Voici quelques explications supplémentaires sur le câblage, les thermistances et la modulation de largeur d’impulsion (PWM) des moteurs, fournies par Michael Gale sur EuroBricks. 27/02/2026
Quelques points importants :
I. Alimentation des réseaux ferroviaires miniatures
Votre réseau ferroviaire miniature est un circuit électrique. Contrairement à la plupart des circuits électriques, sa taille et sa forme varient dynamiquement en fonction des déplacements du train. Lorsque le train se déplace, la distance qui le sépare de la source d’énergie électrique change, et par conséquent la résistance électrique entre la source et le train.
En résumé, le circuit de votre réseau a une fonction principale : fournir un maximum d’énergie électrique de la source au moteur. Malheureusement, le moteur du train ne reçoit jamais 100 % de l’énergie disponible, car une partie est perdue en raison de la résistance électrique combinée des fils et des rails.
Lorsque le train est peu ou pas chargé, ces variations de résistance électrique sont peu perceptibles. Cependant, lorsque le train est soumis à une charge plus importante (par exemple, en tirant de nombreux wagons, en montant une pente, en abordant un virage serré, etc.), il consomme davantage de courant pour maintenir le couple. Cette augmentation du courant entraîne une chute de tension proportionnellement plus importante entre la source et le moteur, et donc une moindre énergie disponible pour ce dernier. On constate un ralentissement du train.
Par conséquent, pour optimiser les performances de votre réseau (c’est-à-dire fournir un maximum d’énergie de la source au moteur), il est essentiel de réduire la résistance du circuit. Deux solutions sont possibles :
- Ajouter des points d’alimentation.
Un circuit de réseau simple se compose généralement d’un variateur de vitesse (la source d’énergie) relié par un fil à une boucle de voie. Si le train est placé au niveau du point d’alimentation, ses performances sont maximales car la longueur du trajet est minimale, et donc la résistance électrique minimale. À l’inverse, si le train se trouve à l’opposé de la boucle, la longueur du trajet est maximale, avec une résistance maximale correspondante. Un train lourd roulera plus vite près du point d’alimentation et ralentira lorsqu’il en est éloigné.
Pour améliorer notre circuit, nous pouvons ajouter un point d’alimentation à la boucle. Idéalement, il devrait être placé de l’autre côté, à égale distance du point d’alimentation initial. Il est important de noter que ce point d’alimentation supplémentaire doit provenir de la MÊME source, et non d’une autre source du variateur. Brancher deux variateurs de vitesse différents sur le même circuit de voie entraîne des performances médiocres et imprévisibles, et risque d’endommager l’un des variateurs, voire les deux.
Avec deux points d’alimentation, la résistance électrique entre la source et le moteur correspond à la résistance « parallèle » combinée de deux portions de voie de même longueur. Cette résistance parallèle est presque toujours bien inférieure à celle d’une portion unique. Votre train, même lourd, semblera alors rouler avec une vitesse beaucoup plus stable sur la boucle.
Vous pouvez ajouter d’autres points d’alimentation à votre réseau pour améliorer encore les performances, mais le gain est de plus en plus faible. L’amélioration est plus marquée entre 1 et 2 points d’alimentation, moins perceptible entre 2 et 3, et ainsi de suite.
- Équilibrage des longueurs de circuit
L’intérêt d’ajouter des points d’alimentation à votre circuit de voie peut varier considérablement selon la méthode utilisée. Pour un gain maximal, suivez deux principes clés :
i) Positionnez les points d’alimentation de manière aussi équidistante que possible. Il n’est pas nécessaire que ce soit parfait, mais essayez de maintenir un espacement aussi régulier que possible.
ii) Chaque alimentation de voie doit être reliée par son propre fil à la voie, c’est-à-dire qu’elle ne doit pas être partagée ou divisée par le fil d’une autre alimentation. Si les alimentations partagent un même fil sur une certaine longueur, l’impact de la résistance du fil sera perceptible, car il devra alors transporter deux fois plus de courant. Il est également souhaitable (mais pas strictement nécessaire) que la longueur de chaque fil d’alimentation soit identique. Ce n’est pas toujours réalisable sur tous les réseaux, mais faites votre possible pour équilibrer les longueurs des trajets des fils.
On m’a demandé des conseils sur « le nombre d’alimentations par joint de rail, etc. ». Cependant, je pense que le nombre de joints de rail n’est pas toujours le paramètre clé. Il faut considérer le circuit de voie dans son ensemble, en partant de la source, en incluant les fils et les trajets potentiels le long de la voie. Le meilleur conseil est simplement d’avoir DEUX (ou plus) alimentations par circuit de réseau, espacées aussi régulièrement que possible. Je conseillerais également de placer les alimentateurs près des zones de forte demande sur votre réseau, notamment dans les virages serrés où les pertes par frottement sont les plus importantes.
II. Thermistances
La thermistance équipant la quasi-totalité des moteurs de train LEGO® remplit une fonction principale : protéger les enroulements du moteur contre la surchauffe en cas de blocage (facilement provoqué en immobilisant les roues lorsque le moteur est alimenté). Lorsqu’un moteur cale, le courant maximal provenant de la source traverse les enroulements, dont la résistance est relativement faible, entraînant une importante dissipation d’énergie et, à terme, leur destruction.
