La suite de la console Coherent Light : les blocs de puissance !

En effet, pour pouvoir piloter des lampes à partir d'une telle console, il faut les unités de puissance qui vont convertir le signal 0-10V provenant de la console, en une tension AC, allumant la lampe en fonction du signal. 0V = lampe éteinte ; 5V = 50% de luminosité ; 10V = 100% de luminosité.  

Voici donc la restauration de plusieurs "dimmer packs" à 8 voies...

Puf ! Beurk ! Pouah ! Etat plus que crasseux pour ces unités qui proviennent d'une discothèque !

Ces engins étaient montés au plafond, à proximité des projecteurs. Ils sont pleins de poussière de nicotine ... entre autres trucs qu'il vaut mieux ne pas trop savoir ! En tout cas ils puent salement. Plus la rouille, les coups... Ce matos a plus que souffert.  Mais à cheval (quasi)-donné, on ne regarde pas les dents... 

Récupération de 5 unités à 8 voies chacune, donc. Chaque voie permet 5 ampères de charge, soit environ 1100W (on arrondit un peu...).

La console a 12 voies de sortie, et ces blocs 8... De plus, pour une utilisation rationnelle, il vaut mieux équilibrer les charges sur les 3 phases du secteur. Un peu de réflexion, et donc : restauration de 3 de ces "dimmers packs" : cela fera 24 voies en tout, on en connectera deux sur chaque sortie de la console. Cela permettra la connexion de plus de puissance sur chaque voie.   Et trois blocs : ne pas chercher plus loin, un par phase secteur. Le maximum de courant étant de 8x 5A, maximum 40A par phase, c'est jouable !
Cela tombe assez bien : sur le lot, trois unités sont en relativement bon état, tandis que deux autres sont assez "arrangées". Ces deux unités abîmées serviront donc de "donneurs d'organes"...  

Au boulot ! Restauration de 3 unités identiques au menu...  

Une électronique bien conçue et assemblée. L'accès aux composants qui sont en première ligne (en cas de panne) tels que les triacs et opto-coupleurs est assuré sans devoir démonter tout.

Quelques pannes classiques dans ces blocs : fusibles claqués et triacs morts. Ce défaut se détecte aisément, les connexions A1 et A2 des triacs sont presque toujours en court-circuit. Un test sous tension et avec des ampoules comme charges confirme le verdict. 

Pour le test, connexion d'ampoules sur les sorties, et connexion de fils pour les signaux d'entrée (indiqués sur la photo ci-contre).

Rien de bien méchant, après remplacement des triacs et fusibles morts, ces appareils refonctionnent sans autre forme de procès ! C'est du matériel solide !

Exemple d'un fusible qui a surchauffé, le support était fendu et provoquait des mauvais contacts.

Absolument rien d'anormal dans des appareils ayant fonctionné pendant des années dans de telles conditions... 

Mais ... au fait ? Pourquoi les triacs meurent-ils alors qu'ils sont normalement protégés par des fusibles ?

Dans ces appareils, les triacs sont des BTA12-600C. Soit un courant nominal de 12A (le 600 signifiant 600V maximum entre A1 et A2). Et les fusibles sont des modèles "super rapides" de 5A. Dès lors, le fusible devrait claquer avant le triac, non ? Et pourtant ! Bien souvent, suite à un court-circuit, l'un comme l'autre sont morts... Et en lumière de spectacle, les incidents peuvent être nombreux : court-circuits dans des fiches, dans les câbles, mais surtout le claquage d'une ampoule. Dans bien des cas, les lampes de forte puissance (500W, 1000W et plus) provoquent un bref court-circuit lorsque leur filament meurt. 

Mais ! Tout de même ! ... Pour quelle raison les triacs claquent-ils alors qu'ils sont normalement plus "costauds" que les fusibles ?

Il faut considérer trois choses : le courant de court-circuit qui s'établit lors d'un souci, le temps de réaction de la protection et enfin la capacité instantanée du triac.

Le courant de court-circuit : au moment du court-circuit, et avant que la protection ne déclenche, il s'établit dans le circuit un courant très important, qui dépend principalement de la puissance de la source, et de la longueur des conducteurs (pour faire simple). 

Le temps de réaction de la protection : un fusible ne "claque" pas à l'instant du court-circuit, il y a toujours un temps de réaction avant la fusion du fil fusible. 

La capacité maximale du triac : le courant de court-circuit va traverser le composant, pendant tout le temps que mettra la protection à interrompre le circuit. Il n'est pas du tout prouvé que le triac en question soit capable de supporter ce courant très important ! 

