Débuter en train : l'Analogique pour comprendre

Préambule

Cet article ne prétend pas traiter tout le sujet. Il n'est destiné qu'à éclairer les débutants.
Il est préférable que chacun, après avoir débuté, fasse sa propre expérience et devienne ainsi expert, éventuellement avec l'aide des autres pratiquants de notre "hobby".

A ce titre, que les spécialistes ne fourbissent pas leurs armes : beaucoup d'approximations pourront être trouvées. Mais, pour l'instant, il ne s'agit que de rendre simple ce qui peut devenir très compliqué
Cet article traitera du système 2 rails fonctionnant en courant continu exclusivement. Il ne s'appliquera donc pas aux systèmes 3 rails (JEP, Vb en courant continu ou Märklin en courant alternatif)
Il ne traitera pas non plus des systèmes dits "Digital" ou "Numérique".

I – Un moteur électrique

Le train miniature est un train électrique. C'est-à-dire qu’il se déplace grâce à un moteur électrique.
Nous ne verrons que les moteurs dits "à aimant permanent", ce sont les seuls utilisés pour notre train en courant continu.

Ce courant comporte deux pôles : l'un, positif, noté "+" (pour les amateurs, c'est celui du générateur qui manque d'électrons) et l'autre négatif, noté "-" (celui dont les électrons cherchent à s'échapper).
Pour cette raison, le moteur comporte deux prises (les "bornes") qui reçoivent l'une le + l'autre le -.
Lorsqu'on lui fournit suffisamment de courant électrique, il se met à tourner et le sens de sa rotation dépend de quelle borne reçoit le + et quelle borne reçoit le – .
C'est-à-dire que, si on inverse le sens de ce courant (en pratique, si on échange les places des fils), il change de sens de rotation.

Une autre particularité du moteur à aimant permanent :

L'électricité est caractérisée par 2 valeurs :
sa tension qui est mesurée par un nombre de Volts et
son intensité, qui est mesurée par un nombre d’ampères, ou de milliampères dans notre monde.
A titre de comparaison, on peut la rapprocher de la distribution de l'eau : La tension correspond à la pression du réseau et l'intensité correspond au diamètre du tuyau.

Or notre moteur se comporte de la manière suivante :
Plus on lui fournit de Volts, plus il tourne vite.

Toutefois, il existe des limites :

En dessous d'un certain seuil, il ne démarre pas parce qu'il ne dispose pas d'assez de force pour vaincre les frottements
Au dessus de la limite déterminée par sa construction (normalement indiquée par le constructeur), il "grille"….. (En fait, les fils le constituant brûlent, l'intérieur du moteur noircit et "ça sent le brûlé" !).
Enfin la puissance du moteur est liée à la force de son aimant, à la quantité de courant qui le traverse et à son rendement (dû à son type de construction).

II – Un moteur électrique qu'on alimente

• Une source :
Il faut donc trouver un moyen de fournir à notre moteur du courant continu (un + et un -), en quantité variable et être capable d'en inverser le sens.

Pour cela, on a inventé le transformateur

On branche son entrée, appelée "primaire", sur une source de courant alternatif (en général, le réseau électrique, c'est-à-dire la "prise de courant"), et il rend du courant alternatif (sortie appelée "secondaire") dont il a diminué le voltage dans une proportion déterminée par sa construction.
Ainsi, un transformateur dit "220/12", branché sur du 220 Volts délivrera du 12 volts. Mais s'il est branché sur du 110 Volts, il délivrera du 6 Volts.
Voilà donc résolu le problème de trouver du courant "de basse tension". Mais il reste "alternatif" (un transformateur ne fonctionne pas en courant continu).

• Une source de courant continu

Il faut encore transformer ce courant alternatif en courant continu :
C'est le rôle du "redresseur".

Il en existe des quantités de sortes, nous ne parlerons dans notre monde que des "redresseurs à diodes", ou "ponts redresseurs" ou encore "ponts de diodes".

Ces redresseurs acceptent en entrée tous les types de courants (alternatif ou continu) et délivrent un courant continu : du + à l'une de ses bornes et du – à l'autre.

