-tre TRS leve. Vos diodes sont bonnes.Si par malchance vos diodes sont dfectueuses vous pouvez trouver soit un court-circuit (rsistance zro dans lesdeux sens) ou l'inverse les diodes sont "ouvertes dans les deux sens" donc rsistance infinie. Vos diodes dans cecas sont changer.

Contrle de phasage.Dans un alternateur moderne bobin en systme toile ou triangle nous avons trois phases places 120 degrs l'une de l'autre. Encore une fois les tensions phase phase doivent tres identiques.Si une des phases n'est pas en concordance avec les deux autres il y a annulation de puissance globale.Si vous disposez d'un oscilloscope, il vous sera ais de contrler le phasage de vos nouvelles bobines.Contrle de puissanceOuvrez l'alternateur, soudez trois fils sur les bornes des diodes (les fils du stator a diodes de puissance restentconnects).

Arrangez-vous pour sortir ces trois fils l'extrieur au travers de l'un des trous de ventilation arrire.(Revoir le principe du bloc test plus haut). Fermez l'alternateur.A nouveau faites tourner l'alternateur et mesurez les tensions entre chaque phase (chaque sortie de fil reprsenteune phase).Vous devez absolument mesurer une tension ALTERNATIVE GALE entre chacun des fils par rapport aux autres.Si ce n'est pas le cas, la phase fautive montrera une tension PLUS FAIBLE par rapport aux deux autres.Reprez cette phase fautive.Dmontez nouveau l'alternateur et INVERSEZ les connections de cette phase UNIQUEMENT.Tout devrait tre dans l'ordre en reprenant vos tests. Vous pouvez alors enlever ces trois fils extrieurs et refaireproprement les connexion intrieures.La puissance totale devrait tre revenue la normale, donc plus leve et plus d'efficacit et moinsd'chauffement.Cette mthode s'applique galement pour le montage en triangle. Dans ce cas les trois bobines sont

en srie.Si une bobine est en opposition de phase, vous aurez annulation de puissance et chauffement lev sanscompter sur un rendement qui vous paratra dplorable.

Les balais(brosses)Les balais ou "charbons" qui est un archaisme ou encore "brosses", qui est un anglicisme), portent le courantd'excitation vers le rotor. Des balais uss ou qui ont surchauff offriront un service mdiocre. N'hsitez pas leschanger. Leur prix est faible face au meilleur rendement offert.

Le collecteurLe collecteur est constitu de deux bagues de cuivre ou de bronze isoles de la masse. Ces bagues constituentavec les balais le chemin du courant d'excitation. Des bagues propres et bien polies offrent un meilleur contact.Une toile d'meri (papier sabl) de calibre 140 180 et plus restaure le temps de le dire un jeu de bagues oxydesou "charbonnes".

Les roulements.Les roulements billes ou rouleaux subissent des forces de pression, chauffement, tensions diverses, etc.Un nettoyage et graissage annuel leur permettra une plus longue dure de vie.


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ProtectionUne protection contre les intempries est recommande. Un capot de tle ou de fibre autour de votre alternateurvitera les intempries d'en rduire sa dure de vie. Le capot devra cependant assurer une ventilation adquate.Un grillage de mtal l'avant et l'arrire assurera ce service.Le document minieole. vous offre quelques ides.

Fils d'amenedu courant vers la batterie.N'hsitez pas sur la qualit et le calibre des fils d'amene du courant vers votre batterie.Un fil No 14 (2mm de diam) sera adquat pour de faibles courants (< 10 Amp). Pour de plus forts courants, utilisezdu No12 (2,60mm de diam).Si les distances sont longues (+ de 10 mtres ou 30 pieds) DOUBLEZ vos fils ou utilisez des fils de plus fortesection. Les connections seront excellentes et soudes, donc vous minimiserez les pertes.

Batteries.Les batteries constituent la rserve d'nergie lectrique que votre olienne peut fournir. Une batterie neuve sera lasolution idale, cependant, vous pouvez vous procurer des batteries d'occasion chez un spcialiste prixraisonnable. Idalement votre batterie fera au moins 60 ampres/heure de rserve, voir 100 ampres et plus sivous en avez la possibilit.

Si vos moyens financiers vous le permettent procurez-vous des batteries dcharge profonde comme cellesutilises sur les petits moteurs lectriques de bateaux. Voir batteries

Utilisation.Une modeste installation vous permettra d'avoir un clairage de secours en tout temps (si le vent dans votrergion est coopratif !).De plus, vous pourriez utiliser certains appareils mnagers ou outillages spciaux qui fonctionnent sur 12 ou 24volts comme les quipements de camping et camping-car et de maisons mobiles.Vous pourriez mme envisager l'achat d'un onduleur de tension continue 12 volts en tension alternative 110 ou220 volts (50 ou 60 hertz) et ainsi faire fonctionner de petits appareils que vous utilisez dans votre maison. Vousaurez besoin alors de batteries de plus grande puissance/rserve.