Ci-dessous un petit dessin pour tenter d'expliquer le phénomène complexe. Les puristes et théoriciens excuseront la simplification très volontaire de l'explication, il ne s'agit que de tenter de faire comprendre ce qui se passe sans entrer dans la complexe théorie des circuits...

Le schéma du dessus montre un circuit simple, un triac pilotant une lampe, avec une self d'anti parasitage, classique dans ces montages. Le câble d'alimentation est un 2.5mm² de section et de 5m de longueur. Et le câble allant au projecteur (500W) est un 1.5mm², 30m de long. L'ensemble est connecté à une prise de courant, et à cet endroit le courant de court-circuit est inconnu.

Le schéma du dessous montre la situation lors d'un court-circuit. Les valeurs de résistances et de réactances des conducteurs, et de la self, sont indiquées. 

Donc, une situation très classique, connexion d'un équipement dans une prise de courant disponible, avec l'installation amont totalement inconnue. Sans connaître le courant de court-circuit (Icc) "disponible" dans la prise, comment le calculer dans le circuit ? 

Pour l'explication, on part d'hypothèses, basées sur l'expérience.
Hypothèse 1 : à moins d'être "tout en bout de ligne", on a généralement au moins 1000 A de Icc minimum (un court-circuit de zéro Ω au niveau de la prise vaudra donc 1000A). Partons donc sur une valeur supposée de 1000A.
Hypothèse 2 : le court-circuit dans le projecteur a une résistance de 0.5Ω au moment ou il se produit.
Hypothèse 3 : les résistances de contacts (prises, socket de la lampe) et du triac sont négligeables. 

On commence par calculer l'impédance de la source en court-circuit : elle vaut 230 /1000 = 0.23Ω. Ensuite, la somme des résistances et impédances des câbles (encore une fois, calcul simplifié pour explication !!) : elle vaut ici 1.433Ω. Le courant de court-circuit dans notre exemple vaut donc : 230 / (0.23 + 1,433) = 138A. 

C'est donc 138A qui vont circuler dans l'ensemble du circuit, et dans dans le triac, tout le temps que mettra la protection à fonctionner ! Un fusible FF a un temps de réaction normalement inférieur à 1ms. Considérons même 1ms pour un courant de 138A, le triac n'appréciera pas ! Car en regardant la feuille de caractéristiques du BTA12, on voit que le courant impulsionnel (non répétitif) maximum Itsm = 120A ! Le courant maximal dans le triac est donc dépassé dans le cas de notre exemple. Le temps que le fusible fonde, le triac sera mort. 

Et en situation réelle, c'est encore pire ! Le Icc de la source est souvent bien supérieur à 1000A (surtout dans les endroits de spectacle ou pas mal de puissance est disponible), les câbles d'alimentation sont de plus forte section (donc impédances plus faibles), et les longueurs de câbles vers les projecteurs plus courtes ou de plus forte section (diminuant aussi l'impédance) ...
Donc dans bien des cas, le courant de court-circuit dans ce genre d'installations est de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères ! 

Il existe bien sur des triacs supportant des Itsm plus importants, mais dans d'autres gammes que ceux qui équipent les appareils comme ces blocs Pulsar. Le BTA40, par exemple, supporte plus de 400A de Itsm et 40A de courant nominal. Mais c'est un gros composant, coûteux, et qui nécessite un tout autre circuit de commande que celui d'un BTA12... 

Le fusible est bien entendu indispensable, même si le triac meurt aussi lors d'un court-circuit ! Car il faut impérativement couper le circuit dans lequel l'incident se produit. Et, dans tous les cas de figure, respecter le type préconisé par le constructeur... qui a calculé le fusible en fonction des sections du câblage interne de l'appareil. 

Généralement, les câblages externes (alimentations et câbles vers projecteurs) ne posent pas de souci s'ils sont bien réalisés. Il ne doit pas s'y produire de court-circuit. Bien sur les accidents arrivent, tel le câble abîmé par un équipement qui chute dessus, ou encore le connecteur qui subit un choc. Il est indispensable d'éviter le bricolage et les réparations de fortune à ce niveau !  

Le gros souci, c'est les ampoules qui claquent en provoquant un court-circuit à ce moment-là. Ceci est du à la constitution du filament, très "serré" afin de pouvoir être focalisé aisément. Lors de sa destruction, des morceaux de ce filament sont projetés dans l'ampoule (compacte), touchent d'autres parties conductrices, et provoquent l'incident...

Ce genre de souci est moins fréquent avec les ampoules ou petits spots 230V E27 "traditionnels", qui ont un filament disposé en ligne. Il est rare qu'un claquage de filament provoque un court-circuit.