Abréviations et symboles :
Pour le courant alternatif : Un S horizontal, éventuellement barré par une ligne horizontale, appellation  "AC" ou "CA".
Pour le courant continu : Un signe =, dont la barre du dessous est éventuellement en pointillés, appellation "DC" ou "CC".
Souvent on rencontre des schémas où la couleur rouge représente le + et la couleur noire ou bleue le -.



• Une source de courant continu variable

Il faut aussi pouvoir faire varier la tension de notre courant.

Il existe des quantités de systèmes disponibles (Écrêtage du courant alternatif, triacs, thyristors et transistors pilotés, curseurs frottant sur les bobinages des transformateurs etc etc…..)

Ce qu'il faut en retenir :

En général, en sortie  d'un transformateur de train, on dispose de deux bornes donnant du courant alternatif directement (appelées "Prise Accessoires") et de deux autres donnant du courant continu (appelées "Prise Traction"). On parle aussi de "courant redressé". C'est celui qu'on utilise pour alimenter notre moteur de train.

• Une source de courant continu variable qu'on puisse changer de sens

Pour que notre moteur change de sens, il faut que sa borne qui recevait le + reçoive maintenant le – et vice versa.
C'est le rôle de l'inverseur.
Il en existe de tous types. Nous ne verrons que le principe de fonctionnement à partir d'un bouton appelé "Inverseur Bipolaire".





Câblage et fonctionnement d'un inverseur :
Les "picots" centraux sont mis en contact avec ceux de droite ou de gauche en basculant le levier d'un côté ou de l'autre.



On obtient en sortie une inversion des polarités dans les deux fils de sortie (picots centraux).

Ce dispositif est normalement intégré au transformateur de train et les polarités des bornes de la prise "traction" dépendent de la position d'un curseur ou d'un bouton ("Marche Avant" et "Marche Arrière").



III – Entre le transformateur et le moteur électrique

Le train roule sur des rails métalliques. Le moteur réclame de l'électricité pour fonctionner et le transformateur en délivre…..
On va donc utiliser ces rails pour apporter le courant du transfo au train.

• La Voie

On relie un rail à une des bornes de la prise traction et l'autre à l'autre borne. On a donc un rail "+" et un rail "-".

IMPORTANT A SAVOIR : Dans le sens de la marche, le "+" est dans le rail de droite

Ce courant doit être disponible partout où le train doit aller. Il faut donc relier électriquement tous les éléments de voie, rail par rail.

Par contre, on ne doit jamais relier les deux rails entre eux, sinon, on relie directement ensemble le + et le - : on est en Court Circuit (le "court jus"…..).

Dans ce cas, cela ne fonctionne plus et on risque de "griller" le transfo.

Ce rôle de liaison est habituellement confié aux "éclisses métalliques". Dans beaucoup de cas, on se sert de ces éclisses pour y souder un fil d'alimentation.(certaines sont même vendues directement avec un fil soudé)qu’on relie aux bornes de la prise "traction".

On peut aussi souder directement ces fils sur le côté du rail ou en dessous, ou encore utiliser des rails particuliers comportant des prises…..

Quand les éclisses font mal contact, ou quand elles sont en plastique, le courant ne passe plus d'un rail au rail suivant.On a réalisé, volontairement ou non, une coupure. Cela crée un secteur isolé.

Attention : Quand un circuit de voie est fermé (on dit souvent "bouclé"), une coupure ne peut pas être détectée parce que le courant peut passer "par l'autre bout"…..



• Comment passer de la voie au moteur ?

Les roues sont métalliques et posées sur les rails.Elles reçoivent donc le courant, …si elles ne sont pas sales et si les rails sont propres. A ce propos, il est utile de savoir que certains rails en acier ou en aluminium transmettent mal le courant car ils sont en permanence oxydés, sales ou attaqués par le gaz carbonique et l'humidité de l'air. Ils sont donc à proscrire pour un réseau qui dure et qui fonctionne correctement.

Par l'intermédiaire de dispositifs métalliques qui frottent sur les roues, (lames souples, pistons palpeurs etc…) et de fils électriques ou de circuits imprimés, on peut donc apporter le courant jusqu'au moteur et autres auxiliaires qui en ont besoin.

