Redressement du courant alternatif en courant continu sur un réseau de chemin de fer du type électromagnétique traditionnel selon le système "3-Rails"

 
Lorsqu'un exploitant de réseau de chemin de fer modèle, selon le système désigné par "3-Rails  électromagnétique traditionnel", désire redresser le courant de traction alternatif d'origine en courant continu, tout en conservant les deux systèmes d'inversion du sens de marche, soit :
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- par brève surtension télécommandée (24 Volts environ) pour les véhicules-moteurs équipés d'un moteur de
  traction du type « monophasé série à collecteur », dont le stator est muni de deux bobines superposées et
  enroulées chacune dans le sens contraire de l'autre, ainsi que d'un inverseur de marche électromagnétique
  traditionnel
 .
- au moyen d'un contacteur-inverseur manuel de changement de polarité pour les véhicules-moteurs équipés
  d'un moteur de traction à aimants permanents à titre de stator et d'un induit avec collecteur,
 .
  il doit appliquer les procédures suivantes, après avoir acquis ces appareils auprès d'un radio-électricien :
 .
1.  Sur un véhicule-moteur à courant alternatif : aucune modification n'est à effectuer, car le moteur de
     traction est du type universel, c'est-à-dire qu'il fonctionne d'une manière identique, qu'il soit alimenté en
     courant alternatif ou continu, ceci en raison de son stator bobiné.
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2.  Sur un véhicule-moteur à courant continu, démonter la ou les deux prises de courant latérales, appuyant
     sur les flancs intérieurs des roues ou sur la partie supérieure des bandage des roues, et la ou les rem-
     placer par un frotteur-ski central du type MAERKLIN ; si l'emplacement des prises de courant latérales
     n'empêche pas le montage complémentaire d'un frotteur central, ponter ces prises de courant latérales

     entre elles, puis les relier à la masse, afin que les roues concernées effectuent efficacement le retour du

     courant, de la même façon que sur les véhicules-moteurs d'origine « 3-Rails ».
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3.  Le câble d'alimentation du moteur de traction, précédemment branché sur une prise de courant latérale,
     doit être désormais raccordé à l'interrupteur principal (commutateur servant à alimenter le véhicule-moteur

     au moyen du ou des frotteurs centraux et, s'il s'agit d'un modèle de véhicule-moteur électrique, également

     par le ou les pantographes).
 .
4.  Le câble de retour du courant de traction (raccordé au deuxième porte-balai du collecteur) doit être direc-

     tement branché sur la masse du véhicule-moteur, ou d'abord via les prises de courant latérales nouvel-

     lement pontées entre elles, puis reliées à la masse.
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5.  Acquérir quatre diodes ou un pont redresseur, puis effectuer les branchements selon le schéma No 1
     figurant ci-après.
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6.  Acquérir un contacteur-inverseur bipolaire manuel (voir l'illustration No 2 ci-après), puis effectuer le câblage
     de celui-ci, ainsi que les branchements selon le schéma No 3 ci-après.
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7.  Le contacteur-inverseur bipolaire manuel doit être alimenté par le pont redresseur ou les quatre diodes
     individuelles réunies selon le schéma No 1 ; les deux câbles de sortie de ce contacteur-inverseur bipolaire
     manuel sont finalement branchés, l'un au conducteur central et/ou à la caténaire, l'autre aux rails de roule-

     ment. La chaîne de traction se compose donc du transformateur principal (fournissant uniquement du

     courant alternatif de traction, ainsi que la surtension pour l'inversion du sens de marche par télécom-

     mande), qui alimente à son tour le pont redresseur ou les quatre diodes réunies, alors que les deux câ-

     bles de sortie en courant continu sont à leur tour branchés sur les bornes d'entrée du contacteur-inver-

     seur bipolaire manuel selon schéma No 3. Le dernier maillon de la chaîne est constitué des deux câbles

     de sortie du contacteur-inverseur bipolaire manuel (choisir un câble rouge pour le raccordement au con-

     ducteur central/et ou à la caténaire, alors qu'un câble brun est à relier aux rails de roulement. De cette fa-

