Les trains du Tertre

La carte électronique principale du pont comporte toutes les alimentations utiles à son fonctionnement. Il faut cependant relier cette carte à une alimentation externe fournissant l’énergie électrique. Tous les essais ont jusque là été réalisés avec une alimentation double de laboratoire. Il me faut deux fois 23 V environ pour assurer le fonctionnement de mes régulateurs de tension qui donnent ±18V. Les régulateurs en question acceptent une tension d’entrée jusqu’à 35 V mais en montant au delà de 23 V je fais trop chauffer le régulateur positif LM7818 et un radiateur efficace et encombrant deviendrait indispensable. La densité de ma carte m’interdit d’en placer un, aussi j’essaye de trouver une alimentation la plus proche possible de 23 V. Il me faut trouver un transfo avec un secondaire double me donnant deux tensions identiques avec point milieu.

La difficulté pour calculer un transformateur est de bien prendre en compte tous les paramètres. En partant de 23 V à vide (tension continue) sur l’entrée du LM7818 il faut remonter en arrière. La tension est lissée par un condensateur de 1000µF, donc 23V est une tension maximum du courant redressée deux alternances et non pas la tension efficace. Mais il faut compter sur le fait que cette tension va baisser si l’on débite du courant, à cause du lissage qui ne sera plus parfait. Compte tenu de la consommation maximale que j’estime à 200 mA pour les cartes de commande du pont, je table sur environ 100Ω comme résistance équivalente des cartes (partie positive) et donc une constante de temps de 1000.10-6*100 = 0,1 s. C’est raisonnable comparé à la fréquence de 100 Hz de la tension redressée.

Il faut aussi prendre en compte la résistance interne du transformateur. Il est assez facile de déterminer le diamètre du fil que l’on utilise pour le secondaire. Il suffit d’estimer la résistance du fil pour le diamètre considéré à partir d’une estimation de la longueur de cuivre pour le nombre de spires prévues. On a alors la résistance interne du transfo du côté secondaire ce qui permet de déterminer la chute de tension maximale que l’on aura aux bornes du secondaire lorsque le courant maximum sera tiré. Dans mon cas 200 mA est un grand maximum et avec du fil de 0,7 mm la résistance totale de mon secondaire est d’environ 1Ω ce qui occasionne une chute de tension d’au maximum 0,2V.

Les 0,7 V de chute de tension dans les diodes du pont redresseur donnent 23,7 V avant redressement pour la tension maximum alternative. On en déduit la tension efficace du transfo : Ueff = 23,7/√2 = 16,76 V. Tous ces calculs sont assez approximatifs. Des essais et mesures directes sont réalisées avec un pont redresseur, un condensateur de 1000µF et une résistance de 100Ω en charge. Ils me montrent que 16V au niveau du transfo c’est insuffisant et 18 V ça chauffe trop au niveau du régulateur ! Conclusion : je ne trouve pas de transformateur idéal de 17V dans le commerce qui correspondent exactement à ma demande.

Fabrication d’un transformateur

Ce n’est pas la première fois que je fabrique un transformateur ad hoc à partir de transformateurs de récupération. Là aussi je dispose de réserves de vieux transformateurs de tout type. Le principe de base est d’en choisir un dont le primaire peut être branché sur le 220 V et de refaire l’enroulement secondaire pour avoir la tension voulue. Plusieurs opérations sont à effectuer :

— mesurer les tensions sur le secondaire du transformateur que l’on veut modifier ;

— démonter les tôles du transformateur pour accéder aux enroulements ;

— dérouler le fil du secondaire en comptant les spires ;

— enrouler un nouveau secondaire en comptant les spires.

Le nombre de spires est donné par une simple règle de proportionnalité avec les tensions. La mesure avant démontage permet de connaitre combien de volts représente une spire. Cette technique est précise. Tester la tension en cours de bobinage pour vérifier où l’on en est est difficile car il faut impérativement remettre le noyau métallique en place avant de brancher sur le secteur sous peine de griller le primaire ou faire disjoncter !

Comme les images vont le montrer la théorie n’est pas tout et une certaine habitude de ce type de travail est nécessaire. En particulier quelle taille de transfo choisir au départ. ? Toutefois le problème de l’achat d’un transformateur n’est pas beaucoup plus simple. Les tensions indiquées par les vendeurs ou fabricants sont les tensions correspondant au débit de courant maximum annoncé (C’est en général la puissance du transformateur qui est donné, mais le courant s’en déduit). La tension du transformateur à vide est en réalité plus grande afin de tenir compte de la baisse lorsque l’on tire dessus. Sur-dimensionner le transformateur n’était pas une bonne solution dans mon cas, car comme je l’ai expliqué j’aurais fait trop chauffer le régulateur.