Sur beaucoup de modèles, on réduit le nombre de ces palpeurs de la manière suivante : Sur les deux roues d'un essieu, on n'en isole qu'une, souvent par une bague plastique. L'autre est donc en contact avec l'axe de l'essieu. Quant le châssis est métallique, ça permet de transmettre un des pôles au moteur.

Ce système est courant chez Roco, chez Fleischmann et sur certains modèles récents de Jouef.

Encore quelques sources de soucis possibles : les courts-circuits sont faciles à faire : le moindre fil dénudé, le culot d'une ampoule "qui touche", le palpeur qui bouge sont autant de points sensibles.

• Les écueils

En dehors du problème des éclisses déjà signalé plus haut, il en est un autre à ne pas négliger :
lorsqu'un courant électrique passe dans un conducteur (ici, les rails et les fils), il perd de la force. Et plus le conducteur est long plus il en perd.

On peut y remédier : On relie un câble de "gros" diamètre au transformateur et on le fait courir sous le réseau. On peut ainsi "repiquer" sur ce câble deux fils à intervalles réguliers pour réalimenter la voie à intervalles réguliers. Ce câble est appelé "Feeder", en bon franglais…..!

IV – Les Aiguillages

Deux types d'aiguillages existent :
Ceux qui n'alimentent en courant que la voie à laquelle ils donnent accès.
Ceux qui alimentent les deux directions.

Deux types de fonctions existent :
Ils ouvrent une voie en impasse ou une voie qui revient à la voie d'origine sans changer de sens.
Ils ouvrent une voie reliée au reste du circuit mais qui change de sens par rapport à la voie d'origine.

Le gros problème : la "raquette"……
Ce dessin est schématique car il existe nombre de manières de se retrouver dans cette situation…..
Souvent, il faut suivre de près le circuit complet pour se rendre compte qu'on se trouve dans cette situation.
L'exemple classique est "Les voies de garage, souvent dans la partie cachée, qui rejoignent une partie opposée du circuit mais en sens inverse". Cette situation n'est d'ailleurs pas un problème spécifique au fonctionnement en analogique.



On s'aperçoit que le rail bleu (sur le dessin) est relié au rail rouge (sur le dessin). Nous sommes donc en court-circuit par notre construction…..

Si l'aiguillage ne fait pas la sélection de la voie à alimenter, il faut un dispositif pour éviter cette situation : c'est l'éclisse isolante. On coupe les deux rails et on relie chaque bout par une éclisse isolante : les rails ne sont donc plus en court circuit



Par contre, la locomotive franchissant l'éclisse , en marche avant par exemple, se retrouve dans les conditions de la marche arrière. Elle recule donc et se retrouve en position de marche avant etc etc. Il faut donc améliorer le système…..
On utilise deux paires d'éclisses isolantes. On crée ainsi une zone neutre.



On l'alimente par un "inverseur".

Le train entre dans cette zone. On le ralentit et on l'y arrête
On bascule à la fois l'inverseur et le transformateur.
Et le train peut repartir dans le bon sens pour poursuivre sa marche.

Il existe beaucoup de manières de commander le sens de cette zone "d'attente", notamment  des moyens liés à la position de l'aiguillage. Souvent, ces dispositifs sont reliés à la tringlerie de commande de la traverse mobile de l'aiguillage.

On peut aussi, dans le cas où l'aiguillage comporte une prise de courant alternée (aiguillages Roco par exemple), commander ces dispositifs à travers cette prise..

V – Comment faire courir deux trains sur la même voie en analogique ?

Si on met sur les mêmes rails deux locomotives , elles sont alimentées par le même courant et, comme les vitesses ne sont jamais identiques, elles vont se rattraper…..

Se pose donc le problème d'éviter ça. En solutionnant le problème de la raquette, nous avons isolé un tronçon de voie par rapport au reste du circuit à l'aide d'éclisses isolantes..

On pourrait donc imaginer de découper ainsi tout le réseau et d'alimenter chaque tronçon par un transformateur indépendant.

Chaque tronçon est appelé, comme dans le train réel, un canton.

En suivant chaque train et en agissant sur les boutons de vitesse, on pourrait arriver à maitriser cette poursuite….. Pour deux trains, voire trois, mais quatre, cinq ou plus…..?

Il faudrait que, de manière automatique, chaque train sache si le "prochain canton" est libre ou occupé par un autre train.

