Electronique - Realisations - Alimentation THT 003

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Dernière mise à jour : 23/10/2011

Voir ausi Alimentations THT - Bases

Présentation

Le présent montage produit des impulsions de THT (très haute tension) de façon régulière et répétée. Il s'appuie sur l'utilisation d'un transformateur élévateur de tension, couplé à un relais de puissance qui coupe à intervalles réguliers, le courant dans le primaire du transformateur. Ce montage est très simple à construire, mais repose sur l'emploi d'un composant mécanique (le relais) qui s'use plus vite que son homologue électronique, le transistor de puissance. Deux montages sont proposés :
- Schéma 003 : schéma de base avec relais 6 V - conçu pour quelques impulsions par minute en régime permanent (style cloture de vache)
- Schéma 003b : variante du schéma de base avec relais 12 V - conçu pour quelques impulsions par secondes en régime temporaire
Une alimentation similaire mais entièrement électronique est présentée à la page Alimentation THT 002.

Utilisations

Ce montage est destiné à montrer une façon de faire pour produire des impulsions de THT. L'amplitude des impulsions, qui dépend principalement du transformateur utilisé, peut atteindre quelques milliers de volts, mais sous un courant faible et durant un temps très bref, et donc avec une énergie (en joules) faible. Ca choque si on y touche (vous savez peut-être quelle sensation on peut ressentir), ce n'est pas dangeureux pour la majorité des humains, mais qui dit majorité sous-entend aussi l'existence d'une minorité...
Sans autorisation, vous ne pouvez utiliser ce type de montage que chez vous, et surtout pas pour faire des blagues à votre petite soeur ! Je suis très sérieux.

Avertissement

Ce montage peut être utilisé pour électrifier une cloture d'animeaux domestiques tels que vaches ou chevaux, mais pour celà, vous devez en avoir l'autorisation (renseignement auprès de votre mairie), et surtout disposer des écritaux à intervalles réguliers pour avertir les promeneurs que la cloture est electrifiée. Depuis les années 90, ce genre de montage ne peut plus être fabriqué et installé en mode "sauvage", la réglementation impose un marquage et des vérifications de conformités électriques (tension, puissance, rayonnements parasites, etc).

Les explications données ici s'adressent à des personnes ayant déjà une certaine connaissance de l'électronique, et devraient être assez claires. Cependant, si vous avez le moindre doute, ne tentez rien ! Je décline toute responsabilité en cas de problèmes résultant de mauvaises manipulations ! Il est question ici d'élements produisant une tension élevée, qui si elle n'est pas forcement toujours dangeureuse, peut néanmoins être très désagréable et choquante. Les précautions d'usage s'appliquent avant toute intervention.

Principe de base

Le principe de base est très simple. On laisse circuler un courant continu dans le primaire d'un transformateur, et l'on coupe brutalement ce courant en ouvrant un interrupteur. Cet interrupteur peut être manuel, c'est à dire actionné par vos soins, ou être de type électronique, thyristor ou transistor de puissance. Il peut aussi s'agir d'un relais électromécanique.

Au moment où l'interrupteur s'ouvre, il se produit une forte et brêve surtension aux bornes de la bobine primaire du transformateur, dû à l'extra-courant de rupture créé à cet instant. Quelques dizaines ou quelques centaines de volts peuvent être observés à cet instant sur le primaire du transformateur. Du fait du facteur d'amplification du transformateur, lié au rapport du nombre de spires entre primaire et secondaire, une impulsion de très haute tension est produite sur l'enroulement secondaire. Si par exemple l'enroulement primaire du transformateur comporte 30 spires et que l'enroulement secondaire en comporte 3000, le rapport d'amplification est de l'ordre de 100, et à une impulsion de 20 V au primaire correspondra une impulsion de 2000 V au secondaire. Si vous actionnez l'interrupteur de façon répétée, vous produirez des impulsions de THT répétées. Et si maintenant vous remplacez l'interrupteur manuel par un élement de commande électronique et automatique, vous obtenez un générateur d'impulsions THT autonome.

Remarques

Les anciens systèmes électrificateurs de cloture étaient dotés d'un rupteur avec vis platinées en guise d'interrupteur, et permettaient d'obtenir une cadence de 45 à 60 impulsions par seconde.
Avec un système mécanique (interrupteur manuel ou rupteur à vis platinées), il faut placer un condensateur en parallèle sur les contacts mécaniques pour absorber l'étincelle, qui autrement ne manquerait pas de les user très rapidement.

Schéma 003 - Schéma d'origine

Le schéma montre qu'une fois de plus, des composants simples et courants peuvent servir à faire autre chose que de la fumée ou des bruits agaçants.

Mais comment donc un montage pareil peut-il osciller ?

Car nous sommes d'accord sur ce point, le système doit osciller, pour que l'on puisse disposer d'impulsions THT de façon automatique, sans intervention manuelle. Pour comprendre, imaginons ce qui se passe au moment de la mise sous tension, alors que le condensateur C1 est totalement déchargé. Ce condensateur, de forte valeur, se charge au travers la résistance R1. Comme vous le savez peut-être déjà, un condensateur qui se charge voit à ses bornes, une tension augmenter progressivement, selon une courbe exponentielle. L'alimentation est ici de 12 V, et la tension de commande du relais est de 6 V. La bobine de commande du relais étant directement raccordée aux bornes du condensateur C1, on peut imaginer, sans trop de peine, que le relais va coller dès que la tension aux bornes de C1 aura atteint une valeur suffisante, de 6 V par exemple. Et vous auriez tout à fait raison de penser celà, car c'est ce qui se passe.
Remarque : en réalité, le relais 6 V collera pour une tension de commande un petit peu inférieure à 6 V, mais oublions ce détail pour le moment.
Au départ, relais au repos, les contacts électriques étaient établis entre C1 et NF1, et entre C2 et NF2. Quand le relais colle (position Travail), la position de ses contacts internes change, et les contacts électriques s'établissent maintenant entre C1 et NO1, et entre C2 et NO2.

