Généralités I-Présentation mécanique - Disposition II-Synoptique III-Circuit de puissance a) Filtre b) Circuit primaire c) Circuit d'extinction d) Circuit de démagnétisation e)Circuits secondaires f) Schéma du circuit de puissance IV-Circuits de commande et de régulation 1 - Commande du hacheur a) L'oscillateur b) Bascule de mise en forme c) Amplificateur de sortie 2 - Régulation du courant inducteur 3 - Régulation de charge de batteries V-Circuits auxiliaires 1-Circuits de mesure 2-Alimentation de l'électronique 3-Circuits de protection a) Baisse de tension d'alimentation b) Surcharges c) Tension caténaire VI-Liaison avec les circuits machine Annexe I : Etude de l'extinction Annexe II : Circuit de démagnétisation Annexe III : Fiche redresseurs (pdf) Annexe IV : Alimentation stabilisée

Circuits auxiliaires

La présence de comparateurs dans les chaînes de régulation nécessite que l'on puisse mesurer la valeur du paramètre en sortie de régulation.
Il y a cinq grandeurs à mesurer:

Toutes ces valeurs sont mesurées par l'intermédiaire de convertisseurs dont le rôle est d'isoler les points à mesurer, des chaînes de régulation. Les quatre premières mesures sont isolées à 2,5 kV, et la dernière à 10 kV. Le principe de ces mesures est le suivant: on découpe l'information à mesurer (qui se traduit toujours par une tension) à la cadence de 10 kHz, puis on applique cette information découpée à un transformateur d'isolement, et la tension secondaire obtenue est redressée et filtrée. Pour les quatre mesures de batteries, l'osci1lateur de découpage est commun, et pour la mesure de tension ligne, on utilise un oscillateur séparé dont le transformateur de sortie est isolé à 10 kV.

Principe du découpeur (chopper) de mesure

Chaque secondaire attaque deux transistors montés en push-pull sur un transformateur et alimentés par la tension à mesurer. Chaque transistor est conducteur tour à tour fermant ainsi chaque demi primaire sur la tension à mesurer, et en opposition de phase. (voir fig. 20) le montage pratique est donné par la fig. 21.

Chaque tension secondaire est redressée par un montage à double alternance puis filtrée par deux cellules en L à résistance / condensateur avant d'être envoyée sur le comparateur intéressé.

La seule source d'énergie disponible sur la locomotive, et facilement utilisable est la batterie de l'engin. Les circuits électroniques nécessitent trois sources d'alimentation de valeurs différentes : - 20, + 20 V et + 40 V.

Pour obtenir ces trois tensions à partir d'une seule, la méthode employée consiste à convertir cette tension continue en tension hachée, puis à l'appliquer à un transformateur à trois secondaires, redresser, filtrer et réguler. La tension + 40 n'est pas régulée.

Les circuits d'alimentation se composent d'un convertisseur fournissant trois tensions indépendantes, de trois cellules de redressement-filtrage, et enfin de deux chaînes de régulation basse tension à transistors.

Le convertisseur est constitué par un oscillateur à transistor unijonction, suivi d'un thyristor hacheur. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant (fig. 22).

Le condensateur C4 est chargé à courant constant par le transistor T1, jusqu'à la tension de pic de l'UJT. Lorsque cette tension est atteinte, l'UJT décharge brutalement C4, produisant sur sa base 1 une impulsion positive, puis le cycle de charge recommence. Le courant de charge est déterminé par la tension de base du transistor T1. Une fraction de la tension de batterie est prélevée par le potentiomètre P1, et appliquée par la diode D1 sur la base de T1. Lorsque la tension batterie est faible, la tension appliquée sur la base de T1 est faible aussi, et amène T1 à produire un courant assez important. La capacité C4 se charge alors rapidement, et la fréquence de fonctionnement est élevée. Si au contraire la tension de batterie est élevée, la tension appliquée sur la base de T1 est aussi élevée, c'est-à-dire que le transistor T1 fournit un courant moins important que précédemment. C4 se charge donc moins vite, et la fréquence engendrée est plus faible. Les impulsions issues de la base 1 de l'UJT sont appliquées sur l'électrode de déclenchement d'un thyristor. L'extinction de ce thyristor est assurée classiquement par un ensemble LC, donnant un temps de conduction déterminé et constant.

Plus la fréquence des impulsions de déclenchement de ce thyristor est élevée, plus la quantité d'électricité transmise au primaire est élevée. Il en résulte, qu'après redressement des tensions secondaires, celles-ci sont d'autant plus élevées que la fréquence est élevée. Nous avons vu que la fréquence est faible lorsque la tension batterie est forte, et élevée lorsque la tension batterie est faible. Il résulte de tout cela, que le montage est auto-régulateur, c'est-à-dire que les tensions de sorties sont à peu près constantes, quelque soit la tension batterie (dans la gamme 45 à 90V). La régulation atteint 3% de la tension de sortie.