Si on numérote ces cantons, le train étant au canton "n", il doit savoir dans quel état est le canton "n+1".
Ou, ce qui revient au même, le canton "n+1" doit avertir le canton "n" de son état (libre ou occupé), pour que le canton "n" réagisse à l'arrivée d'un train chez lui en le ralentissant et en l'arrêtant. Puis qu'il le laisse repartir lorsque le "n+1" lui signale "voie libre".

Cette procédure est appelée "cantonnement" et des électroniciens ont réussi à créer des montages (les "cartes cantons") qui réalisent ces fonctions.
Elles gèrent en plus très souvent les feux de voie (rouge ou vert). Certaines gèrent même les feux jaunes de ralenttissement, éventuellement sur trois cantons : si le "n+1" est occupé, le "n" arrête le train et le "n-1" le ralentit en prévision de l'arrêt.

Il reste encore à détecter la présence d'un train sur un canton.

Il existe une quantité de moyens (comptage d'essieux, coupure de faisceaux optiques ou infrarouges etc etc….) mais le plus utilisé est la détection d'une consommation de courant sur le canton.

Un engin moteur consomme du courant dès qu'il bouge et le problème est donc résolu pour lui. Mais dans le cas où un décrochage intempestif s'est produit, un bout de rame peut se trouver seul sur le canton.
Pour qu'il soit protégé, il faut qu'il consomme du courant. C'est la raison pour laquelle on met en queue de convoi un wagon de queue comportant des feux rouges.

Il existe une autre solution : rendre un essieu "consommateur" en reliant les deux roues par un vernis qui conduit le courant (vernis dit "résistif") qui rend cet essieu faiblement consommateur.
Certains, enfin, réalisent eux-mêmes un essieu consommant en soudant une résistance entre les deux roues de cet essieu.

VI – Conclusion

L'analogique, qui a été longtemps le seul moyen de faire, paraît plus simple que le digital dans les principes.
Mais il est beaucoup plus gourmand dans tous les câblages qu'il demande et la réflexion qu'il oblige pour son cantonnement.
Par exemple, après un aiguillage, quelle branche est le canton "n+1" ?
Il faut donc intégrer la position de l'aiguillage….!

Un train peut occuper la voie "déviée" sans, pour cela, qu'on doive arrêter celui qui emprunte la voie "droite".
Le digital paraît beaucoup plus simple quant à son câblage.
Puisqu'une seule information commande l'ensemble et doit circuler sur l'ensemble du réseau, les rails ou un simple "feeder" peut suffire.
Sauf que….. Il convient de régler la vitesse motrice par motrice et ça peut devenir très compliqué dès que le nombre de trains augmente.

Mais il faut encore suivre ces trains "à l'œil" et on peut vite oublier ou ignorer la rame arrêtée dans une partie cachée…..
Dans ce cas, on retrouve les problèmes liés au cantonnement…..
Enfin, il me semble…..(mais ceci n'engage que moi…..) que la gestion des décodeurs, câblages internes et prises de courant des engins moteurs, est bien souvent aléatoire…..

A en juger par ce qu'on lit dans les chapitres des différents Forums de notre hobby.

Il semble donc que, pour débuter, la constitution d'un réseau en analogique est une bonne démarche. Et une bonne base pour passer au digital ensuite.

En tout cas, j'espère que ces lignes, aussi indigestes soient elles, aideront les débutants à se lancer en comprenant ce qu'ils font. C'est mon vœu le plus cher pour le devenir de ce texte.

Enfin, je tiens à la disposition de tous le texte intégral et les illustrations. Je me ferai une joie de les transmettre par Email à qui le demandera.

