Chaque véhicule moderne est équipé d'un générateur électrique qui génère du courant pour le fonctionnement du système électrique de bord et de tous ses appareils.L’une des pièces principales du générateur est le stator fixe.Découvrez ce qu'est un stator de générateur, comment il fonctionne et fonctionne dans cet article.
Objectif du stator du générateur
Dans les automobiles et autres véhicules modernes, des alternateurs triphasés synchrones à auto-excitation sont utilisés.Un générateur typique se compose d'un stator fixe fixé dans un boîtier, d'un rotor avec un enroulement d'excitation, d'un ensemble balais (fournissant du courant à l'enroulement de champ) et d'une unité redresseur.Toutes les pièces sont assemblées dans une conception relativement compacte, montée sur le moteur et dotée d'un entraînement par courroie depuis le vilebrequin.
Le stator est une partie fixe d'un alternateur automobile qui porte un enroulement fonctionnel.Lors du fonctionnement du générateur, c'est dans les enroulements du stator qu'apparaît un courant électrique qui est converti (redressé) et injecté dans le réseau de bord.
Le stator du générateur a plusieurs fonctions :
• Transporte un enroulement fonctionnel dans lequel un courant électrique est généré ;
• Remplit la fonction d'une partie du corps pour accueillir le bobinage de travail ;
• Joue le rôle d'un circuit magnétique pour augmenter l'inductance de l'enroulement de travail et la distribution correcte des lignes de champ magnétique ;
• Agit comme un dissipateur thermique – élimine la chaleur excessive des enroulements chauffants.
Tous les stators ont essentiellement la même conception et ne diffèrent pas par leurs types.
Conception du stator du générateur
Structurellement, le stator se compose de trois parties principales :
• Noyau annulaire ;
• Bobinage de travail (bobinages);
• Isolation des bobinages.
Le noyau est assemblé à partir de plaques annulaires en fer avec des rainures à l'intérieur.Un colis est formé à partir des plaques, la rigidité et la solidité de la structure sont assurées par soudage ou rivetage.Dans le noyau, des rainures sont réalisées pour la pose des enroulements, et chaque saillie est une culasse (noyau) pour les tours d'enroulement.Le noyau est assemblé à partir de plaques d'une épaisseur de 0,8 à 1 mm, constituées de qualités spéciales de fer ou de ferroalliages présentant une certaine perméabilité magnétique.Il peut y avoir des ailettes à l'extérieur du stator pour améliorer la dissipation thermique, ainsi que diverses rainures ou évidements pour s'arrimer au boîtier du générateur.
Les générateurs triphasés utilisent trois enroulements, un par phase.Chaque enroulement est constitué d'un fil isolé en cuivre de grande section (d'un diamètre de 0,9 à 2 mm ou plus), qui est placé dans un certain ordre dans les rainures du noyau.Les enroulements ont des bornes à partir desquelles le courant alternatif est retiré, généralement le nombre de broches est de trois ou quatre, mais il existe des stators à six bornes (chacun des trois enroulements a ses propres bornes pour établir des connexions d'un type ou d'un autre).
Dans les rainures du noyau se trouve un matériau isolant qui protège l'isolation du fil contre les dommages.De plus, dans certains types de stators, des cales isolantes peuvent être insérées dans les rainures, qui servent en outre de fixateur pour les spires du bobinage.L'ensemble stator peut en outre être imprégné de résines époxy ou de vernis, ce qui garantit l'intégrité de la structure (empêche le décalage des spires) et améliore ses propriétés d'isolation électrique.
Le stator est monté de manière rigide dans le boîtier du générateur et, aujourd'hui, la conception la plus couramment utilisée est celle dans laquelle le noyau du stator agit comme une partie du corps.Ceci est mis en œuvre simplement : le stator est serré entre deux couvercles du boîtier du générateur, qui sont serrés avec des goujons - un tel "sandwich" vous permet de créer des conceptions compactes avec un refroidissement efficace et une facilité d'entretien.La conception est également populaire, dans laquelle le stator est combiné avec le capot avant du générateur, et le capot arrière est amovible et permet d'accéder au rotor, au stator et à d'autres pièces.
Types et caractéristiques des stators
Les stators des générateurs diffèrent par le nombre et la forme des rainures, le schéma de pose des enroulements dans les rainures, le schéma de câblage des enroulements et les caractéristiques électriques.
Selon le nombre de rainures pour les tours des enroulements, les stators sont de deux types :
• Avec 18 emplacements ;
• Avec 36 emplacements.
Aujourd'hui, la conception à 36 emplacements est la plus couramment utilisée, car elle offre de meilleures performances électriques.Des générateurs avec des stators à 18 rainures peuvent aujourd'hui être trouvés sur certaines voitures nationales des premières versions.
Selon la forme des rainures, les stators sont de trois types :
• Avec rainures ouvertes - rainures de section rectangulaire, elles nécessitent une fixation supplémentaire des spires d'enroulement ;
• Avec rainures semi-fermées (en forme de coin) - les rainures sont effilées vers le haut, de sorte que les bobines d'enroulement sont fixées en insérant des cales isolantes ou des batistes (tubes en PVC) ;
• Avec rainures semi-fermées pour enroulements avec bobines monotours - les rainures ont une section complexe pour la pose d'un ou deux tours de fil de grand diamètre ou de fil en forme de ruban large.
