L’antiparasitage des moteurs des locomotives

Les désordres causés par les moteurs des locomotives.

Une grande diversité de moteurs pour le modélisme ferroviaire : une question, leur antiparasitage.Qui n’a jamais vu les étincelles qui apparaissent aux roues de nos locomotives. Ces étincelles sont la manifestation d’une parasitage de l’alimentation par les moteurs des locomotives.

En fait la cause réelle de ces étincelles qui sont en réalité des arcs électriques, se situe au niveau des défauts de contact, généralement entre les roues capteuses et la voie, pour la prise de courant.

Ces arcs électriques sont simplement la réaction d’un circuit inductif à la coupure du circuit d’alimentation.

Pourquoi le circuit est-il inductif ? En premier lieu le moteur, plus précisément l’induit du moteur est un bobinage électrique sur un noyau magnétique, donc une self. En second lieu, le transformateur qui se trouve dans l’alimentation est lui aussi une self.

Revenons brièvement sur les caractéristiques d’une self. Il faut savoir qu’une self réagit aux variations brusques d’intensité, or un mauvais contact correspond au passage brutal du courant qui traverse la self à une valeur nulle. A ce moment la self qui, il faut toujours le garder à l’esprit, stocke l’énergie qui lui a été fournie par l’alimentation sous forme magnétique, tente de conserver au courant sa valeur avant l’interruption en augmentant la tension en puisant dans l’énergie stockée. Cette tension sera limitée par l’énergie stockée dans le circuit magnétique, mais elle peut néanmoins atteindre plusieurs centaines, voire milliers de volts.

Voilà pour l’explication des étincelles, voyons en maintenant les effets.

L’énergie électrique peut avoir des effets magnétiques, thermiques et chimiques. Ceci se traduit au niveau des mauvais contacts par des échauffements très ponctuels à des valeurs très élevées, des phénomènes electrostatiques qui attirent et agglomèrent les poussières et même des phénomènes d’electrolyse en fonction des substances qui se trouvent à proximité de ces arcs électriques.

En conséquence, on constate très rapidement la formation de dépôts de saleté sur les roues ainsi qu’un changement de couleur du métal caractéristique d’une oxydation qui perturbent rapidement les contacts rail / roue, qui augmentent le nombre d’arcs électriques et qui accélèrent le phénomène d’encrassement.

Bref si nous voulons

continuer à nous amuser au lieu de passer notre temps à nettoyer en permanence les roues et les rails nous devons absolument installer un dispositif d’antiparasitage des moteurs.

Les moyens d’antiparasitage des moteurs.

Dans les faits il existe une autre cause d’interruption du circuit électrique, c’est le collecteur du moteur qui en passant d’un pôle au suivant, interromp le circuit électrique plusieurs milliers de fois par minute. Ceci explique la ceinture d’arc électrique autour du collecteur. Nous avons tout intérêt à réduire ces arcs électriques pour prolonger la durée de vie du moteur.

Ces arcs électriques sont de l’énergie que nous pouvons, soit stocker, soit dissiper sous forme de chaleur.

Il existe deux composants qui emmagasinent l’énergie : la self que nous avons déjà vue et le condensateur. Le condensateur réagit aux variations brutales de tension et se comporte comme un court circuit pour cette variation.

C’est exactement ce qu’il nous faut pour absorber l’énergie restituée brutalement par la self du moteur en branchant un condensateur aux bornes du moteur.

Cependant, comme le condensateur stocke l’énergie, il va bien devoir la restituer d’une façon ou d’une autre. Normalement cette énergie va simplement être ajoutée à l’alimentation du moteur et les choses devraient rentrer dans l’ordre.

Rien n’étant parfait en ce monde, la pratique est souvent plus complexe que la théorie et quiconque a déjà observé un condensateur associé à une self a vu que c’est un circuit potentiellement instable qui peut se mettre en oscillation, donc produire des variations de tension non voulues. Que voulez vous, associer deux réservoirs d’énergie gonflés à bloc, il ne faut pas s’attendre à ce que les choses se passent bien.