  
A Bientôt
Jacques

c'est clair, mais tu ne parles pas des transformateurs à point milieu,
type "fleishmann" ou très vieux "Jouef", ainsi que ceux qui inversent le sens en revenant au point "zero".(j'ai un mehano, qui fonctionne de cette manière)

je ne sais pas comment cela fonctionne, mais ils existent

Je n'en ai jamais démonté, mais je pense que ces transfos, s'ils ne sont pas électroniques, ont tout simplement deux bobinages secondaires (transfos "à point milieu").
Le curseur lié au bouton frotte d'un côté sur l'un et de l'autre côté sur l'autre bobinage secondaire.
Chacun est relié, par les pistes situées sous le bouton, à un pont de diodes dont les sorties sont inverses l'une de l'autre.
On a donc sur les bornes de sortie une inversion des polarités du fait que l'un ou l'autre pont est sollicité.....
Je ne sais pas si c'est ainsi fait, mais c'est comme ça que je ferais si je devais le faire........
On peut dire tout simplement qu'ils disposent d'un inverseur d'un type un peu particulier, mais le raisonnement reste le même.....

  
A Bientôt
Jacques

Jacques a écrit:Enfin, il me semble…..(mais ceci n'engage que moi…..) que la gestion des décodeurs, câblages internes et prises de courant des engins moteurs, est bien souvent aléatoire…..

Loin de moi l'idée de lancer un débat pour ou contre le digital face à l'analogique mais je ne saisis pas complètement le sens que tu as voulu donner au mot aléatoire?

Pour ce qui est des vieux transfo à point central, ceux que j'ai démontés, des vieux jouefs ont le pont de diode avant les pistes de puissance qui sont alimentées déjà inversées de chaque coté en courant continu.

Je voulais simplement dire que la gestion (c'est à dire l'installation, puis les réglages, puis l'utilisation et les "mises à jour") des décodeurs me paraît bien compliquée à maitriser pour des débutants.
Il ne faut pas oublier que j'ai écrit pour des gens "qui voudraient démarrer" et qui sont sensés n'y connaître que peu de choses. (Il faut savoir que je reçois en MP des questions sur "comment ça marche le courant électrique dans un train".....).
Et quand je parcours la rubrique "Digital" du Forum, j'y trouve quantité de sujets qui sont soit l'exposé de problèmes dont les solutions ne sont pas si évidentes que ça pour qui ne maitrise pas, soit la réponse à des questions dont on sent bien qu'elles ont été posées ou peuvent l'être.....
Quand je lis "Pour digitaliser telle machine, je m'y suis pris de la manière suivante", je ne pense pas "Celui qui a écrit ça l'a fait pour rien" mais plutôt "Tiens, ça ne paraît pas aussi simple et évident que ça.....".

Quant au transfo, je suis tout à fait d'accord, ma description n'est pas bonne, elle est due à mon manque de connaissance,.....
Et l'avantage du Forum, c'est qu'il se trouve toujours "quelqu'un qui sait....."

  
A Bientôt
Jacques

Très bel article qui va servir aux débutants...

Je permet de donner quelques "bribes" sur le DIGITAL bien que ce ne soit pas le sujet ( pour  éviter de relancer un débat )

Concernant le digital il est vrai que cette petite platine appelée " décodeur "(1) qui permet de poser une loco sur un réseau "alternatif" (puisque le "digital" ou "numérique" utilise ce type de courant) est plus compliqué que le l'analogique qui utilise du courant "continu" (en 2 rails) exception du Marklin (en 3 rails),mais sur ce forum il y a des "tutos" pour démystifier cette appellation "DIGITAL" (ou NUMÉRIQUE)

Ensuite et c'est là la "magie" du DIGITAL c'est que si on veut fonctionner en (digital simple) on ne branche que 2 fils et ainsi on peut faire fonctionner plusieurs locos en même temps a des vitesses différentes !!!!

Ainsi pas besoin de cantons éclisses isolantes etc...et là le câblage du réseau est beaucoup plus simple qu'en ANALOGIQUE...
( ATTENTION il n'y a pas lieu de faire un débat entre les 2 modes d'alimentation qui ont leurs différents avantages en fonction des choix de chacun d'entre vous..)

Là ou ça se complique c'est si on veut faire des automatismes car on va rétro-signaliser (2) le réseau ...mais c'est aussi vrai en ANALOGIQUE avec les block système...(3)

Concernant le DIGITAL pour plus de précisions voir les sujets dans la rubrique dédiée...

(1) ce décodeur permet de redresser la tension du réseau "alternatif" en courant continu pour alimenter le moteur et en même temps de communiquer avec la centrale pour activer les différentes fonctions..