Selon le schéma de pose des bobinages, les stators sont de trois types :
• Avec un circuit en boucle (distribué en boucle) - le fil de chaque enroulement est placé dans les rainures du noyau avec des boucles (généralement un tour est posé par incréments de deux rainures, les tours des deuxième et troisième enroulements sont placés dans ces rainures - ainsi les enroulements acquièrent le décalage nécessaire pour générer un courant alternatif triphasé) ;
• Avec un circuit concentré d'ondes - le fil de chaque enroulement est placé dans les rainures en vagues, les contournant d'un côté à l'autre, et dans chaque rainure il y a deux tours d'un enroulement dirigés dans une direction ;
• Avec un circuit distribué par ondes - le fil est également posé en vagues, mais les spires d'un enroulement dans les rainures sont dirigées dans des directions différentes.
Pour tout type d'empilement, chaque bobinage comporte six spires réparties sur le noyau.
Quelle que soit la méthode de pose du fil, il existe deux schémas pour connecter les enroulements :
• "Étoile" - dans ce cas, les enroulements sont connectés en parallèle (les extrémités des trois enroulements sont connectées en un point (zéro) et leurs bornes initiales sont libres) ;
• "Triangle" - dans ce cas, les enroulements sont connectés en série (le début d'un enroulement avec la fin de l'autre).
Lors de la connexion des enroulements avec une "étoile", un courant plus élevé est observé, ce circuit est utilisé sur des générateurs d'une puissance ne dépassant pas 1000 watts, qui fonctionnent efficacement à basse vitesse.Lors de la connexion des enroulements avec un "triangle", le courant est réduit (1,7 fois par rapport à "l'étoile"), cependant, les générateurs avec un tel schéma de connexion fonctionnent mieux à des puissances élevées et un conducteur de section plus petite peut être utilisés pour leurs enroulements.
Souvent, au lieu d'un "triangle", un circuit "double étoile" est utilisé, auquel cas le stator ne doit pas avoir trois, mais six enroulements - trois enroulements sont reliés par une "étoile" et deux "étoiles" sont connectées à la charge en parallèle.
En termes de performances, pour les stators, le plus important est la tension nominale, la puissance et le courant nominal dans les enroulements.Selon la tension nominale, les stators (et générateurs) sont divisés en deux groupes :
• Avec une tension de bobinage de 14 V - pour les véhicules avec une tension de réseau de bord de 12 V ;
• Avec une tension dans les enroulements de 28 V - pour les équipements avec une tension réseau de bord de 24 V.
Le générateur produit une tension plus élevée, car une chute de tension se produit inévitablement dans le redresseur et le stabilisateur, et à l'entrée du réseau électrique de bord, une tension normale de 12 ou 24 V est déjà observée.
La plupart des générateurs pour voitures, tracteurs, bus et autres équipements ont un courant nominal de 20 à 60 A, 30 à 35 A suffisent pour les voitures, 50 à 60 A pour les camions, des générateurs avec un courant allant jusqu'à 150 A ou plus sont produits pour les équipements lourds.
Principe de fonctionnement du stator du générateur
Le fonctionnement du stator et de l'ensemble du générateur est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique - l'apparition d'un courant dans un conducteur qui se déplace dans un champ magnétique ou repose dans un champ magnétique alternatif.Dans les générateurs automobiles, le deuxième principe est utilisé : le conducteur dans lequel le courant apparaît est au repos et le champ magnétique change constamment (en rotation).
Lorsque le moteur démarre, le rotor du générateur commence à tourner, en même temps la tension de la batterie est fournie à son enroulement d'excitation.Le rotor a un noyau en acier multipolaire qui, lorsqu'un courant est appliqué à l'enroulement, devient un électro-aimant, respectivement, le rotor en rotation crée un champ magnétique alternatif.Les lignes de champ de ce champ coupent le stator situé autour du rotor.Le noyau du stator distribue le champ magnétique d'une certaine manière, ses lignes de force traversent les spires des enroulements de travail - en raison de l'induction électromagnétique, un courant y est généré, qui est retiré des bornes de l'enroulement et entre dans le redresseur, stabilisateur et le réseau de bord.
Avec une augmentation du régime moteur, une partie du courant de l'enroulement de travail du stator est introduite dans l'enroulement de champ du rotor - de sorte que le générateur passe en mode d'auto-excitation et n'a plus besoin d'une source de courant tierce.
Pendant le fonctionnement, le stator du générateur subit des charges thermiques et électriques, et il est également exposé à des influences environnementales négatives.Au fil du temps, cela peut entraîner une détérioration de l’isolation entre les enroulements et une panne électrique.Dans ce cas, le stator doit être réparé ou complètement remplacé.Avec un entretien régulier et un remplacement rapide du stator, le générateur fonctionnera de manière fiable et alimentera la voiture de manière stable en énergie électrique.
Heure de publication : 24 août 2023