La lampe ballast est une façon simple et économique de protéger un circuit électrique contre les court-circuits.
C’est un procédé qui remonte à la fin du 19ème siècle, mais dont l’utilité en matière de train électrique ne s’est jamais démenti au fil des années, puisqu’on en trouve encore (ou à nouveau?) sur les réseaux équipés de télécommandes numériques (digital).
Le court-circuit étant sur nos réseaux un événement fréquent (on pourrait presque dire « normal »), il est intéressant de se pencher sur cette solution.
Principe de fonctionnement
La lampe ballast est simplement une lampe à incandescence montée en série entre la source d’alimentation (transformateur, régulateur, ou autre) et les rails. En cas de court-circuit, elle s’allume et limite le courant de court-circuit.
Un peu de théorie :
La lampe ballast n’est pas une simple résistance, avec laquelle le courant serait proportionnel à la tension.
Elle a une caractéristique courant/tension non linéaire, qui fait qu’elle présente:
- à froid, une résistance faible, qui ne perturbe donc que faiblement le circuit utilisateur
- à chaud une résistance bien plus élevée, qui limite le courant à une valeur nettement plus faible que ce qu’on obtiendrait avec une simple résistance.
Le tableau et la courbe ci-contre donnent un aperçu de la variation de la résistance d’une lampe de voiture (utilisée en HO) en fonction du courant qui la traverse.
La lampe présente à froid une résistance de seulement 0,5 ohms, alors que sous 12V cette résistance est de l’ordre de 7 ohms. Tant que le courant ne dépasse pas 0,6 A, la chute de tension due à la lampe ne perturbe que très peu le fonctionnement du réseau.
En fait, toutes les résistances se comportent de cette façon. La seule différence, c’est qu’on ne peut pas laisser une résistance classique atteindre 3000 degrés, alors qu’avec une lampe, c’est possible.
Choix de la lampe :
Sa tension doit être celle de la source (puisqu’en cas de court-circuit, elle doit supporter celle-ci) et sa puissance peut être calculée en fonction du courant maximum qu’on se fixe.
En HO, par exemple, une lampe d’automobile 12 volts 21 watts convient parfaitement. Elle limite le courant à 1,75A.
Les avantages
En fait, toutes les résistances se comportent de cette façon. La seule différence, c’est qu’on ne peut pas laisser une résistance classique atteindre 3000 degrés, alors qu’avec une lampe, c’est possible.
Choix de la lampe :
Elle a sur les fusibles l’avantage de ne pas nécessiter de changement: c’est pratique et économique.
Elle a sur les disjoncteurs l’avantage de la simplicité, ainsi que d’absorber les court-circuits de courte durée, fréquents au passage de certaines aiguilles et croisements, sans interrompre l’exploitation. De plus, la réalisation d’un disjoncteur à faible courant et faible tension n’est simple.
Comme nous envisageons de remplacer le bloc-système de notre réseau HO par un quelque chose de plus moderne, nous avons été amenés à supprimer les lampes pendant la durée des essais. Nous avons alors découvert quantité de court-circuits fugitifs au passage des roues sur certains coeurs d’aiguille. Bien sûr, nous allons tenter de supprimer ces court-circuits, mais en attendant, il est bien commode de les ignorer.
Les inconvénients
Même froide, la lampe ballast représente une résistance additionnelle introduite dans le circuit traction, avec la conséquence bien connue: une moins bonne stabilité des vitesses, les trains ayant davantage tendance à ralentir sous l’effort, ou accélérer dans les descentes. Pour la même raison, on observe également plus de différence de vitesse entre trains gros consommateurs et faibles consommateurs de courant (sauf avec des alimentations à asservissement de vitesse, bien entendu).
Exemples d’utilisation
La lampe ballast est intéressante lorsque l’on a un grand nombre de protections à assurer : par exemple sur chaque canton, ou en plusieurs points du réseau.
Notre page sur l’alimentation du réseau du club donne des schémas de blocs-systèmes comprenant une lampe ballast par canton.
Le numéro de chaque canton est écrit sur la lampe, avec un gros feutre, de sorte qu’en cas de court-circuit, on sait immédiatement où est le problème.
A gauche des lampes on voit les circuits imprimés des détecteurs (2 détecteurs par circuit) et encore à gauche, les interrupteurs de reprise en manuel.
Les schémas de ce bloc sont sur notre page bloc-système.
La photo de gauche montre une lampe intégrée à l’intérieur d’un pupitre de commande (ouvert). La surface du pupitre étant en altuglass bleu translucide, lorsque la lampe s’illumine, l’opérateur s’en aperçoit par transparence.
Il est aussi possible d’intégrer élégamment la lampe à la face avant d’un pupitre, ainsi que le montre la photo la photo de droite.
Lampes ballast et télécommandes numériques
Sur les réseaux équipés d’une télécommande numérique, les alimentations traction sont de grande puissance, puisqu’elles doivent alimenter plusieurs trains. Le problème des court-circuits devient alors crucial, d’autant plus que certains court-circuits sont systématiques: boucles de retournement, plaques tournantes, sections d’arrêt équipées d’une certaine façon, etc.
Les modélistes américains ont trouvé la parade en intercalant des lampes ballast en série à des endroits judicieusement choisis. Pour plus de détails, consulter les sites consacrés au digital.
Notons qu’avec des décodeurs de locomotive à asservissement de vitesse, l’inconvénient cité plus haut disparaît.
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