Brevet FR2290082A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne un dispositif régula @eu@@électrique applicable au fonctionnement de moteurs électriques à courant continu, pouvant assurer notamment le contrôle de la vitesss de rotation, la compensation de charge, le démarrage et l'arrêt progressifs desdits moteurs, ainsi que la limitation et la disjonction de leur courant d'alimentation. Le dispo s@tif selon l'invention trouve une application plus particulière dans la commande de trains électriques miniatures. Dans ce dernier domaine en effet, on connaît des dis positifs électroniques destinés à la commande de ralentissement,d'accélération et d'arrêt, ainsi que des circuits en haute ou moyenne fréquence pour la détection sur les cantons de voie, mais ces dispositifs demandent une installation soignée des réseaux et leur efficacité est souvent affectée par les mauvais isolements, l'humidité et les couplages capacitifs qui nécessitent des blindages. Le dispositif selon l'invention s'affranchit des incon- vénients ci-dessus et permet , de façon simple, d'obtenir un fonc tionnement souple de moteurs à courant continu et, dans le domaine des trains miniatures, un fonctionnement très sûr et parfaite- ment réaliste. Le dispositif selon l'invention branché entre une aliméntation convenable en courant continu et les bornes d'un moteur, soit la voie dans le cas de trains miniatures, est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit @allest dont la sortie constitue la première borne de sortie du dispositif, l'autre borne de sortie étant constituée par la ligne générale de masse,et dont l'entrée de commande est reliée d'une part à la sortie d'un circuit de sélection de vitesse fournissant une tension continue filtrée de valeur réglable et, d'autre part, à la sortie d'un circuit de compensation de charge fournissant une tension redressée variable, dont l'entrée est branchée aux bornes d'une résistance elle-même en série dans le circuit d'alimentation dudit ballant. Suivant d'autres caraotéristiques : - le circuit ballast est constitué par un premier transistor dont l'entrée de commande est la base, l'émetteur constituant la sortie et le collecteur étant relié à son alimenta- -tion par l'intermédiaire de la résistance d'entrée du circuit de compensation de charge ;; - le circuit de réglage est constitué par un pont diviseur de tension relié à la base d'un deuxième transistor par l'inter- médiaire d'une cellule résistance-capacité, l'émetteur dudit transistor étant relié à la base du transistor-ballast - le circuit de compensation de charge est constitué par un troisième transistor dont le circuit base-émetteur est branché aux bornes de la résistance en série dans le circuit émetteur-collecteur du transistor-ballast Le dispositif peut en outre comporter un circuit limi- teur-disjoncteur de courant de sortie, constitué par un quatrième transistor dont l'émetteur est relié a' la première borne de- sur tie du dispositif, dont le collecteur est relie à la base du transistor-ballast et dont la base est reliée à la base dudit transistor ballast par 12 intermédiaire d'un diviseur de tension,. Dans le cas de l'application du dispositif selon l'invention à la commande d'un réseau des train miniature, le disp-ositif comprend en outre, par tronçon de voie ou cantons successifs, un circuit dlalimentation de canton constitué par un cin- quiète transistor dont le circuit base-émetteur est branché aux bornes de ladite résistance-du circuit émetteur-collecteur du transistor-.ballast et dont le collecteur comporte, en série, un relais d'alimentation ou de coupure sur le canton suivant immé-diatement le canton sur lequel se déplace une locomotive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux deAa description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif selon l'invention et la figure 2 représente un schéma d'une forme possible de réalisation dudit dispositif, applicable à la commande d'un réseau de train miniature. En se référant à la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend une alimentation générale 1 fournissant @ du courant redressé à tension convenable et un circuit-ballast 2 dont la sortie 3 constitue une borne du dispositif, l'autre borne (non représentée) correspondant à la ligne générale de masse. Un circuit de sélection de vitesse 4 est disposé entre l'alimentation 1 et l'entrée de commande 5 du ballast, à laquelle est également reliée la sortie d'un circuit de compensation de charge 6, ainsi que la sortie d'un limiteur-disjoncteur 7 dont l'en- trée prélève une fraction de la tension de sortie du ballast 2. Dans le cas de la commande d'un réseau de train miniature, le dispositif peut en outre comporter un circuit B de commande de cantonsc.Ia structure et le fonctionnement des circuits ci-dessus seront décrits ci-après en regard de la figure 2. n se référant à la figure 2, l'alimentation 1 est constituée par un redresseur en pont recevant un courant alternatif à tension appropriée. La sortie dé ce redresseur comprend la ligne générale de masse 9 constituant une borne de sortie de l'ensemble du dispositif et-une ligne d'alimentation tO aboutissant, par l'intermédiaire des organes qui seront. décrits ciaprès, à l'autre borne 3 dudit