     çon, il sera possible d'exploiter sans restriction des véhicules-moteurs à moteur de traction universel et

     inverseur électromagnétique télécommandé par surtension, ou à aimants permanents et inversion du

     sens de marche par changement de la polarité.
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8.  A mon avis strictement personnel, afin de limiter au maximum les éventuels problèmes techniques qui
     pourraient surgir, le schéma d'alimentation d'origine des véhicules-moteurs, qu'ils soient du type universel
     ou fonctionnant strictement sous courant continu, ne devrait donc que subir des modifications minimes,
     modifications précisément décrites dans les chapitres No 2, 3 et 4 ci-dessus.
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9.  Lors d'une exploitation simultanée, ou d'une double traction avec des véhicules-moteurs munis, d'une part,
     de l'inverseur de marche électromagnétique à surtension et ceux, d'autre part, équipés du système de
     changement de polarité, en cas de changement du sens de marche par surtension télécommandée, veiller
     à préalablement déclencher le véhicule-moteur muni d'un moteur de traction à aimant permanent, ceci bien
     évidemment afin d'éviter tout incident d'exploitation par suite d'une violente mise sous tension de celui-ci,
     voire d'endommagement de la partie électrique de ce véhicule-moteur ; ainsi, dans le cas d'un véhicule-
     moteur électrique, commuter sur « caténaire » et abaisser les pantographes lors de la présence d'une
     caténaire fonctionnelle, alors que, dans le cas d'un véhicule-moteur de type vapeur ou diesel, il faut procé-
     der à son éloignement temporaire du réseau. Après déclenchement, actionner, en premier lieu, l'inverseur
     de marche télécommandé de la locomotive munie du moteur universel, puis ensuite manipuler le contac-
     teur-inverseur bipolaire manuel dans la position adverse. Dès cet instant, réenclencher ou placer à nou-
     veau le véhicule-moteur éloigné temporairement du réseau dans la composition du train ; les deux loco-
     motives aux technologies distinctes pourront alors à nouveau circuler simultanément ou en double trac-
     tion sans risque de perturbations.
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10. Il existe également des véhicules-moteurs équipés d'un moteur de traction avec stator bobiné, mais dont
       l'inverseur à surtension a été remplacé par un couple de diodes croisées, selon le schéma No 5 ci-après ;
      dans ce cas, il s'agit d'un véhicule « redressé » et ne pouvant être alimenté que par du courant continu ;
      dès lors, l'inversion du sens de marche ne peut s'opérer qu'au moyen d'un contacteur-inverseur bipolaire ;
      les schémas No 4 et 5 d'un moteur universel d'origine à courant alternatif, avec inverseur électromagné-
      tique traditionnel à surtension, ainsi que celui de ce même moteur « redressé » avec une paire de diodes,
      figurent à la fin de cette présente publication.    
 
Ci-après, les schémas y relatifs.
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Les bornes d'entrée, représentées par le signe ondulé horizontal (courant alternatif), doivent être branchées aux bornes de sortie du courant de traction du transformateur principal alternatif (voyants rouge et brun).
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Les bornes de sortie, représentées par les signes « + » et « – » du courant continu, doivent être branchées

à leur tour aux bornes centrales du contacteur-inverseur bipolaire manuel, selon le schéma No 3 ci-après.

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Contacteur-inverseur bipolaire manuel à deux positions, pour moteurs de traction à aimants permanents

(les contacts des entrées/sorties du courant continu se trouvent dans la partie inférieure – voir schéma No 3)

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Schéma No 3
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Vue sur la disposition des entrées/sorties du contacteur-inverseur bipolaire manuel
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En premier lieu, coupler entre elles, par câblage isolé, les bornes supérieure gauche et inférieure droite,
puis ensuite procéder de même aux bornes supérieure droite et inférieure gauche
 .
La borne supérieure « arrivée + » est à brancher au conducteur central et à la caténaire