	Relais en position Repos Contacts établis entre C1 et NF1, et entre C2 et NF2 Contacts non établis entre C1 et NO1, ni entre C2 et NO2
	Relais en position Travail Contacts non établis entre C1 et NF1, ni entre C2 et NF2 Contacts établis entre C1 et NO1, et entre C2 et NO2

Conséquence de tout celà ? Il suffit de suivre les fils. La résistance R2 qui auparavant se trouvait avec une patte en l'air (bien que n'étant pas située à côté d'un réverbère) est maintenant reliée à la masse, autrement dit elle est mise en parallèle sur le condensateur C1, qui venait juste de se charger sous R1. La résistance R2 est faible, et décharge rapidement le condensateur C1. La tension aux bornes de celui-ci chute brutalement, et devient d'un seul coup insuffisante pour alimenter le relais, qui repasse alors en position Repos. R2 est donc déconnectée du circuit, et la charge du condensateur C1 peut donc reprendre. Dès que C1 est suffisement chargé, le relais colle, remet en service la résistance R2 qui décharge C1, et le relais décolle. Et ainsi de suite, nous avons bien affaire à un circuit auto-oscillant. Voyons maintenant comment exploiter cet oscillateur pour commander les impulsions dans le transformateur élévateur de tension.

Section haute tension

La présence de deux systèmes de contacts inverseurs dans le relais ne vous a sans doute pas échappé. Pour l'instant, nous avons vu que le contact inverseur N°1 était utilisé pour connecter la résistance R2 de décharge sur le condensateur C1. Maintenant, regardons ce qui se passe avec l'inverseur N°2 du relais. Au repos, les contacts électriques sont établis entre C2 et NF2, ce qui permet à l'enroulement primaire du transformateur TR1, d'être pleinement alimenté par une tension de 12 V. Quand le relais colle (position Travail), les contacts électriques ne sont plus établis entre C2 et NF2, et l'enroulement primaire du transformateur TR1 est subitement déconnecté de l'alimentation 12 V. Ce qui a pour effet de provoquer une surtension importante au niveau du primaire, qui se répercute tout en étant amplifiée, côté secondaire du transformateur. Nous avons notre impulsion THT.

Pour que ça fonctionne bien...

Ce montage est simple, mais il existe des contraintes et des inconvénients, énumérés ci-après.

Inconvénients

Le relais est mécanique et il s'usera d'autant plus vite que les impulsions seront rapprochées. Avec une périodicité d'impulsions de une seconde, cela représente déjà plus de 80000 manoeuvres de relais par jour. Je vous laisse calculer la durée de vie théorique du relais en fonction du nombre de manoeuvres prévues par le constructeur... Solution pour économiser sur la durée de vie : espacer les impulsions, à raison par exemple de une impulsion toutes les trois ou cinq secondes. Et inutile d'insister sur le choix d'un très bon relais.
Le bobinage primaire du transformateur présente une résistivité ohmique faible, et la consommation générale n'est pas négligeable. Il faut donc une bonne batterie, et vérifier régulièrement son niveau de charge.

Contraintes

La résistance ohmique du relais est assez faible, de l'ordre de quelques dizaines ou centaines d'ohms. Cette résistance "parasite" forme un pont diviseur avec R1, qui peut empêcher d'atteindre une tension suffisante aux bornes du condensateur et donc du relais. Si le relais doit être commandé par une tension moitié de la tension d'alimentation, la résistance R1 doit impérativement être plus faible que la résistance ohmique de la bobine de commande du relais. Cela n'est pas très gênant en soi, mais impose d'utiliser une forte valeur capacitive pour le condensateur C1.

Schéma 003b - Variante de guillaume

Le schéma 003b qui suit est une variante proposée par Guillaume de mon schéma 003.

Dans ce schéma, la résistance R2 a été supprimée et c'est directement à travers la bobine du relais RL1 que le condensateur C1 se décharge. Condensateur qui se charge au travers de R1 quand les contacts C1/NF1 sont reliés ensemble, c'est à dire quand le relais est au repos. La valeur de R1 et de C1 ont été réduites pour augmenter la fréquence des impulsions THT, le besoin était d'obtenir 4 ou 5 étincelles par seconde pour un brûleur à huile végétale. La fréquence exacte de l'oscillateur dépend aussi de la résistance en continu du relais, elle est d'environ 6 Hz pour une bobine faisant 1200 ohms, et d'environ 15 Hz pour une bobine de 600 ohms. Notez d'une part que Guillaume a remplacé le relais modèle 6 V par un modèle 12 V, et que d'autre part cette version est conçue pour un usage en mode temporaire : plusieurs étincelles à la seconde, mais pas en permanence.

Circuit imprimé

Pas vraiment besoin ici, les composants peuvent être montés en l'air ou sur le support mécanique du relais.

Historique

23/10/2011
- Correction schémas : la borne "inférieure" de la bobine secondaire du transfo THT n'était pas reliée à la borne "inférieure" de la bobine primaire. Ce "retour" de masse / terre conduisait à des impulsions THT d'amplitude moindre que celles qu'on pouvait espérer.
02/10/2011
- Ajout schéma 003b (variante proposée par Guillaume). Schéma simplifié et tout autant fonctionnel... merci à lui !