Limiteur de vitesse pour locomotive en analogique

Ce limiteur de vitesse a été développé pour ajuster de manière précise la vitesse maximale des locomotives alimentées en analogique.

Il est de plus en plus courant de remplacer le moteur des locomotives les plus anciennes par un modèle performant. La tendance actuelle tend à réduire la tension nominale des moteurs notamment pour en permettre l’alimentation par batteries. Les tensions nominales de 3V à 6V sont très courantes et permettent de se procurer des moteurs très performants pour un prix compétitif. La consommation de ces moteurs n’a cessé de diminuer pour un rendement de plus en plus élevé, donc pour une puissance mécanique et un couple disponibles à l’arbre qui ne sont pas comparable à ceux des moteurs d’ancienne génération.

Pour tirer tous les avantages de tels moteurs dans les locomotives alimentées en analogique il faut disposer d’un dispositif de limitation de la tension pour plusieurs raisons :

• dépasser la tension nominale conduit à un échauffement du moteur et à un risque de destruction.
• il est souvent indispensable de normaliser la vitesse des différentes locomotives qui circulent sur un réseau.
• il peut être souhaitable de limiter la vitesse à des valeurs différentes selon le sens de marche, notamment pour une locomotive circulant tender en avant.
• enfin les puristes estiment souvent que l’exactitude de la vitesse maximale transposée à l’échelle est un critère de fidélité de reproduction.

Comme cela a été exposé dans l’article consacré aux moyens d’ajustement de la vitesse des locomotives en analogique, ce limiteur fonctionne sur le principe d’un diviseur potentiométrique transistorisé.

Sa conception conduit donc à dissiper sous forme de chaleur l’énergie fournie en supplément par l’alimentation. Il est par conséquent préférable d’en limiter l’utilisation sur des locomotives équipées de moteurs dont la consommation est de l’ordre de la centaine de milliampère. Cette condition est remplie pour la plupart des moteurs récents.

Dès lors que la puissance dissipée dépasse 1W (soit la chute de tension créée par le limiteur multipliée par l’intensité qui traverse le limiteur) l’échauffement des transistors peut être suffisant pour faire fondre le plastique de la carrosserie ou du châssis. Il conviendra impérativement de vérifier que cet échauffement reste acceptable avant de remonter la carrosserie.

Le courant admissible pour les transistors étant de 4A, il est facile de comprendre que la principale restriction provient de la dissipation de chaleur. Chacun pourra améliorer la dissipation de chaleur selon sa convenance et surtout selon la configuration de la machine. Par exemple un châssis en zamak pourra servir de radiateur très efficacement.

En aucune façon les surfaces de contact des 2 transistors ne devront être reliées électriquement, ce qui serait destructif pour les transistors. S’ils sont fixés sur une même pièce de métal, il faudra donc utiliser un kit d’isolation pour boitier TO202.

Au niveau de son fonctionnement, ce limiteur a 2 actions sur la tension appliquée au moteur :

• Il introduit une tension de seuil de 1V environ avant qu’une tension ne soit appliquée au moteur
• Il réduit la tension appliquée au moteur de manière proportionnelle selon la position du potentiomètre de réglage.

La courbe de transfert illustrée sur ci-dessus illustre les valeurs de la tension de sortie (Vo) en fonction de la tension d’entrée (Vi) pour différentes positions du potentiomètre de réglage. Les valeurs 1/4, 1/2 et 3/4 sont des positions du curseur estimées visuellement et ne correspondent pas à une position spécifique exacte.

Le limiteur étant symétrique, la courbe est identique pour les tensions négatives. Les non linéarités pour les faibles tensions sont dues aux arrondis des mesures à 1 décimale.

Le réglage s’effectue séparément selon le sens de marche.

Ce limiteur est compatible avec les différentes formes de tension utilisées en commande analogique :

• Tension continue (redressée filtrée et stabilisée)
• Tension redressée simple ou double alternance
• Tension pulsée (PWM)

Le limiteur est aussi équipé d’une diode TVS d’antiparasitage en plus des protections contre les tensions inverses des transistors.

La diode TVS limite la tension maxi applicable au limiteur de vitesse à la valeur de 20V.

Avec ses dimensions de 25mm x 20mm ce limiteur de vitesse peut facilement se loger dans une locomotive HO. Il peut être fixé en place avec un peu d’adhésif double face.

Le raccordement du limiteur de tension est des plus simples. Il suffit de relier un connecteur vers le + et le – de la voie et l’autre connecteur aux bornes du moteur.

Le limiteur étant parfaitement symétrique, il suffit d’inverser le sens de l’un des 2 connecteurs si le sens de marche de la locomotive ne correspond pas au sens d’alimentation de la voie.

Pour éviter des court-circuits en débranchant le limiteur avec la locomotive sous tension (nous savons tous qu’il ne faut pas le faire mais ceci nous arrive plus souvent qu’il ne le faudrait), sur le limiteur le connecteur côté voie est un connecteur mâle et le connecteur côté moteur est un connecteur femelle.

Outre le fait d’éviter l’inversion des connecteurs, cette disposition permet aussi de raccorder directement le moteur à la voie si besoin et sans aucune intervention sur le câblage.

Ce kit est proposé sur la base d’un kit à assembler par chacun, ce qui permet de le maintenir à un prix abordable.

Il peut aussi être proposé assemblé et testé mais les coûts de montage restent significatifs.

La sérigraphie sur le circuit permet de positionner correctement tous les composants en veillant à la correcte orientation des diodes (comme indiqué sur la sérigraphie) et des transistors (se référer aux photos).

La sérigraphie indique une valeur de 22k pour les potentiomètres ajustables bien que les potentiomètres livrés aient une valeur de 10k. Cette disposition permet d’améliorer de manière très marginale la précision de la tension de sortie du limiteur.

Une fois monté sur la locomotives, l’ajustement de la vitesse maximale se fait au moyen des 2 potentiomètres, chaque potentiomètre agissant sur un seul sens de marche.

Montage et installation du limiteur de vitesse

Ce kit est disponible ici