Une thermistance est un composant résistif passif non linéaire dont la résistance électrique varie proportionnellement à la température. À basse température, sa résistance est quasi nulle et le courant la traverse librement. Lorsque la température augmente, notamment en raison de l’échauffement dû à l’augmentation du courant, sa résistance augmente également (de manière non linéaire). À un certain point, la résistance augmente tellement que le composant se comporte comme un circuit ouvert, coupant l’alimentation de la charge (ou du moteur, dans ce cas). Il agit comme un disjoncteur, protégeant ainsi la charge contre les surintensités. Comme un disjoncteur, il est également réarmable ; dans ce cas, il est « auto-réarmable » car sa résistance revient à la normale lorsque sa température interne redescend dans sa plage de fonctionnement normale. Contrairement à un disjoncteur, sa réinitialisation est « progressive ». Autrement dit, la coupure n’est pas instantanée. Son comportement de coupure suit une courbe et est relativement graduel.
Les thermistances se déclinent en une grande variété de types, de tensions/courants nominaux, de temps de déclenchement/réactivation, de courbes de déclassement en fonction de la température, etc. Choisir le modèle adapté à votre application peut s’avérer complexe et nécessite quelques essais (croyez-moi, je sais de quoi je parle ! Nous avons testé une vingtaine de dispositifs différents pour le moteur de nos briques Fx !).
Il m’arrive de retirer la thermistance du moteur de train LEGO® 9 V (à mes risques et périls !) car LEGO a opté pour une thermistance dont le point de déclenchement/la courbe de déclassement est excessivement sûr. La thermistance commence à se couper sous une charge modérée, ce qui entraîne une réduction de vitesse très perceptible et, dans certains cas, un arrêt complet. Le moteur est capable de dissiper davantage de puissance que ne le permet la thermistance. Je suis prêt à accepter le risque de l’absence de protection contre le blocage du moteur en échange d’un fonctionnement continu et prévisible. Je compte également sur la protection contre les courts-circuits et les surcharges des variateurs de vitesse que j’utilise. Ces derniers coupent l’alimentation de la voie en cas de surcharge et la rétablissent jusqu’à ce que le fonctionnement revienne à la normale.
À titre d’information, je recommande que les produits motorisés fermés soient équipés d’une protection par thermistance. Il s’agit du dernier rempart du moteur en cas de blocage mécanique. Le courant moteur peut rapidement augmenter de façon spectaculaire, entraînant une dissipation de puissance dommageable dans les enroulements.
III. Variateur de vitesse PWM pour moteurs
Les moteurs de train LEGO® 9 V sont parfaitement sûrs à utiliser avec des variateurs de vitesse PWM. En général, la variation de vitesse PWM convient à la quasi-totalité des applications de moteurs CC à balais. Il est toutefois important de respecter les consignes habituelles, notamment de ne pas dépasser la tension et l’intensité nominales du moteur et d’utiliser une plage de fréquences PWM qui optimise l’ondulation du courant, le rendement et le niveau de bruit/vibrations.
Les causes de dommages à un moteur avec une variation de vitesse PWM sont très similaires à celles d’une variation de vitesse classique. La surchauffe d’un moteur peut avoir deux causes :
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Les enroulements du moteur brûlent littéralement en raison d’une dissipation de chaleur/puissance excessive due à un courant élevé et soutenu. La thermistance du moteur est censée empêcher cette dissipation de puissance catastrophique qui pourrait détruire les enroulements.
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Les contacts des balais s’oxydent en raison d’étincelles excessives, au point que les dépôts d’oxyde (suie noire) forment une couche isolante et empêchent le moteur de fonctionner.
Dans la plupart des cas, la panne moteur est due à un excès d’étincelles sur les balais. Ces derniers accumulent des dépôts de suie, ce qui les rend électriquement résistifs et/ou isolants. Des balais sales peuvent provoquer des étincelles, entraînant un contact intermittent ou médiocre. Ce phénomène se produit aussi bien avec les systèmes de contrôle de vitesse à courant continu (DC) qu’avec les systèmes à modulation de largeur d’impulsion (PWM). Par conséquent, les balais sont tout aussi vulnérables à l’oxydation, quel que soit le système. Malheureusement, cet excès d’étincelles en engendre d’autres, car il contribue à l’encrassement des balais, ce qui amplifie encore le phénomène, et ainsi de suite.
Les effets des étincelles peuvent être atténués en installant un condensateur aux bornes du moteur afin de lisser les pics de tension. De plus, il est important que le variateur de vitesse (pilote de moteur) soit équipé de diodes de roue libre pour limiter les pics de tension très élevés (dus à la force contre-électromotrice) du moteur lors des transitions de tension PWM. La plupart des contrôleurs PWM modernes intègrent cette protection. Le variateur de vitesse Fx Bricks 9005 est doté d’un contrôleur moteur sophistiqué avec protection par diodes et d’un filtre RC passif en sortie pour lisser les pics de tension.
Si vous êtes prudent et courageux, vous pouvez démonter le moteur et nettoyer/rénover les balais. Nettoyez les patins de contact des balais ainsi que les contacts en cuivre du rotor sur l’arbre moteur avec de l’alcool isopropylique à 99 % (IPA) jusqu’à élimination complète des dépôts de suie. Inspectez les surfaces des balais et des contacts du rotor et recherchez des piqûres ou autres irrégularités visibles. Si vous constatez des piqûres, utilisez un papier de verre à grain très fin (1600-4000) pour polir la surface des balais/contacts afin de la rendre lisse, puis nettoyez-les à nouveau avec de l’IPA.
Vu la quantité d’informations ci-dessus, il est évident que nous devrions publier une partie de ces informations sur notre site web ! Nous fournissons déjà une documentation utilisateur avec le variateur de vitesse et les produits d’alimentation. Mais il est également utile de disposer de documents de référence plus approfondis sur notre site. Encore une chose à ajouter à la liste !