(2) on donne cette appellation pour pouvoir détecter la présence d'un train sur une zone ou un canton par détection de consommation de courant voir le site de HO petit train qui à fait un sujet :  
http://www.ho-ptit-train.be/Html/cablage_03.html

(3) Le réseau est divisé en secteurs appelés " cantons (voir le site d'Alain CANDURO) qui a fait un article sur ce sujet :
http://alain.canduro.free.fr/block.htm

Et si vous avez des compléments d'infos ? concernant le sujet principal LE TRAIN EN ANALOGIQUE
(a vos claviers       )

Avec ce sujet, on peut, peut être expliquer, comment faire du mixte et basculer d'analogique en DCC ? ... J'explique : Certains dont je suis, aiment bien continuer à avoir des TCO par endroit pour piloter certains aiguillages (je pense à des jeux de manœuvre dans un dépôt, ou un petit embranchement particulier) ... Commet cela se passe t'il lorsqu'on veut mixer les deux, vouloir des TCO analogiques et vouloir reprendre la main en DCC parfois. JC Barbut explique cela un peu, mais je ne suis pas sur d'avoir tout compris dans le détail.

JPaul_73 a écrit:Avec ce sujet, on peut, peut être expliquer, comment faire du mixte et basculer d'analogique en DCC ? ... J'explique : Certains dont je suis, aiment bien continuer à avoir des TCO par endroit pour piloter certains aiguillages (je pense à des jeux de manœuvre dans un dépôt, ou un petit embranchement particulier) ... Commet cela se passe t'il lorsqu'on veut mixer les deux, vouloir des TCO analogiques et vouloir reprendre la main en DCC parfois. JC Barbut explique cela un peu, mais je ne suis pas sur d'avoir tout compris dans le détail.

EXACT je dois avoir des docs la dessus       (je vais chercher...)

mais ATTENTION si tu rétro-signalise ça va être guerre possible de ré-alimenter à cause des modules électroniques...

Par contre c'est tout a fait possible d'avoir une portion de réseau "isolée" ou bien en digital-simple (en inversant les alim..)

Ce que font certains modélistes c'est d'avoir un TCO pour la manœuvre d'aiguilles ou signaux en ANALOGIQUE et la conduite des trains en "DIGITAL"

Par exemple voici un schéma pour 2 feux commandés par interrupteurs sur un T.C.O (pour un réseau ANALOGIQUE )



La lettre T symbolise le transformateur. Par simplification du schéma le fil  rouge est seulement représenté et un des fils venant de la sortie accessoire. Le fil bleu est aussi raccordé (sur l’autre rail) , idem pour  le retour des feux à l’autre borne « accessoires »
Les commutateurs bipolaires peuvent être sous forme mécanique au tableau de contrôle (TCO) ou des relais.
• Si un train vient depuis la droite, il passe d’abord su la section d’arrêt qui ne le concerne pas, puisque le signal est prévu pour les trains venant dans l’autre sens. Ainsi, bien que le signal de droite soit au rouge, la section d’arrêt est alimentée au travers de la diode et le train continue sa course jusqu’à la deuxième section d’arrêt où le signal est vert et le train peut continuer.
• Si maintenant un train vient depuis la gauche, il passe la section d’arrêt (dans l’exemple le signal est vert, mais il passerait aussi avec un signal rouge grâce à la diode), traverse le canton entre les signaux et va s’arrêter au signal de droite le train restera arrêté au signal de droite jusqu’à ce qu’il devienne vert, ou jusqu’à l’inversion de la polarité (à ce moment le courant passera de nouveau dans la diode).
• Pour éviter qu’un train ne redémarre au moment d’inverser la polarité, l’interrupteur marqué « Alim. voie » (et représenté ici fermé) permet de couper le courant dans les deux sections d’arrêts et entre les signaux et ceci indépendamment du sens de marche et de la position des signaux.

sur ce lien la fabrication d'un T.C.O (ATTENTION c'est pas à la portée de tous..) c'est pour infos...

http://clprunet.free.fr/TCOultimeRealisation/Montage_TCOs.html

je vais chercher des doc plus simples...

Un autre exemple :

quand j'avais fait un mini TCO pour alimenter des moteurs d'aiguillages par inter M.O.M (ne pas oublier les résistances de 1 k Ohms avant les Leds )