Je porte mon dévolu sur un transformateur qui me semble pouvoir convenir et je démonte ses tôles.

Les bobines sont en deux parties bien séparées ce qui est plus sécurisant en séparant totalement le secondaire du primaire relié au secteur.

Après avoir totalement débobiné le secondaire, je remet un fil de 0,7 mm de diamètre généreusement dimensionné afin de limiter la chute de tension au niveau du transformateur.

J’ai la chance d’avoir ce fil dans mes réserves. On peut en acheter mais comme j’avais cette bobine de fil neuf donnée par un amis…

Le secondaire est terminé. À côté un papier avec des calculs déterminant le voltage pour une spire. Je mets un bâton à chaque couche réalisée à spire jointive. Mais je n’ai pas eu la place de faire un secondaire donnant plus de 2 x 15V. Je remonte cependant mon transformateur.

Je remets en place les tôles.

Les tôle sont croisées : la tôle en E est enfilé tantôt à droite tantôt à gauche de la bobine.

Et voilà le transformateur terminé avec ses deux sorties 15 V et le point milieu.

Des cosses sont remises en place et un cordon d’alimentation 220 V est soudé pour essais. Comme prévisible j’avais besoin de plus de 15 V et ce transformateur ne pourra pas convenir ! Impossible d’augmenter la tension à moins d’utiliser un fil plus fin ce qui augmenterait la chute de tension. En effet la bobine est pleine à craquer. Si le fil dépasse de la bobine, on ne peut plus glisser les tôles. Déjà pour obtenir le nombre de spires donnant 15 V il m’a fallu faire un enroulement parfaitement régulier à spires jointives. Le transfo va retourner dans mes rangements pour un usage futur inconnu !

Seule solution, repartir sur une nouvelle base. Cette fois je jette mon dévolu sur le vieux transformateur Hornby qui me servait à alimenter mes premières locomotives. La photo le montre avant modification. C’est la version 2 du transformateur/contrôleur Hornby dont la puissance est supérieure à celle de la version 1 et qui présente l’avantage d’une armature en O et non pas en E qui laisse donc une grande place libre pour une bobine secondaire bien remplie.

De plus le secondaire est en fil de 0,7 mm de sorte que je peux la réutiliser sans la dérouler. Il y a aussi plusieurs sorties de tensions qui permettaient d’avoir plusieurs vitesses de trains. Cela va me servir.

À vide le transformateur Hornby donne des tensions efficaces de 7,8V, 11,7V, 15,1V et 19V. Aucune de ces tensions ne convient exactement pour mon premier secondaire. J’estime grossièrement par mesure de l’épaisseur de spires le nombre de spires par volt pour effectuer mon enroulement. Je bobine par dessus le secondaire environ six couches de fil de 0,7 mm pour obtenir une seconde moitié de bobinage. J’obtiens avec ce bobinage une tension efficace de 18,5 V (trop forte). En connectant ensemble cette bobine et celle du 15,1 V, j’obtient une tension moyenne efficace de (18,5 +15,1)/2 = 16,8 V ce qui est exactement mon besoin.

Il est à noter que même si le point intermédiaire du transformateur n’est pas exactement au milieu, la tension continue résultant après redressement et filtrage par les deux condensateurs de 1000µF est exactement la même puisque chaque alimentation (positive comme négative) utilise les deux bobinages en alternance. Avant filtrage bien sûr les maximums ne sont pas égaux d’une alternance à la suivante mais en moyenne on retrouve évidemment la même tension pour les deux alimentations.

Le transformateur Hornby est démonté.

La bobine du secondaire a reçu une nouvelle couche donnant 18,5 V.

Les tôles sont remises en place pour mesurer les tensions.

Le transformateur est remonté. J’ai fixé de manière plus sérieuse l’arrivée du 220V sur le primaire. Une petite barrette en Bakélite me permet aussi de fixer les sorties du secondaires. Seules les trois sorties à gauche m’intéressent. Elles me donnent les tensions 18,5V et 15,1 V par rapport au fil jaune qui est mon pseudo point milieu. Comme le transformateur n’est pas utilisé aux maximum de sa puissance, les 3 autres points à droite sont disponibles pour d’autres usages éventuels de faible consommation.

Ce transformateur a été testé avec succès sur le pont. Il prendra place dans le gros boîtier des alimentations déjà mentionné.

Le schéma général des alimentations. Sur le côté gauche Alternatif1, Masse moteur et Alternatif2 sont à relier aux trois sorties du transformateur. Le montage particulier avec un seul pont de 4 diodes pour obtenir les deux tensions positives et négatives abouti à une tension identique en valeur absolue sur les deux branches, même si Masse moteur est un peu décentré. Ce schéma présente aussi les alimentations en cascade de ±12V pour relais et TL072 et celle de 5V pour les circuits intégrés.

Seconde fabrication