Nos moteurs et les dispositifs inverseurs

Les marques ho (et autres échelles) les plus anciennes avaient toutes un moteur UNIVERSEL donc compatible en courant alternatif et continu. Le Rotor (ou Induit) est en série avec le bobinage du Stator (ou Inducteur), et parcourus par le même courant.
L'inversion de sens de marche se fait donc en inversant le sens du courant dans l'un OU l'autre (inversion du flux magnétique). Un inverseur de marche mécanique ou un relais est nécessaire pour permuter 2 fils, du stator habituellement.
Une solution pour ne gérer qu'un fil à permuter consiste à bobiner au stator deux fois plus de spires avec point milieu à la masse. L'inverseur connecte la sortie du rotor (charbon 1) à l'une ou l'autre demi bobine de stator. L'autre coté du rotor (charbon 2) est raccordé au rail central.

Le relais Marklin actionné par surtension, permute donc un seul contact (roue à rochet et axe porte contacts tournant à 4 positions, AV, neutre, AR, neutre). En voici 2 versions HS800 en haut, 1970 en bas :


Pour exploiter ludiquement, Marklin a ajouté une fonction entre deux positions d'inversion : dételage automatique marche+dételage (sur 150 notamment) à la place de neutre=arrêt.
Cette surtension de commande, brève (>20v) , est injectée dans la sortie Traction du transformateur (traction à 0 recommandée, si pas à 0= sursaut de la machine).

Jep a dû breveter un autre principe pour commander son relais inverseur. Sur le circuit traction (forte intensité, tension variable) est superposée une tension nettement plus élevée, limitée en intensité au nécessaire pour faire coller le relais sans faire tourner le moteur (résistance électrique). Le transformateur délivre en permanence la tension d'inverseur même si le courant traction est nul. Le bouton d'inversion sur le transfo coupe le courant d'inverseur, relâcher le bouton rétablit l'inverseur qui permute. La reprise traction change de sens de marche.



Inconvénients de ces relais :
- chez Marklin, il faut correctement régler le ressort de rappel de la pièce mobile (pas assez tendu = inversion à grande vitesse, trop tendu = pas assez d'effort de l'inverseur.
La double impulsion impose l'arrêt moteur avant l'action de l'inverseur à la seconde impulsion.
- chez Jep : une coupure par un signal, ou simple faux contact arrête le moteur ET l'inverseur tombe au repos. A la reprise, l'inverseur colle, la machine repart à contre sens ! Un bloc system ne doit pas couper le courant d'inverseur.

Antal n'a pas de bobine à point milieu, donc son relais doit inverser 2fils du stator (Brevet encore différent).

En Zéro, Hornby a attendu les moteurs continus pour abandonner l'inverseur mécanique de ses locos (donc pas de brevet à payer).

Je ne connais pas les autres matériels, bien des marques ont débuté en moteurs continu.

Les aimants permanents à flux magnétique élevé ont permis de faire des moteurs à stator à flux magnétique constant, et rotor alimenté en continu dans un sens ou l'autre selon la polarité de voie. Le couple de démarrage est plus élevé, et l'inversion se fait au transfo (ou dans des relais de pilotage de circuits).

ALIMENTER LES MOTEURS CONTINU EN ALTERNATIF PEUT PROVOQUER SURCHAUFFE ET DESTRUCTION

A de prochains sujets.

Voir le sujet traité dans (FEX)-Miniatrains "Re: Le curieux système d'inversion Miniatrain" expliqué par LG_trois_rails avec schéma.
TAB a aussi appliqué ce montage Moteur universel + inversion par cellule sur certaines locomotives.

Bonjour,

Je pense qu'il est important de sortir un peu de l'échelle 00/HO pour traiter ce sujet en commencant en 1927 - date à laquelle l'association des électriciens allemands a interdit la haute tension (courant secteur) pour l'alimentation de nos petits trains, imposant de fait le 20V.

Je vais donc parler en m'appuyant sur le 0 - principalement chez Märklin, mais aussi un peu chez la concurrence.

Chez Märklin (et ce jusqu'en 1956), le système d'inversion se trouve indiqué dans la référence.