Le transformateur comporte un cinquième enroulement, connecté entre le plus et le moins batterie par une diode D2. Cette diode permet de décharger le circuit magnétique du transformateur, pendant que le thyristor est bloqué, car ce transformateur travaille en impulsions unidirectionnelles. L'énergie magnétisante est donc récupérée et renvoyée à la batterie.

Les tensions secondaires sont redressées puis filtrées par des ensembles diodes-selfs-capacités. Deux secondaires fournissent 25 volts, et un secondaire donne 65 V. Les deux tensions de 25 V sont appliquées à deux unités de régulation à transistor série, dont le principe et le schéma sont donnés en annexeIV. On remarque que le pôle négatif du 65 V est connecté au pôle - du 25 V. Le + 25 volts traverse le transistor de régulation, et devient le zéro de l'électronique, donc, le pôle - du 25 V devient le moins 20 V de l'électronique. Il en résulte que le pôle + du 65 V se trouve alors à + 65 - 25 soit + 40 volts par rapport au zéro de l'électronique. A la sortie de ce montage d'alimentation, on trouve donc les tensions suivantes par rapport au zéro de l'électronique :

Le rôle des circuits de protection est de supprimer les impulsions d'amorçage des thyristors, dès qu'une anomalie est détectée. Les anomalies à détecter sont les suivantes :

De plus, lorsque la tension caténaire sort de la fourchette 900 V - 1800 V, les dents de scie sont supprimées. Si la tension revient dans les limites admissibles, les dents de scie sont générées à fréquence progressivement croissante, de 0 à 160 Hz ou 200 Hz, suivant la charge.

Les protections contre les surcharges nécessitent l'intervention du mécanicien pour la remise en service, car lorsque cette protection joue, un disjoncteur thermique déclenche, pour signaler le défaut. Un bouton de réarmement sur le bloc permet de réamorcer le dispositif.

Ce dispositif est nécessaire car une baisse de la tension d'alimentation indique un fonctionnement défectueux d'une des parties du bloc (alimentation, convertisseur, court-circuit ou consommation exagérée etc..).
Ce système se compose (fig. 23) principalement d'un Trigger de Schmitt formé par T1 - T2 dont le basculement est commandé par trois tensions Ces trois tensions issues de diviseurs sont appliquées par 1'intermédiaire d'un circuit ET à la base de T1.

Considérons la figure 23b. En fonctionnement normal, la tension de cathode ec de la diode est de environ 1 V. Un courant circule dans la résistance de 47 k, la base de T1, et enfin la diode D1. T1 conduit donc. Etant un des éléments d'une bascule, ce transistor sera fortement saturé. La tension de la base sera donc de Vbe + VD1 = 1,3 V. L'anode de la diode D2 est aussi à ea = 1,3 V ce qui fait que cette diode est polarisée en direct à 0,3 V, tension insuffisante pour assurer sa conduction. Par contre, si la tension + U descend, la différence entre ec et ea augmente, jusqu'à ce qu'elle atteigne 0,7 V (ec = 0,6 V). A ce moment, la diode D2 commence à conduire, et dérive une partie du courant de R1.

Si la différence dépasse légèrement 0,7 V, la diode dérive suffisamment de courant pour que l'ensemble T1 - T2 bascule. Du fait de l'hystérésis de la bascule, celle-ci ne reprendra sa position que si la tension + U dépasse la valeur pour laquelle elle avait déclenché.

Sur le montage, il y a trois systèmes (diviseur - diode). Il suffit alors que l'une ou l'autre des tensions tombe en dessous de la valeur prescrite, pour déclencher le Trigger. Pour obtenir à la sortie, une information “bon fonctionnement", il faut que U1 ET U2 ET U3 soient corrects (d'où le nom de circuit ET donné précédemment). Lorsque T1 est saturé, T2 est bloqué. Il en est de même de T3 et de T4. La tension sur la borne "pro" sera donc nulle (ou du potentiel 0), par l'intermédiaire de R18 (T4 est bloqué). Par R19, un courant circule alors dans T5, monté en collecteur commun, et un fort courant le traverse, provoquant l'excitation du relais R.(Fig.23) Le dispositif de détection de baisse de tension est alimenté à tension constante par les 3 tensions - 20 + 20 + 40, par l'intermédiaire des 3 résistances R1, R2 et R3 et la diode Zener Z1.

Lorsqu'une baisse est constatée sur l'une des 3 tensions, T1 se bloque, et T2, T3, T4 se saturent, amenant la borne "Pro" au potentiel -20V.

Cette fonction est assurée par un ensemble transistor-thyristor représenté fig.24. Trois valeurs d'intensité sont surveillées par trois circuits identiques constitués d'un amplificateur à seuil de saturation ajustable, et d'un thyristor.