Heureusement dans les années 70 a été inventé et breveté un circuit d’antiparasitage qui a donné des résultats très satisfaisants et qui a fait ses preuves. C’est le « Roulnet ».

Il s’agit simplement de deux condensateurs montés tête bêche, chaque condensateur étant branché en parallèle avec une diode, cathode sur l’armature positive du condensateur, anode sur l’armature négative.

Schéma de principe pour le circuit d'antiparasitage des moteurs de locomotives "Roulnet"

Sans remettre en question l’efficacité de ce montage, il n’en demeure pas moins que nous pourrions aussi dissiper cette énergie sous forme de chaleur.

Pour ce faire, il existe maintenant un composant qui se nomme une diode « transil »  (ou TVS pour Transcient Voltage Suppressor en anglais) qui lorsque la tension à ses bornes dépasse une certaine valeur, se comporte comme un court circuit et dissipe l’énergie sous forme de chaleur. Pour nous simplifier la vie, cette diode se comporte de la même manière, qu’elle soit alimentée dans un sens ou dans l’autre.

Schema de principe pour l'antiparasitage des moteurs de locomotives avec TVS

Il n’en faut pas plus pour admettre sans difficulté qu’il serait bénéfique de profiter des avantages du « Roulnet » associé à une diode « transil », puisque moins il y a d’énergie stockée, moins il y aura de phénomènes erratiques.

Nous sautons le pas et proposons donc de brancher les deux dispositifs sur le moteur de traction de nos locomotives.

L’antiparasitages des moteurs en pratique.

Dans nos locomotives, il faut installer 5 composants. Les 3 diodes sont de petite taille. Ce n’était pas vraiment le cas des condensateurs.

Voici les composants « classiques ».

Condensateur pour l'antiparasitage des moteurs de locomotives en modélisme ferroviaireCondensateur 47µF 25V

Diode de redressement utilisable pour l'antiparasitage des moteurs en modélisme ferroviaire

Diode 1N4004 DO41

 

Pour faciliter l’installation de ces composants, nous allons une fois de plus nous tourner vers les composants montés en surface (CMS) qui bénéficient d’une miniaturisation extrême.

Condensateur miniaturisé au tantale adapté pour l'antiparasitage des moteurs de locomotives en modélisme ferroviaire

Condensateur 47µF 25V au tantale CMS

Diode de redressement miniaturisée utilisable pour l'antiparasitage des moteurs de locomotives en modélisme ferroviaireDiode 1N4004 CMS

 Il est intéressant d’installer les composants d’antiparasitage du moteur de locomotive sur le même circuit imprimé que l’on utilise pour la commande des feux d’éclairage de la locomotive et de leur inversion. L’ajout de 5 composants montés en surface simplifie déjà le câblage et ne modifie pas beaucoup son encombrement.

Pour les echelles plus petites que le HO, les composants CMS peuvent être soudés à même les connexions du moteur pour profiter au maximum de l’espace disponible.

 

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4 réponses sur “L’antiparasitage des moteurs des locomotives”

  1. je recherche un système simple pour éclairage des wagons indépendant de la traction. je suis un Niste. merci

    1. Des articles traitant de l’éclairage sont déjà publiés sur le site tels que
      Module d’éclairage pour matériel roulant analogique en HO ou
      L’éclairage du matériel roulant en analogique
      Cet article traitant de l’antiparasitage des moteurs n’est pas le meilleur endroit pour développer les questions liées à l’éclairage, cependant voici par exemple les principaux systèmes pour un éclairage indépendant de la traction :
      – les commandes par protocoles numériques (DCC par ex) ou analogiques (Jouefmatic par ex).
      – la superposition de courant BF sur le courant de traction analogique.
      – le stockage de l’énergie pour l’éclairage à bord des véhicules (condensateur ou batterie) qui est très peu encombrant en cas d’utilisation d’une alimentation PWM.

      Je ne manquerai pas de développer ces sujets dans les articles mentionnés plus haut.

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