Commencons par le 0 (et le I)
Pas de système d'inversion (ou système digital - comprendre avec le doigt de l'opérateur) : pas de préfixe.
Système d'inversion à coupure du courant : préfixe 64/ 65/ ou 66/ (selon la technologie utilisée)
Système d'inversion à inversion de polarité : préfixe 70/

Pour les systèmes d'inversion à coupure de courant (64/ 65/ et 66/), le génie de Märklin a été d'utiliser le stator du moteur comme pièce mobile de commande de l'inversion. Lorsque le moteur est mis sous tension, un bout du stator se rapproche du moteur, ce qui vient déplacer une plaque selon un système assez semblable à celui des inverseurs Märklin HO d'après 65. À noter que l'inversion se fait en croisant deux fils, le stator étant du type bobiné simple bobinage.

Il y a dans la cabine une tirette pour verrouiller le sens (en bloquant la pièce mobile du stator), et ainsi pour éviter que la locomotive ne reparte en sens inverse après un arrêt - si ce n'est pas
ce que l'utilisateur souhaite.

À partir de 1935, Märklin a commercialisé des locomotives équipées d'un système en courant continu. Là, l'inversion se faisait avec une cellule redreusseuse avec un stator double bobinage.

Le transformateur était livré avec un appareil comportant une cellule redresseuse et un interrupteur pour choisir la polarité.

La commercialisation a cessé en 1938, pour des soucis de fiabilité, les cellules ne supportant que relativement mal les court-circuits (avec une odeur somme toute âcre, sinon amère !).

Il y a quelques exceptions, en particulier les trains prévus pour fonctionner en 4V, qui étaient en courant continu et avec un moteur à aimant permanent.

Chez les concurrents, en 0 :
Hornby (UK en tout cas) avait un système d'inversion à coupure de courant similaire (je n'en ai pas encore démonté)
Bass Volt - Jep avait l'inverseur présenté par mfjm. Par contre, pas besoin d'un courant de "forte tension, faible intensité". Ceci n'existe tout simplement pas (l'intensité est fonction linéaire de la tension fois un coefficient lié à la charge connectée). Cet inverseur fonctionne comme indiqué, en cas de coupure de courant, il lâche et entraîne un changement de sens. En 0, il y a un interrupteur pour arrêter de l'alimenter, ce qui désactive la fonction changement de sens.

Passons au HO :
Märklin série 700
Fonctionnement en courant continu, comme les inverseurs 70/ du 0. Arrêt pour les mêmes raisons en 1938

Märklin série 790
Fonctionnement par interrupteur sur le toit pour changer le sens

Märklin série 800 :
Inverseur "perfekt" à 4 coups. L'utilité des 4 coups n'est pas pour "être ludique" mais pour éviter que la locomotive ne fasse un aller-retour violent lors d'un changement de sens, vu q'il n'y a pas de coupure de courant sur ces inverseurs. À noter que sur les inverseurs ultérieurs, qu'ils soient à rochet ou à palette, un ingénieux système d'interrupteur coupe le courant lorsque l'inverseur est "collé", du coup plus besoin des positions intermédiaires et le système fonctionne sur deux coups.

Concurrents :
Jep: Alternatif avec inverseur pré-cité, mais j'en ai vu avec un autre réglage, qui fait que l'inverseur ne réagit (en théorie) que aux sur-tensions type Märklin > fonctionnement similaire au Märklin deux coups.
Jep: Continu avec l'adoption en HO du moteur à aimant permanent AP5.

Matériel francais: souvent continu par cellule redresseuse ou par aimant permanent.

Matériel suisse: alternatif avec inverseur.

J'espère avoir apporté ma pierre à l'édifice. En cas de questions, n'hésitez pas.

Louis

N'ayant plus de transformateur JEP alternatif, je ne puis donner une valeur MESUREE, mais j'en ai réparé un.
Comparé au courant Traction, quand je désigne par haute tension/faible courant superposé au circuit de traction, il ne s'agit pas de plus de 25 ou 30V, limité à quelques dizaines de mA par une résistance interne à ce circuit de commande du relais (les ampoules restent éteintes à l'arrêt des locos).
C'est un bobinage additionnel du transformateur qui fournit cette tension de maintien collé constante, ou nulle si on presse le bouton d'inversion.

Il est hors de question de comparer à 110v et bien au delà !

