Redresser et filtrer le courant alternatif pour obtenir du courant continu
Le générateur que nous avons conçu (voir Fabrication d’un générateur de courant alternatif) est un alternateur : il génère une tension alternative, qui est donc tantôt de signe positif et tantôt de signe négatif et dont la fréquence et l’amplitude sont variables en fonction de la vitesse de rotation du rotor du générateur. Ce courant ne peut donc pas être utilisé tel quel. Voyons comment le changer en courant continu.
Redresser le courant alternatif en courant continu
La première étape consiste à redresser le courant produit par le générateur pour que la tension soit toujours de signe positif (ou nulle mais jamais de signe négatif). On va donc passer d’un courant alternatif à un courant qui circule dans un seul sens ! On peut déjà parler de courant continu mais la tension n’étant pas constante, on préfère parler de « courant variable unidirectionnel » ou « courant alternatif redressé ».
Pour obtenir ce résultat, il faut utiliser des diodes. Ces composants électroniques ont la caractéristique de ne laisser passer le courant que dans un seul sens. En les assemblant de la bonne manière elles vont nous permettre de redresser le courant alternatif. Quatre diodes suffisent pour réaliser ce montage appelé pont de diodes (ou pont de Graetz).
Voici la diode que j’utilise, il s’agit d’une diode 1N4007 :
Et voici un pont de diodes que j’ai réalisé avec un morceau de plaque de bakélite pré-percée.
Bien remarquer l’orientation des diodes et le croisement des fils à droite, ce croisement n’est pas idéal car il y a un fort risque de court-circuit mais pour une démonstration cela convient parfaitement !
Il y a tout de même un inconvénient à prendre en compte… Les diodes provoquent une chute de tension. Cette chute de tension est prévisible et dépend des caractéristiques de la diode. Par exemple pour les diodes que j’utilise, cette chute de tension est d’environ 0,8 V par diode donc comme la transformation du courant alternatif en courant continu requiert le passage par 2 diodes (deux dans un sens ou 2 dans l’autre), on aura une chute de tension d’environ 1,6 V entre la tension de crête du courant alternatif et celle du courant redressé.
Le schéma suivant illustre la différence entre le courant alternatif de départ et le courant redressé :
Filtrer le courant
C’est la deuxième étape qui, réalisée à la suite de la première, permettra d’obtenir du courant continu (ou courant lissé), c’est-à-dire un courant de tension stable (tant que la vitesse de rotation du générateur sera stable).
Pour filtrer (ou lisser) le courant, on utilise un condensateur. C’est un composant électronique capable d’accumuler le courant lorsque la tension augmente et de le restituer lorsque la tension chute. Branché entre le pôle + et le pôle - de notre courant redressé il va donc encaisser les tensions de crête et compenser les passages à 0 V.
Voici le type de condensateur que j’utilise :
Le schéma électrique comprendra donc un pont de diodes et un condensateur :
Et voici une vidéo qui explique tout cela et dans laquelle je teste les différents circuits pour bien comprendre les différences entre eux.
Questions fréquentes
Comment choisir les diodes et le condensateur pour redresser le courant ?
Le choix dépend du courant à redresser et à filtrer : déterminez d’abord la tension et l’intensité maximales que devront supporter les composants, puis vérifiez-les dans leurs fiches techniques. La fréquence du courant n’a pas d’importance. Pour les montages expérimentaux, des diodes courantes 1N4007 et un condensateur de 1 000 µF font l’affaire. Une grosse capacité est utile pour redresser du monophasé ; avec peu de courant ou en triphasé, un condensateur plus petit peut suffire, à vérifier par des essais.
Peut-on recharger une batterie avec un générateur entraîné par un vélo ?
Oui, cela se fait déjà, par exemple pour recharger la batterie d’un téléphone. L’intensité disponible dépend de la résistance interne du générateur, donc de la longueur et de l’épaisseur du fil de cuivre ; la tension dépend de la vitesse de rotation et du nombre de bobines. Sans régulateur, la vitesse doit rester stable, sinon une tension trop haute risque d’abîmer la batterie. Les calculs préalables sont difficiles : le plus sûr est de procéder par essais.
Peut-on fabriquer soi-même le régulateur de charge ?
C’est compliqué. Selon le courant à obtenir, un régulateur simple s’achète comme n’importe quel composant électronique, mais la charge de batteries demande souvent un régulateur plus complexe. Un lecteur signale qu’un régulateur d’alternateur de voiture convient bien, puisqu’il est conçu pour charger une batterie de 12 V quelle que soit la vitesse de rotation.