En tout état de cause, pour éviter autant que possible le claquage du triac, voire même l'explosion de celui-ci, il faut impérativement placer un fusible à action super rapide, donc de type FF ! Explosion d'un triac ? Oui, oui, déjà vu cela ! Il n'en restait que les pattes, toujours soudées au circuit imprimé, et la semelle de montage visée au dissipateur ! Tout le reste s'était volatilisé... 

Et sur le secteur, on installe exclusivement des fusibles en céramique, comme les deux de gauche sur la photo ci-contre. Ces fusibles en céramique sont souvent capables de couper un Icc de 1500A (voir les feuilles de caractéristiques du constructeur avant usage!)
Les fusibles en verre, comme les trois illustrés à droite, ne conviennent pas du tout pour usage sur le secteur, n'étant pas capables de couper un court-circuit violent sans danger ! Généralement ils sont capables de couper un Icc égal à 10X leur intensité nominale (un tel fusible de 5A pourra donc couper sans danger un Icc de 50A maximum). 

Les fusibles en verre peuvent exploser, comme sur la photo ci-contre (alimentation à découpage de PC)... Des petits morceaux de verre sont alors projetés partout, provoquant des dégâts connexes. 
Pour d'autres informations plus générales sur la sécurité électrique, voir aussi la page sécurité de ce site...

Un retour à la pratique est le bienvenu après ces ennuyantes explications ! 

Revenons à la restauration de ces blocs et à la préparation pour leur ré-emploi.

A ce stade ils sont réparés mais il faut maintenant assembler le raccordement de l'alimentation, et des sorties de puissance. Plus aussi mettre un autre connecteur pour les entrées 0-10V. Tout cela sera suivi par une mise en flight-case, plus tard...

L'usage futur devenant plus "mobile" pour ces blocs, équipons-les de connecteurs.

Montage d'une fiche "Harting" à 16 contacts sur une des tôles de fond. Il a fallu pour cela agrandir le trou...  Ces tôles comportaient d'origine chacune 4 presse-étoupe. 

La fiche 16 pôles est en place, et le câblage interne est réalisé. Pour cela, l'usage de conducteurs souples 1.5mm², repérés par numéros est bien pratique. Il suffit de dénuder un morceau de câble multibrins genre LIYY pour avoir de ces conducteurs...

Les 4 trous de presse-étoupe de l'autre tôle de fond sont refermés avec des bouchons plastique.

Les connecteurs pour les signaux 0-10V d'entrées étaient des fiches DIN multibroches, avec verrouillage. Les fiches correspondantes étaient absentes, et ce matériel pas très facile à trouver, installation d'une prise DB9. 

Cette prise prend place sur la petite tôle, au-dessus des connecteurs DIN. Elle comporte les deux buselures filetées pour pouvoir fixer convenablement la fiche qui viendra s'y insérer... 

Raccordement de la prise DB9 sur le circuit imprimé. Les anciennes fiches DIN restant en place, soudure des fils provenant de la DB9 directement sur les résistances d'entrées.  

La broche 9 est le signal commun, qui est également câblé sur la partie métallique de la prise (pour blindage). 

Les connexions secteur, maintenant. Ces conducteurs sont susceptibles de véhiculer un courant fort important : si toutes les 8 voies sont actives, et chargées au maximum, c'est donc 40A qui circulent dans ces câbles. 

Utilisation ici de conducteurs de 6mm² de section. Ces unités étant destinées à être installées dans un flight-case, utilisation de conducteurs séparés pour cette connexion. Ces conducteurs retourneront vers la distribution de puissance interne. Pour le passage dans le presse-étoupe, ils sont gainés dans un tube souple en PVC. 

A ce stade, tout cela fonctionne.

Pour pouvoir utiliser la console et ces blocs ensemble, il va falloir les interconnecter, pour la commande en signaux 0-10V. Mais est-ce intéressant de procéder ainsi ? Il va falloir des câbles multibrins faradisés, mais aussi d'excellents connecteurs solides. Et si je dispose de bonnes longueurs de câbles faradisés dans mon "bazar", il n'en est pas de même pour de bons connecteurs multi-polaires, qui sont très coûteux. 

Alors que le protocole DMX512 (liaison sérielle en signaux RS485) existe pour les liaisons entre les commandes d'éclairage et les appareils, et que je dispose d'une interface de décodage (DMX vers 0-10V) ne serait-il pas plus intéressant de monter un multiplexeur dans la console, afin de simplifier la connectique ? Les liaisons en DMX se font en effet par câbles faradisés à deux conducteurs, et par fiches XLR 5 pôles... 

A suivre... !