(si présence de celle-ci) au moyen d'un câble de couleur rouge, alors que la borne « arrivée – » est à relier aux rails de roulement par le truchement d'un câble de couleur brune ;

ce couplage peut également être effectué au départ des bornes inférieures
 .
Les bornes centrales « sortie » sont à brancher à celles des sorties « + » et « – » du pont redresseur
(schéma No 1, partie de gauche) ou de celles des quatre diodes réunies (schéma No 1, partie de droite).
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Schéma No 4
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 .Moteur de traction « direct », alimenté en courant alternatif, désigné par « monophasé série à collecteur »
et utilisé sur tous les véhicules-moteurs classiques (avant l'apparition d'éléments électroniques) des marques MAERKLIN – BUCO – HAG, etc. Le schéma des câbles de couleur rouge représente la sortie du courant (phase), en provenance du transformateur et à destination du véhicule-moteur, via le conducteur central ou la caténaire, alors que le schéma des câbles de couleur brune signifie le retour du courant (masse) du véhicule-moteur, via les rails de roulement, à destination du transformateur. Quant au rectangle bleu-foncé, figurant sur le schéma ci-dessus, il s'agit d'une "self" de protection contre l'émission de parasites électriques.
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Schéma No 5
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Même moteur que ci-dessus, mais dont l'inverseur (électromagnétique à surtension par télécommande)
a été remplacé par deux diodes croisées aux deux sorties du stator bobiné (l'entrée du stator est constituée par la réunion (sur un côté) des deux bobines inversées et reliées au porte-balai de sortie du collecteur)
 .
Les diodes croisées sont électriquement réunies sur le côté opposé aux bornes de sortie
des deux bobines "AV" et "AR" du stator, ceci afin de fermer le circuit électrique, puis de le relier à la masse
 .
Dès lors, ce moteur "redressé" ne peut être alimenté qu'avec du courant continu, ce qui implique
que l'inversion du sens de marche ne s'effectue désormais plus que par le changement de la polarité,
ceci au moyen d'un contacteur-inverseur bipolaire manuel.
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Par contre, alimenter, avec du courant alternatif un moteur de traction équipé d'aimants permanents, s'avère nettement plus compliqué, car cela exige un appareillage préalable fort complexe, totalement hors du cadre de cet article; cette pratique est donc à déconseiller totalement; personnellement, je ne vois pas l'utilité de pratiquer de la sorte.

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A titre de conclusion, ce choix de l'application du système « continu 3-Rails » est principalement dicté par le fait de pouvoir disposer du plus grand nombre possible de véhicules-moteurs de différentes marques, fonctionnant sous courant alternatif ou continu. Cependant, afin d'éviter toute interférence perturbatrice entre, d'une part, le courant alternatif (destiné à l'éclairage et à la télécommande des aiguillages, des signaux, des plaques tournantes, des ponts transbordeurs, etc.) et, d'autre part, le courant continu (dévolu à la traction), il dûment conseillé, que les trois différentes sorties d'un transformateur principal ne débitant que du courant alternatif, soient chacune également redressées de façon distincte en courant continu au moyen de trois ponts redresseurs ou de trois groupes de quatre diodes, le tout couplé selon le schéma No 1.

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Nous devons toutefois rester conscients que les moteurs de traction "direct" classico-électromécaniques à courant alternatif, munis d'un stator bobiné et d'un induit à collecteur alimenté par une paire de balais, ainsi que d'un inverseur électromagnétique traditionnel à surtension, ou alimentés par courant continu avec aimants permanents à titre de stator, demeureront urbi et orbi ad aeternam vitam les plus robustes qui soient, ce qui leur permet d'atteindre ainsi plusieurs décennies de vie sans subir de dommages; de surcroît, leur entretien périodique (remplacement des balais, nettoyage du collecteur, réglage de l'inverseur à surtension, remplacement de câbles devenus parfois défectueux avec le temps, graissage, etc.) s'avère des plus aisés qui soient (la petite boîte à outils MAERKLIN, plus deux petites pinces - l'une coupante, l'autre plate -, une lime fine, de la toile d'émeri fine, ainsi qu'un fer à souder l'étain avec la pâte à appliquer préalablement, sont nettement suffisants pour l'entretien efficace de cette technologie classique, dont la fiabilité s'avère des plus légendaires). Les véhicules-moteurs actuels, truffés d'électronique et autres "gadgets" sont, d'une part, infiniment plus délicats, voire hyper fragiles et, d'autre part, très difficiles, voire impossibles à réparer. Bref, à mon avis strictement personnel, j'accorderai toujours ma nette préférence envers la technologie électromécanique classique, que ce soit au niveau des véhicules-moteurs, du matériel roulant remorqué ou encore de la télécommande des branchements et autres appareils de voie, ainsi que ceux relevant de la sécurité d'exploitation proprement dite (signaux mécaniques et lumineux).