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PUISSANCES ENVISAGEABLES POUR QUELQUES MARQUES D'ALTERNATEURS

Modle Puissance d'origine Puissance envisageable avec un vent de 30/40 km/h

FORD/Motorcraft 50 80 ampres 225 360 Watts mesures relles

Delco 10 SI 50 80 ampres 200 250 Watts mesures relles Delco-Rmy 12 SI 60 a 90 ampres 240 380 Watts Mesures relles Delco 27 SI 90 110 ampres 400 550 Watts ++ Mesures relles Nippo Denso 40 ampres 125 150 watts mesures relles Mitsubishi 50 ampres 125 200 watts banc d''essais Paris-Rhne 50 ampres 125 250 watts calculs Ducellier 50 ampres 150 300 watts ***calculs Imarelli 44 ampres 125 200 watts ***calculs Chrysler 50 75 ampres 125 350 watts mesures relles Chrysler 110 ampres 500 1500 watts mesures relles Bosch 75 90 ampres 275 450 watts mesures relles

Remarque:Chrysler 110 amp.

Cet alternateur a t utilis conscutivement sur une priode de plus de trois ans dans des condition climatiquesextrmes notamment crise du verglas au Qubec en janvier 1998.Les amprages d'origine peuvent varier d'une unit l'autre et d'une anne l'autre pour la mme marqued'alternateur.Hormis les marques *** Ducellier, Paris Rhne et Amarelli ***, tous les alternateurs mentionns ont texpriments par l'auteur avec une vitesse de rotation hlice, mesures relles, vent de 30 40 km/h ou, testscomparatifs sur banc d'essais.

Amorage "forc"

Il existe plusieurs mthodesd'amorcage d'un alternateurautomobile conventionnel.Pour mmoire:Injection d'un faible courant surle rotor. Utilisation d'une petitegnratrice CC complmentaire.Utilisation de petits aimantpermanents sur le rotor (lorsquela place le permet).Le principe ci contre est prouvet efficace

Rgulateurs

Nous avons besoin de rgulateurs pour nos arognrateurs. Plusieurs types existent selon les besoins:

- Rgulateur de rotor sous forme de rgulation tension ou sous forme de rgulateur qui dtecte les besoins de labatterie.- Rgulateur de puissance en sortie de l'alternateur ou gnrateur.- Rgulateur de charge/dcharge de la batterie.

Quelques schmas sont suggrs en page suivante


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Ce rgulateur qui est trs efficace

remplacera un rgulateur dòrigine qui nerpondrait pas a nos attentes ou quiserait dfectueux.

Ce rgulateur srie rgulera demanire efficace la tension gnr delàlternateur en direction des batteries.Le transistor de puissance sera adapt enfonction du courant maximum dbit.Un coefficient de scurit de 50% est unpr-requis.La diode zener sera de 6 a 12 volts suivantla tension de charge souhaite.Z 6,8volts = 12 volts par exemple

Ce rgulateur de rotor a pour but de limiter latension maximum aux bornes du rotor si lòncraint une surtension dommageable.Ce mme circuit peut trs bien tre utilis aussicomme un petit rgulateur de charge de votrebatterie.Vous connectez alors la source provenant devotre chargeur a la place de sortie trio etvous connectez votre batterie a la place durotor


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Dimensions des fils de bobinages les plus utiliss

# AWG Diam (mills) Circ (mill) Diam (mm) Surface (mm2) Rsistance/1000m

# 25 .0179 320 0.45 0.1590 100,4 ohms # 24 .0201 404 0.55 0.2376 81 ohms # 23 .0226 510 0.60 0.2867 68 ohms # 22 .0253 642 0.70 0.3848 50 ohms # 21 .0239 824 0.80 0.5027 38 ohms # 20 .0320 1.024 0.90 0.6362 30 ohms # 18 .0400 1.600 1.20 1.1310 17 ohms # 16 .0508 2.583 1.60 2.0106 9,6 ohms # 14 .0640 4.107 2.00 3.1416 6,1 ohms # 12 .0808 6.530 2.60 5.1243 3,8 ohms # 10 1.019 10.380 3.20 8.0424 2,7 ohms

L' utilisation de ce tableau est simple et n'appel aucuns commentaires.

Maintenant, AU BOULOT !

Types de Bobinages Alternateurs Tri

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