ensemble, Le circuit ballast 2 comprend un transistor T@, par exemple du type Darlington intégré, muni d'une résistance de base et d'une résistance de charge reliée à l'émetteur et à la borne de sortie 3, le circuit émetteur-col- lecteur dudit transistor TI comprenant la résistance RI en série avec la diode D1, dont le rôle sera expliqué ci-après, de meme que celui de la résistance R2 branchéeentre le collecteur et émetteur et celui de la résistance R3 en série dans l'émetteur dudit transistor. Le circuit de sélection de vitesse 4 comprend un divi- seur de tension de référence générale 11, branché entre les lignes 9 et 10, et comportant, par exemple, deux potentiomètres permettant - le réglage séparé de la vitesse normale (MAX) et de du régime ralenti (MIN). Ce circuit comprend en outre un transis-- T2 dont la base est reliée au diviseur de tension par l'intermé- diaire d'une cellule résistance-capacité R4a-R4b-C1, le collec- teur étant relié à la ligne 10 par l'intermédiaire d'une résistance à coefficient de température négatif CTN et l'émetteur étant relié à la. base du transistor T2 par l'intermédiaire d'une diode D2 découplée par un condensateur C2 et d'une résistance. Le circuit de compensation de charge 6 comprend un transistor T3 dont le circuit de commande base-émetteur est branché aux bornes de la résistance Ri par l'intermédiaire de résistances appropriées, la base comprenant en outre la résistance ce CTN en série. le collecteur du transistor T3 est relié au point 5 de- commande du transistor Ti. le circuit limiteur-disjoncteur 7 comprend un transis- tor T4 dont la base est reliée au-diviseur de tension constitué par la résistance R5 de base de TI et une résistance ajustable 26. le collecteur au transistor T4 est relié, en série avec une résistance de charge approprié, d'une part à la borne de sortie 3 par l'intermédiaire d'un condensateur C3 et d'autre part di rectement à la base de T1. L'émetteur du transistor T4 est relié par l'intermédiaire d'une diode D3 à la borne 3, tandis qu'un condensateur C4 relie l'émetteur et la base dudit transistor T4. le circuit d'alimentation de cantons 8, dit "block système" dans le domaine des trains miniatures, comprend un transistor T5 dont le circuit de commande base-émetteur est branché respectivement au collecteur de TI par l'intermédiaire d'une résistance appropriée et à la ligne d'alimentation-10, c'est- i-dire aux bornes de la résistance R1. Le circuit collecteur du transistor T5 comprend , en série, un relais 12 dont le contact 13 établit ou coupe l'alimentation du canton suivant immédiatement le canton sur lequel se déplace une locomotive et vers.-lequel celle-ci se dirige. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : l'ensemble étant mis sous tension, on choisit une vitesse en agissant sur les potentiomètres du diviseur 11. La -tension redressée ainsi.choisie est filtrée par la cellule R4a R4b-Cl. à valeur du condensateur C1 est-choisie telle que son temps de charge par R4a ou de décharge R4b bloque ou débloque progressivement le transistor T2 de commande du transistor-ballast Ti. La compensation de charge a lieu sous l'effet d'une tension prélevée aux bornes de la résistance R1 en série dans l'alimentation du transistor-ballast Ti. Sous l'influence d'une augmentation de charge dans le circuit de sortie, cette tension augmente et augmente la conductivité du transistor T3, ce qui augmente la tension de base de TI. Ainsi, toute augmentation de char.ge est suivie d'une augmentation de tension aux bornes de sortie et inversement. Il y a cependant lieu de noter qu'en fait le courant de sortie de transistor T3 est sous la forme d'un courant "alter natif redressé" s'apparentant à des dents de scie. Afin que le dispositif selon l'invention puisse être appliqué pour la régulation deoteurs de consommations diverses, la sortie du transistor Ti est munie d'un condensateur C2 relié par ailleurs à la base dudit transistor. Dans le cas d'un train mi niature par exemple, la consommation des différents types de mo teurs utilisés va de 0,1 A/12 v à 1A/12 v. Il est donc nécessaire, pour une vitesse sélectionnée donnée, et indépendamment du type de moteur utilisé, de modifier automatiquement le signal de compen sation de charge.Le condensateur C2 est destiné à cet effet une augmentation de consommation due à un moteur plus puissant accroît le signal de compensation de charge issu de 23. le si gnal de commande T1 jusque là constitué par une tension continue filtrée ou intégrée par le condensateur C1, passe à une tension redressée en dents de scie issue de T3 qui se superpose à la tension précédente. La valeur de C2 est choisie telle qu'elle n'ait aucune action en courant continu filtré et que son impédance diminue devant les tensions continues en dents de scie. On ob tient de ce fait lamodification automatique du signal de compen sation de charge pour une vitesse sélectionnée donnée et quelle que soit la consommation du moteur utilisé. Le transistor T4 du limiteur -disjoncteur compare une fraction de la tension de base T1, par l'intermédiaire du diviseur R5-R6, à la tension émetteur de Ti. Une augmentation anormale de courant (par exemple un court-circuit) accroît cette tension émetteur-base, prélevée aux bornes