Dans ce cas, c'est un circuit de maintient - mais pas en haute tension (même si j'avais bien saisi que c'est moins que 110V).

Il est impossible de maintenir aux bornes d'une ampoule avec un circuit qui ne fait que quelques mA : en assimilant une ampoule à une résistance, si il y a quelques mA de disponibles, cela ne fait que quelques dizaines de mV dans le circuit, pas 20 ou 30V.

En revanche, si il n'y a pas de consommateur dans le circuit (donc pas de locomotive sur les rails) la tension monte à 20 - 30V.

Louis

J'ajoute qu'il s'agît du brevet de la Société Industrielle de Ferblanterie (autre nom de JeP), disponible sur ce lien : http://mtr.train.free.fr/doc/SIF%20DEB10%20FR988915A.pdf

Quelques infos supplémentaires ici : http://mtr.train.free.fr/premiere%20partie-brevets%20JEP.htm

L.

Je cite :
"Il est impossible de maintenir aux bornes d'une ampoule avec un circuit qui ne fait que quelques mA : en assimilant une ampoule à une résistance, si il y a quelques mA de disponibles, cela ne fait que quelques dizaines de mV dans le circuit, pas 20 ou 30V"

1/ J'ai écrit quelques dizaines de mA et non quelques unités.
2/ Votre propos n'est vrai que si l'ampoule est seule consommatrice.
3/ Or le relais et des ampoules de train et le moteur sont en parallèle dans le circuit.
4/ Courant traction coupé, ils sont toujours là, consommateurs potentiels face à la tension de maintien de l'inverseur.
5/ Cette tension de 25 à 30V = valeur fixée par le nombre de spires du bobinage dédié et traversant la résistance en série du circuit dans le transformateur avant injection dans la voie (cette résistance protège aussi ce bobinage des court-circuits éventuels). Le moteur est incapable de tourner car le faible courant qui le traverse ne peut vaincre les frottements de sa cinématique. L'ampoule non allumée a une résistance bien plus élevée qu'après allumage, il reste donc assez de puissance au bobinage du relais pour rester collé !

Bonjour Monsieur mfjm,

1) Un facteur 10 : mea culpa. Il faut donc lire quelques centaines de mV dans mon message précédent.
2+3+4) Je n'ai que rarement vu des appareils branchés en parallèle qui permettent d'augmenter la tension en diminuant le courant par rapport à un seul des appareils ;
5) Ok pour la valeur fixe de 25V à 30V en sortie du bobinage du transfo. Mais qu'en est-il de la chute de tension à travers la résistance ? Du coup, la tension dans la voie est sensiblement plus basse si il y a une locomotive sur la voie (en l'absence de locomotive, l'intensité dans la résistance étant nulle, la tension à ses bornes est nulle et la tension dans la voie est précisément ces 25 à 30V). C'est simplement une conséquence de la loi d'Ohm pour faire les ponts de résistances ;

Je persiste et signe : il est impossible d'avoir aux bornes du même consommateur (une locomotive que je considère dans son ensemble et qui a comme tout appareil une fonction de transfert) à la fois un courant faible et une tension élevée (cas arrêté) et un courant élevé et une tension faible (cas roulant). Même en passant dans le corps des complexes pour prendre en compte l'influence du courant alternatif, cela ne marche pas.

Par ailleurs, pour une ampoule, la résistance de l'ampoule tungstène (ou avec tout filament métallique) est plus basse à froid qu'à chaud, à l'inverse des ampoules à filament carbone - ce qui explique pourquoi les ampoules tungstène claquent à l'allumage et s'allument rapidement par rapport aux ampoules carbone.

Bon, pour moi c'est la fin de la discussion, parce qu'il est inutile de s'écharper sur des sujets que la physique ne corrigera pas, et parce que ce système est quand même très marginal (rien à voir avec les différents systèmes continus ou alternatifs en termes de diffusion). Je vous invite à relire attentivement le brevet de la SIF sur le sujet, la page 3 en est assez explicite.

Je pense que l'erreur que vous faites vient de la deuxième moitié du point 5 / la mesure dans la voie doit se faire avec une locomotive dans le circuit. Avec le transfo seul, on a effectivement l'impression qu'il y a une tension élevée en permanence à l'arrêt.

Louis