Pour ajuster la vitesse des locomotives.

La question sur la manière d’équiper une locomotive 12V avec un moteur de tension maximale inférieure sans risque de détérioration du nouveau moteur peut souvent se poser.

Limiteur de tension embarqué

La question de l’ajustement de la vitesse maximale pour une tension d’alimentation donnée peut aussi se poser dans certains cas, notamment pour la circulation de plusieurs trains sur des zones de cantonnement alimentées par une tension d’alimentation identique.

Certaines revues ont même estimé que la transposition à l’échelle de la vitesse de la locomotive pour une tension de 12V était un critère qualitatif de fidélité de reproduction, ce qui semble particulièrement absurde. L’auteur de ces lignes a plutôt tendance à considérer qu’à l’instar des locomotives réelles, il appartient au mécanicien / modéliste de régler la marche de sa machine. N’importe quelle machine réelle actuelle serait en mesure de pulvériser le record de 1955 en appliquant la tension nominale à ses moteurs de traction, pourquoi en serait-il autrement pour nos modèles réduits, surtout qu’une réserve de puissance est toujours la bienvenue.

Même si une vitesse maximale trop élevée pour l’échelle peut être due à un rapport de réduction du train d’engrenages inadapté nous sommes souvent confrontés à des moteurs dont la vitesse de rotation  est plus élevée suite à son remplacement.

Dans le cas qui nous intéresse le plus, le moteur dont on souhaite équiper la locomotive n’existe que pour des tensions plus faibles, par exemple 6V pour les moteurs compatibles avec la mécanique Lima.

D’autres considérations peuvent intervenir telles que le souhait de graduer le potentiomètre de commande de vitesse en pourcentage de la vitesse maximale ou en valeur absolue chiffrée en km/h.

Compte tenu de l’approche différenciée pour chaque locomotive, le dispositif de limitation devra être embarqué, même en commande analogique.

Diverses solutions peuvent être envisagées pour réduire la vitesse maximale en limitant la tension d’alimentation.

Toutes ces solutions sont basées sur l’introduction d’une chute de tension permettant de ramener la tension maxi à la valeur souhaitée, ce qui implique une dissipation de puissance sous forme de chaleur. Cette dissipation de chaleur peut se révéler problématique dès lors qu’elle est excessive et peut de ce fait faire fondre le plastique de la locomotive.

Les diodes.

Le principe de réduction de la tension à base de diodes utilise la caractéristiques des diodes qui, dans le sens passant, provoquent une chute de tension de l’ordre de 0,6 à 0,7 selon la courant qui traverse la diode (pour la suite nous retiendrons la valeur médiane de 0,65V).

Il suffit de brancher autant de diodes en série jusqu’à obtenir la chute de tension souhaitée qui viendra se soustraire à la tension d’alimentation.

Réducteur de tension à diodes

Par exemple, avec 3 diodes montées en série la chute de tension est donc de 3 x 0,65V = 1,95V.

Les diodes peuvent être du type 1N4004 pour des courants jusqu’à 1 ampère, ce qui est généralement suffisant pour les moteurs des locomotives à l’échelle HO.

Le principal avantage de ce système est son extrême simplicité et la possibilité de l’installer pratiquement n’importe où.

L’un des inconvénients est que les diodes introduisent un seuil qu’il faut dépasser avec la tension d’alimentation avant qu’une tension d’alimentation ne soit appliquée au moteur.

Pour l’exemple avec 3 diodes, la locomotive ne démarrera plus vers 3 ou 4V pour un moteur classique mais vers 3 + 1,95V ou 4 + 1,95V, soit vers 5 ou 6V.

La solution des diodes est donc justifiée pour réduire faiblement la tension d’alimentation maximum à appliquer au moteur.

Le second inconvénient est l’ajustement par multiples de 0,65V, ce qui n’est pas très pénalisant mais il peut exister des cas où l’on souhaite ajuster plus finement la vitesse maximum, pour des locomotives de manoeuvre par exemple.

Le diviseurs rhéostatiques et potentiométriques.

Le diviseur rhéostatique permet de réduire la tension de manière proportionnelle en introduisant une résistance en série avec le moteur.

Ce système était utilisé dans les alimentations des grands constructeurs dans les années 60.

Diviseur potentiométriqueLe diviseur potentiométrique permet de définir le rapport de division de la tension par la formule Vmot = Vvoie (R2 / (R1 + R2))

Par exemple pour deux résistances de valeur égale, la tension appliquée au moteur est donc divisée par 2.

N’importe quel rapport de division peut donc être choisi en utilisant les valeurs appropriées pour les résistances.