de la résistance R3. le désé- quilibre résultant débloque T4 qui, de ce fait, bloque T1 et coupe l'alimentation des bornes de sortie 3-9 du dispositif. La diode D3 et le condensateur C4 assurent le passage néce-ssaire du courant de comparaison. le circuit "block-système" fonctionne dès l'apparition d2un courant de collecteur de T1 dû à la présence d'un objet conducteur sur le canton vers lequel se déplace une locomotive, dans le cas de la commande d'un réseau de train miniature. Une tension croît alors aux bornes de la résistance R1 et commande la base de T5 qui à son tour commande un relais 12 dont le contact 13 coupe l'alimentation sur le canton considéré, ledit relais étant alimenté par l'intermédiaire d'une diode D4. On obtient ainsi la détection, dans un canton, d'une locomotive (ou - d'un wagon éclairé ou muni d'une résistance appropriée sous les essieux), qui suffit pour faire enclencher le relais.Une temporisation au déclenchement assure en outre une sécurité pour tous les mauvais contacts pouvant survenir pendant le déplace- ment d'un convoi. Lorsque le transistor T1 est bloqué, la résistance R2 boucle cependant le circuit général, ce qui permet le fonctionnement du relais 12. I1 y a lieu de noter que si l'on inverse la polarité sur un canton du réseau, le circuit de block continue de fonctionner puisqu'il est alimenté et commandé par le courant de traction. La vitesse programmée reste pratiquement constante quelles que soient la pente et la charge, donnant notamment une impression réaliste de freinage dans les descentes. Le dispositif évite pratiquement le patinage par une adhérence maximale : un train chargé ou une locomotive seule auront pratiquement la même vitesse. En côte, l'action de compensation de charge croIt progressivement, ce qui donne l'impression encore réaliste de l'effort fourni. Dans tous les cas, la vitesse se limitera à la vitesse programmée, outre que les changements de vitesse et les arrêts ont lieu de façon progressive et sans à-coup. Le circuit limiteur-disjoncteur peut outre réglé pour toute limite supérieure voulue et ne nécessite aucune opération de réarmement lorsque la cause de la disjonction est supprimée. Indépendamment de l'application à la commande de réseaux de trains miniatures, le dispositif selon l'invention s'applique naturellement à la régulation de tout organe mis en oeuvre par un moteur électrique à courant continu. La polarité des bornes de sortie peut également être inversée en utilisant les transistsrs inverses de ceux décrits. n est bien entendu que la présente invention n'a étd décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif régulateur électrique applicable au fonctionnement de moteurs électriques à courant continu, caractérisé par le fait qutil comprend un circuit ballast dont la sortie constitue la première borne de sortie du dispositif, l'autre -x borne de sortie étant constituée par la ligne générale de masse, et dont l'entrée de commande est reliée d'une part à la sortie d'un circuit de sélection de vitesse fournissant une tension continue filtrée de valeur réglable, et, d'autre part, à la sortie d'un circuit de compensation de charge fournissant une tension redressée variable, dont l'entrée est branchée aux bornes d'une résistance elle-même en série dans le circuit d'alimentation dudit ballast. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit ballast est constitué par un -premier transis top ont l'entrée de commande est la base, l'émetteur- constituant la sortie et le collecteur étant relié à son alimentation par. l'intermédiaire de la résistance d'entrée du circuit de compensation de charge. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit de réglage est constitué par un pont diviseur de tension relié à la base d'un deuxième transistor par l'intermédiaire d'une cellule résistance-capacité, l'émetteur dudit transistor étant relié à- la base du transistor-ballast. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendication$ I à 3, caractérisé par le fait que le circuit de compensation de charge est constitué par un troisième transistor dont le circuit base-émetteur est branché aux bornes de la résistance en série dans le circuit émetteur-collecteur du transistor-ballast. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications d à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit limiteur-disjoncteur de courant de sortie, constitué par un quatrième transistor -dont l'émetteur est relié à la première borne de sortie- du dispositif, dont le collecteur est relié à la base du transistor-ballast et dont la base est reliée à la base dudit transis- tor ballast par l'intermédiaire d'un diviseur de tension. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 plus particulièrement applicable à la commande d1un réseau dé train miniature, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre au moins un circuit d'alimentation de canton de réseau, constitué par un cinquième transistor dont le circuit baseémetteur est branché aux bornes de ladite résistance du circuit émetteur-collecteur du transistor-ballast et dont le collecteur comporte, en série, un relais dtalimentation ou de coupure sur le canton suivant immédiatement le canton sur lequel se déplace une locomotive.