Une surcharge détectée sur le circuit inducteur a pour effet la suppression des impulsions d'amorçage des thyristors régulateur inducteur. Une surcharge détectée sur le circuit d'une des batteries entraîne la suppression des impulsions sur les thyristors régulateur du courant de charge de la batterie en question.
De plus, un quatrième circuit identique aux trois premiers, permet la suppression des dents de scie commandant l'ensemble. La remise en service ne s'effectue qu'après une intervention du mécanicien.

Considérons le schéma fig.25. Le potentiomètre P1 détermine une tension de polarisation, qui maintient le transistor T1 au blocage. La valeur à mesurer apparaît au point E sous forme d'une tension continue, positive. En fonctionnement normal, la valeur de la polarisation est telle que la valeur maximum de E entraîne une tension, au point de jonction de R1 et R2, de quelques + 0,3 V. Le transistor est toujours bloqué. Si la tension en E dépasse la limite fixée, la tension sur la base de T1 dépasse 0,3 V. Lorsqu'elle atteint 0,6 V T1 rentre en conduction. Plus E sera au dessus de la limite, et plus le courant de base de T1 sera fort. T1 amplifie ce courant. Une partie du courant collecteur de T1 traverse la base de T2 et l'amène rapidement à saturation. Lorsque T2 se sature, un courant circule dans son collecteur, dans R5, R6 et le transistor T3, qui est maintenu à saturation par T4 qui est bloqué en permanence. Ce courant traverse aussi la jonction de commande de Th1, qui s'amorce. Le point S est alors porté à un potentiel voisin de - 20 V. La tension en E peut alors disparaître, le thyristor Th1 restera enclenché. Pour le désamorcer, on amène à saturation T4 pendant un court instant, ce qui provoque le blocage de T3. et l'interruption du courant traversant Th1. Celui-ci se désamorce. Les 3 systèmes sont identiques et commandent chacun un thyristor (fig. 24). T3 et T4 sont communs.

De plus, ces 4 sorties sont reliées à une porte OU constituée des PR4 et PR5 qui commande un relais, dont le rôle est de faire déclencher un mini-disjoncteur.

Le réamorçage est provoqué par les transistors T3, T4. Nous avons vu plus haut, qu'il fallait rendre T4 saturé pendant un court instant, c'est-à-dire appliquer sur sa base, une impulsion positive par rapport au moins 20 V. Cette impulsion est engendrée par un circuit monostable T11 - T12.
Au repos, l'interrupteur S1 est fermé et C12 est chargé à un potentiel positif. Le transistor T12 est maintenu saturé par sa résistance de base. Lorsque l'on ouvre S1, le condensateur se charge en négatif par R40, et amène le transistor T12 au blocage pendant un court instant, ce qui amorce le cycle du monostable qui commence par la saturation de T11. Un niveau de tension nulle apparaît sur son collecteur. A la fin du cycle, lorsque C10 est à nouveau chargé négativement T12 se sature et T11 se bloque. L'impulsion de désamorçage est terminée. Il est à remarquer que le cycle est amorcé dès que le bouton S1 a décolle. On peut alors le relâcher n'importe quand, avant ou après la fin du cycle.

Nous avons vu que les excursions hors limites de la tension caténaire entraîne le blocage du générateur de dent de scie. Cette fonction est réalisée par deux trigger de Schmitt montés en comparateurs ( fig. 26).

Le premier, constitué par T3 et T4 bascule et amène T3 à saturation lorsque la tension appliquée à la base de T3 dépasse une certaine valeur, fixée par la diode Zener Z2. La tension de base dépend de la tension caténaire, par le potentiomètre P1. Donc, quand la tension caténaire dépasse une certaine valeur, T3 se sature et T4 se bloque.

Le second, constitué par T1 et T2 est en position basculé en permanence, c'est-à-dire que le transistor T1 est saturé en permanence, lorsque il y a de la tension caténaire. Si cette tension descend en dessous d'une valeur fixée par Z2, la bascule déclenche, c'est-à-dire que T1 se bloque et T2 se sature. Donc, quand la tension caténaire descend en dessous d'une certaine valeur, T4 se sature, et T3 de bloque.

Si T5 conduit, la capacité C1 se charge à + 20 V, et un + 15 V apparaît sur l'anode de D6. Ce + 15 V bloque énergiquement T2 (fig.16) et l'oscillation de T3 (fig.16) cesse.

Lorsque les deux transistors T1 et T4 sont à nouveau bloqués, T5 se bloque aussi et C1 se décharge lentement par la jonction base-émetteur de T6, R18 et R19. La tension d'anode de D6 décroit donc exponentiellement vers 0, et T2 (fig.16) commence à conduire progressivement permettant une augmentation progressive de la fréquence de l'osci1lateur.

On remarque qu'une information en - 20 V, envoyé par le circuit de protection contre les surcharges est appliqué également sur la base du second trigger. Si cette information apparaît (déclenchement par surcharge) le transistor T1 se bloque quelque soit la valeur de la tension caténaire, entraînant de ce fait, la disparition des dents de scie.

Liaisons avec les circuits machine

Sommaire / description - puissance

Partie 3 originale 1969 en pdf