L’inconvénient majeur de ce système est que le rapport entre la tension de la voie et la tension appliquée au moteur varie de manière très significative en fonction du courant consommé par le moteur et ne peut donc pas être envisagée de manière satisfaisante, notamment si la charge de la locomotive varie.

Par exemple si l’on souhaite avoir une « précision » de l’ordre de 10% sur le réglage de la tension maximale, le diviseur potentiométrique devrait dissiper une puissance environ 10 fois supérieure à la puissance consommée par le moteur.

Ceci rend la mise en oeuvre pratique d’un système embarqué impossible.

Le diviseur potentiométrique de puissance.

Le diviseur potentiométrique bénéficie d’un avantage appréciable qui est la proportionnalité entre la tension d’entrée et la tension de sortie en réduisant significativement l’effet de seuil des diodes.

Il est donc intéressant d’utiliser le diviseur potentiométrique et de l’associer à un transistor de puissance pour disposer d’un rapport de division entre les tensions stable et indépendant de la consommation du moteur.

Diviseur de tension de puissanceDans ce schéma, le transistor « se débrouille » en faisant ce pour quoi il est conçu pour maintenir la tension du moteur égale à la tension fournie par le diviseur potentiométrique. Les électroniciens feront les calculs et préciseront que la tension de seuil de la jonction Base / Emetteur et que la valeur du courant de base Ib introduisent une différence entre la tension appliquée au moteur et la tension fournie par le diviseur de tension. Cette erreur reste faible et ne pose aucun problème pour cette application.

En pratique, l’introduction du transistor dans le montage ajoute un seuil de tension de 0,65V avant le démarrage du moteur. Dans le cas d’un étage double de transistors (darlington) et d’une diode de polarisation ce seuil est de 1,95V.

Dans ce montage, c’est le transistor qui assure la dissipation de la chaleur produite par la chute de tension à ses bornes.

Bien entendu ce dispositif ne fonctionne que pour un seul sens d’alimentation, il faut en prévoir un second correctement branché pour disposer de la marche avant et de la marche arrière.

Limiteur de tension embarqué

Un tel montage embarqué pour réduire la vitesse maximale des locomotives, illustré par les photos de cet article, d’une dimension de 19,5 x 24 mm sera prochainement  proposé aux amateurs.

Voici quelques exemples de remplacement du moteur qui peuvent justifier l’installation d’un tel dispositif de limitation de la vitesse maximale de la locomotive :

La puissance dissipée sous forme de chaleur.

Il faut bien l’avouer, un tel dispositif de réduction de la tension dissipe l’énergie que l’on empêche de parvenir au moteur sous forme de chaleur.

La formule pour calculer la dissipation de chaleur en courant continu est

P = U.I

avec U qui est la chute de tension aux bornes du transistor, autrement dit la valeur dont on réduit la tension et I qui est le courant consommé par le moteur.

On peut admettre que la puissance « dissipable » par un transistor de puissance sans radiateur de refroidissement est de l’ordre de 1W pour ne pas avoir de surchauffe susceptible de faire fondre le plastique de la locomotive.

Bien entendu ce calcul est fait pour les valeurs maximales de courant et de tension.

En pratique, un tel montage peut sans problème réduire la tension de moitié, soit 6V pour un courant consommé de 100mA, soit une dissipation de puissance de 0,6W. Ceci offre une bonne marge de sécurité.

Pour les courants plus importants, il suffit d’équiper les transistors de puissance (qui doivent être correctement dimensionnés) de radiateurs de refroidissement, ce qui ne manquera pas de poser rapidement la question de l’encombrement pour du matériel embarqué.

 

 

Soyez le premier à voter
Partagez cette page.

8 réponses sur “Pour ajuster la vitesse des locomotives.”

  1. bonjour,
    Etant intéressé par votre diviseur potentiométrique et n’étant pas trop fort en montage électronique.
    D’après votre article, vous seriez dans la possibilité de vendre ce produit, j’aimerais savoir si c’est toujours d’actualité et si vous avez déjà une date ???,
    en vous remerciant d’avance pour votre réponse, veuillez accepter mes salutations

    GERBER

    1. Bonjour,
      Il est effectivement prévu de proposer ce montage prochainement.
      Dans l’état actuel, les coûts liés à la fabrication unitaire sont encore trop importants pour être répercutés sur le prix de vente.
      L’étude d’une solution pour une production plus économique est en cours.
      Il est difficile de s’engager sur une date prévisionnelle mais le premier semestre 2019 pourrait être envisagé.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *