Graduateur de vitesse a tension constante

Un problème que les modélistes ferroviaires connaissent bien est l'éclairage des trains de voyageurs alors que la tension d'alimentation du réseau est essentiellement variable pour cause de régulation de la vitesse du convoi. Cette tension est même nulle à l'arrêt, ce qui a pour conséquence l'extinction totale. Le montage que nous vous proposons résout ce problème: la tension du réseau reste maximale à tout moment mais le pilotage du train à la vitesse désirée reste possible.
Le principe
La tension d'alimentation du réseau se caractérise par une valeur continue de l'ordre de 12V. Le dispositif émetteur génère des micro-coupures d'une durée imperceptible à l'oeil, au niveau de l'éclairage (330 µs). La vitesse du convoi est proportionnelle à la fréquence de ces micro-coupures, qui varie de 15 Hz pour les faibles vitesses à 150 Hz pour la vitesse maximale. Il est nécessaire pour cela d'installer à bord de la locomotive un module dont la mission consiste à interpréter la fréquence de pilotage. Le sens de marche du train est simplement dépendant de la polarité de la tension d'alimentation.
L'émetteur
Le schéma de principe de l'émetteur
Le schéma de principe de l'émetteur montre que l'énergie est tirée du secteur 220V par l'intermédiaire d'un transformateur. Le potentiel alternatif délivré au niveau du secondaire est redressé grâce à un pont de diodes. Les capacités C1 et C2 effectuent un filtrage efficace. Le courant de puissance est disponible sur les armatures positives de C1/C2 pour la polarité positive et sur les collecteurs de T1 et de T2 pour la négative.
Le potentiel de commande du dispositif électronique est délivré par un régulateur 7812 sous une valeur de 12V. La capacité C3 réalise un complément de filtrage tandis que C4 effectue le découplage du montage avec l'alimentation.
Le timer IC, un 555, entre en oscillation dès que l'interrupteur du potentiomètre est fermé. Une période se décompose en deux parties:
* la charge lente de C5 à travers P et A: la sortie S présente un état haut dans ce cas,
* la décharge rapide de C5 à travers R1: la sortie S passe à l'état bas pendant une durée très faible de 330 µs. Si l'interrupteur P est ouvert, la sortie S de IC présente un état haut permanent. Selon la position angulaire du curseur de P, la fréquence d'apparition des états bas varie de 15 à 150 Hz.
Les transistors T1 et T2 forment un Darlington de puissance qui réalise un fort gain en courant. Grâce à l'inverseur manuel IV, il est possible de sélectionner la polarité désirée au niveau de l'alimentation des deux files de rails.
Le récepteur embarqué
schéma de principe du récepteur
Grâce à (schéma de principe du récepteur), suivant la polarité du potentiel d'alimentation, le bobinage du relais REL est alimenté ou non. La résistance R5
introduit une chute de potentiel afin de disposer d'environ 12V aux bornes du bobinage.
Lorsque le relais est fermé, la locomotive se dirige dans un sens donné. Elle se dirige dans le sens opposé lorsque le relais est ouvert.
Le pont de diodes intégré présente toujours un potentiel positif sur l'armature positive de C3. Cette dernière effectue le filtrage nécessaire afin d'éliminer les micro-coupures évoquées au paragraphe précédent. Le potentiel ainsi traité alimente l'électronique de commande. En revanche, le pont de diodes D1 à D4 fait apparaître sur les entrées réunies de la porte NOR I les impulsions de commande sous la forme d'états bas très brefs. Il en résulte de brefs états hauts sur la sortie de cette porte. Ces derniers commandent une bascule monostable formée par les portes NOR III et IV. Pour chaque impulsion de commande, on observe un état haut d'une durée de l'ordre de 7 ms sur la sortie de la bascule. Elles attaquent le Darlington formé par T1 et T2. Le moteur de traction est alors alimenté sous un mode impulsionnel entre la polarité positive et le point commun des collecteurs du Darlington, par l'intermédiaire des contacts du relais. La capacité C2 fait office d'antiparasitage.
Le potentiel moyen aux bornes du moteur de traction augmente si la fréquence des impulsions de commande augmente. Mais il existe une limite. En effet, il ne faut pas que la période de ces impulsions devienne inférieure à 7 ms qui est la durée de l'impulsion active délivrée par la bascule. Un réglage est donc à effectuer. Il convient pour cela de placer le curseur de P émetteur dans la position de vitesse maximale. Auparavant, on aura placé le curseur de l'ajustable en résistance maxi (à fond dans le sens horaire). Ensuite, en tournant le curseur de l'ajustable doucement, dans le sens anti-horaire, on constatera l'augmentation de vitesse de la locomotive. Il arrivera un moment où cette vitesse chutera assez rapidement. Il y a lieu alors de revenir légèrement en arrière avec le curseur de l'ajustable, de manière à donner au réglage la stabilité nécessaire.

La réalisation
Tracé du circuit imprimé de l'émetteur 
Implantation des composants de l'émetteur
Tracé du circuit imprimé du récepteur 

Implantation des composants du récepteur

Nomenclature Alimentation Résistances 2 straps R1: 4,7  (jaune, violet, rouge) R2: 100  (marron, noir, marron) R3: 10 k  (marron, noir, orange) A: ajustable 220 k  P: potentiomètre 1 M  linéaire avec interrupteur
Condensateurs
C1, C2: 2200 µF/40V électrolytique (sorties radiales) C3: 470 µF/25V électrolytique (sorties radiales) C4 à C6: 0,1 µF céramique multicouches Semi-conducteurs D: diode-signal 1N4148 Pont de diodes 5A T1: transistor NPN BC108, 109, 2N2222 T2: transistor NPN BD237 Circuits intégrés IC: NE555 (timer) REG: régulateur 12V (7812) Divers Bouton pour potentiomètre 2 borniers soudables 2 plots Support 8 broches Transformateur 220V/12V/15VA IV: inverseur bipolaire 3 positions (broches coudées
Boîtier ESM ALU (100 x 100 x 50) Module embarqué Résistances 3 straps (2 horizontaux, 1 vertical) R1 à R3: 10 k  (marron, noir, orange) R4: 100 k  (marron, noir, jaune) R5: 68  (bleu, gris, noir) Condensateurs C1, C2: 1 µF céramique multicouches C3: 1000 µF/16V électrolytique C4: 1 nF céramique multicouches C5: 0,1 µF céramique multicouches Semi-conducteurs D1 à D4: diodes-signal 1N4148 D5: diode 1N4004 Pont de diodes 1,5A T1: transistor NPN BC108, BC109, 2N2222 T2: transistor NPN BD237 Circuits intégrés IC: CD4001 (4 portes NOR) Divers Support 14 broches Relais 12V/2RT -NATIONAL-

Enregistrer un commentaire

0 Commentaires