PROTECTION DES ALTERNATEURS DES BATEAUX CONTRE LES SURTENSIONS

POURQUOI LES ALTERNATEURS DE NOS BATEAU GÉNÈRENT DES SURTENSIONS ANORMALES QUI LES ABIMENT ET PEUVENT PARFOIS LES DÉTRUIRE

Les alternateurs sont conçus pour être utilisés sur des véhicules où l'alternateur est bien plus puissant que la puissance de l'ensemble de tous les équipements électriques. Après le démarrage du moteurs qui consomme moins d'un ampère/heure, quelques minutes suffisent à recharger la batterie de ces véhicules. Le démarreur fournit alors seulement la consommation des équipements électriques en service. Sur tous les autres véhicules équipés d'alternateur, il n'y a donc aucun risque d'une brutale coupure du courant fourni par l'alternateur à son intensité maximale.

Sur nos bateaux, on a de gros parcs de batteries qui nécessitent des heures de charge avec l'alternateur à pleine puissance. On a de plus en plus de gros équipements électriques plus puissants que ce que l'alternateur peut fournir (guindeau, enrouleurs et winchs électriques, gros convertisseur 220V). Contrairement aux autres véhicules, nos bateaux sont aussi équipés de coupe-circuit pouvant être malencontreusement ouverts avec l'alternateur en pleine charge (le bouton rouge est souvent juste à côté du bouton rouge du disjoncteur de guindeau). Un gros convertisseur 220V consommant parfois plus de 150A peut aussi malencontreusement être coupé au tableau électrique alors que le courant fourni pas l'alternateur est alors très important. Beaucoup de bateaux installent aussi des appareils  comme les BMS, ou protect "chose", susceptibles de couper brutalement le courant de l'alternateur, en ignorant les possibles conséquences pour celui-ci.

Ces spécificités de nos bateaux font qu'il est pratiquement impossible d'éviter que l'alternateur subisse de fortes et rapides coupures du courant pour lequel il n'est pas conçu.

Une forte et brutale coupure du courant de l'alternateur crée une importante et rapide coupure du flux magnétique dans les bobines du stator de l'alternateur. Il en résulte une rapide variation du flux magnétique qui induit alors une très importante et courte surtension dans les bobines. Une importante et rapide coupure de courant étant impossible sur les autres véhicules, le régulateur et les diodes de redressement ne sont pas dimensionnés pour ces surtensions qu'on fait subir aux alternateurs sur nos bateaux.

Cette problématique concerne de la même façon les bateaux équipés de batteries au plomb que ceux équipés de LFP. C'est plutôt l'éventuelle utilisation d'un BMS qui augmente les risques en l'absence de diodes TVS sur les bobines du stator de l'alternateur.

CHOIX DES DIODES TVS

Les surtensions induites dans les trois bobines du stator de l’alternateur sont d’autant plus élevées que le courant est fort et que le temps de coupure du courant est court. Si la puissance de telles surtensions peut momentanément être élevée,  cela dure beaucoup moins d’une microseconde. On a heureusement à notre disposition des composants électroniques permettant d’écrêter très rapidement les chocs électriques (effets indirects de la foudre) ou les surtensions self-induites par les bobines ou même l’électricité statique susceptible de pouvoir aussi détruire certains composants électroniques. 

Nous allons utiliser trois diodes TVS (Transient Voltage Supressor), bidirectionnelles, pouvant écrêter momentanément une puissance de 1.5kW. 

Ces diodes TVS bidirectionnelles seront installées en triangle entre les trois cosses de la platine des diodes de redressement de l'alternateur où sont soudés les 3 fils de sortie du courant alternatif triphasé du stator de l’alternateur. 

Il faut impérativement des diodes TVS bidirectionnelles pouvant écrêter une tension alternative dans les deux sens. Une diode TVS unidirectionnelle écrête dans un sens mais est  passante dans l’autre, ce qui crée alors un court-circuit une alternance sur deux. Une diode TVS unidirectionnelle, soumise à une tension alternative, va instantanément chauffer et se détruire en se mettant en court-circuit. Les diodes TVS soumise à une tension alternative, comme c’est le cas aux bornes du stator de l’alternateur, doivent donc toujours être bidirectionnelles. Il faut aussi que les diodes TVS écrêtent uniquement durant les surtensions exceptionnelles, et en aucun cas durant les crêtes de tension se produisant cycliquement en fonctionnement normal de l’alternateur. Leur tension de claquage minimale doit donc être choisie plus haut que la tension alternative crête à crête de l’alternateur 

J’utilise les diodes TVS bidirectionnelles suivantes, de marque LITTELFUSE, en fonction de la tension d’alternateur :

- Alternateur 12V : 1.5KE24CA dont la tension de seuil mini est de 22,8V dans les deux sens 

- Alternateur 24V : 1.5KE51CA dont la tension de seuil mini est de 48,5V dans les deux sens

Il est mieux de prendre une tension de seuil un peu plus haute que trop basse pour ne pas  risquer d'endommager les diodes TVS avec des surtensions cycliques. Des niveaux de surtension avec TVS de 28V en 12V ou 55V en 24V resteront tout à fait acceptables par le régulateur et les diodes de l'alternateur.

INSTALLATION DES DIODES SUR L'ALTERNATEUR

Les photos de la modification de deux alternateurs 24 devraient suffire. 

Après dépose de l'alternateur, il faut déposer le carter plastique de protection des blocs de diodes de redressement du côté des bornes de raccordement de l'alternateur. On repère facilement les 3 bornes de la platine de redressement où arrivent les  3 fils venant des bobines du stator. Elles sont en général visibles et dégagées. 

Les 3 diodes TVS  bidirectionnelles se montent dans n'importe quel sens. Elles doivent être soudées en triangle entre les trois bornes de raccordement des fils venant du stator. Si l'un des fils d'une diode passe près d'un autre fil, il faut impérativement l'isoler avec un morceau de gaine isolante résistant à la température comme on en trouvait dans les appliques à ampoule halogène.

Une fois l’alternateur modifié ainsi pour quelques €, l'alternateur ne craint plus du tout les fortes et rapides coupures du courant.