Comment fonctionnent les electro-aimants?

[marc]

Cet article est destiné aux débutants qui viennent de s’acheter un flipper et aux néophytes qui souhaiteraient comprendre le fonctionnement des bobines pour s’aventurer à la détection des pannes et à leurs réparations.
Qu’est-ce qu’un électro-aimant ? C’est un fil de cuivre émaillé d’un diamètre de 0,1mm à 2 mm, enroulé sur une bobine plastique ayant de 500 jusqu’à plus de 4000 tours, possédant une résistance faible de 2 à 250 ohms.
Le principe de fonctionnement est le suivant : une tension traversant le fil génère un champ magnétique induit, le piston métallique se trouvant à l’entrée de la bobine est pris par le flux magnétique projetant ce dernier au travers. La demande de courant étant très importante la durée de fonctionnement doit être brève. Dans le cas contraire c’est la panne : le fil se met à chauffer rapidement l’émail fond, des court-circuits en cascade se forment, la température monte exponentiellement, la bobine se déforme, brûle et le piston reste coincé.
C’est la raison pour laquelle tous les électro-aimants sont protégés par un fusible calibré soit rapide soit slow-blow, il est essentiel de respecter la même valeur pour éviter toute destruction.
Maintenant il faut faire un peu d’électronique pour comprendre le fonctionnement du pilotage des électro-aimants.
Nous savons que les bobines sont commandées par des transistors mais qu’est-ce qu’un transistor, je vais donc simplifier et vulgariser.
Un transistor c’est un interrupteur commander non par le doigt mais par une tension, une commande, une entrée et une sortie.
La figure N°1 montre une équivalence entre les transistors et les interrupteurs pour comprendre leurs fonctionnements.

Les transistors se partagent en deux groupes les NPN (négatif -positif-négatif) et les PNP (positif -négatif-positif) dans chaque groupe la lettre du milieu signifie la tension de commande.
Pour un NPN un niveau « zéro ou 0 » appliqué en base, le transistor est bloqué ; un «1 ou plus ou vcc » sera appliqué en base pour le faire « saturer » le transistor est passant entre c et e.
Pour un PNP un niveau « 1 ou plus ou vcc » appliqué en base, le transistor est bloqué ; un niveau « zéro ou 0 » sera appliqué en base pour le faire saturer, le transistor est passant entre e et c.
Il faut savoir aussi que les transistors se distinguent par leur puissance, ainsi cela va du commutateur de petits signaux jusqu’aux grands ampérages. Pour nos bobines nous utilisons des transistors qui tiennent de 2 à 20 Ampères. De nouveaux transistors sont apparus ces dernières années possédant une nouvelle technologie qui permet de commuter de gros ampérage : les Mos -Fet, faisant également partie de chaque groupe en canal N ou en canal P, le principe est le même.
<h2>ETUDES DES PLANS DE FLIPPER :</h2>
Les microprocesseurs qui gèrent la logique de commande envoient sur leurs bus des signaux à grande fréquence jusqu’8 MHZ ( 8 millions d’information par seconde) le temps de commande se réduit à 0,000000125 seconde. Or il faut commuter au moins pendant une demi-seconde. Aussi on place la commande dans « un verrou, un latch ou une bascule » c’est la fonction des circuits TTL les 74ls374, 74ls273, 74175etc..pour la durée requise de commande.
Commande de bobine Haute Puissance Bally WPC ;

Bally a choisi le 74ls374 qui au repos affiche un niveau « 1 au niveau A » il est suivi par un transistor PNP qui est chargé d’inverser la commande et celui-ci est bloqué, la résistance de 2k7 met le point « B à 0 » celui-ci pilote le transistor de puissance NPN, Tip 102, qui lui aussi est bloqué. En « C » nous trouvons un transistor de puissance PNP Tip 36c et un niveau « 1 » le bloque. Aux cosses de bobine nous trouvons les +50v de l’alimentation. L’électro-aimant n’ayant pas de différence de potentiel entre ses bornes est à l’état de repos.
Le 74ls374 reçoit la commande, il bascule sa sortie en « A »et passe du niveau « 1 à 0 ». Le PNP se sature, il est passant, en « B » nous basculons de « 0 à 1 » ce qui entraîne la saturation du Tip 102, basculant le niveau « 1 à 0 » en « C ». Le Tip 36c se sature et branche la bobine à la masse en « D ». La différence de potentiel entre les bornes de l’électro-aimant active celui-ci et le piston est tracté. Il faut comprendre aussi que les gains de puissance des transistors rendent efficaces le duo Tip 102 Tip 36c et permettent le passage de plusieurs ampères.
Commande de bobine Bally système 2000 : Figure N°2 ;

A la figure N°3 Gottlieb utilise la technologie moderne alliée à la simplicité, il a choisi un 74hc574 comme stockage de donnée et un transistor de puissance Mos-Fet 20N10L. Rien de plus simple. Le niveau en « A est à 0 » bloquant le Mo-fet pas de différence de potentiel aux bornes de la bobine. La sortie du 574 passe à « 1 » saturant le transistor branchant en « B » la bobine à la masse. La différence de potentiel entre les bornes de l’électro-aimant active celui-ci et le piston est tracté.
Pour toutes les autres marques de Flipper le principe de fonctionnement est le même.
<h2>LES PANNES POSSIBLES et leurs remèdes:</h2>

Votre bobine ne fonctionne pas que faire ?
*Un coup d’œil sur les cosses vérifiez les soudures et les fils de connections en les tirant doucement (sur dataeast, Stern des gaines rétractables maintiennent les fils sur les cosses et peuvent cacher la panne).
*Pour les marques qui posent des diodes 1n4004 aux cosses des bobines, vérifiez qu’elles soient présentes ou bien soudées. En effet lorsque le flux magnétique est généré un courant inverse se créer dans l’électro-aimant et cela peut détruire le transistor qui le pilote. Donc si vous trouvez une panne à cause d’une diode dessoudée vous avez des chances que le transistor soit endommagé voir claqué.
*Vérifiez votre fusible, toujours en l’enlevant du support et en le testant à l’ohmmètre, nous avons déjà vu des fusibles en bon état qui étaient coupés.Vous passez à côté de la panne.
*On retourne aux cosses de la bobine et on vérifie que les deux extrémités du fil de cuivre sont bien soudées et pas coupés à ras, à l’aide d’un outil fin on essaie de les tirer délicatement. Si le fil est coupé, il est conseillé de le gratter pour enlever l’émail avant de le souder.
*Tout paraît normal mais la bobine ne fonctionne pas. Il faut tester le transistor de puissance correspondant pour déterminer s’il est détruit et le changer suivant le cas. Figure N°4 vous donne la façon de les tester.
*La bobine est appelée dés l’allumage et en permanence. On éteint le flipper de suite. Le transistor est en court-circuit et doit-être changer. Vérifiez la valeur de votre fusible il aurait du sauter d’abord. Vérifiez votre électro-aimant ;faites coulisser à la main le piston dans la bobine pour sentir toute résistance ou si un cercle brun est apparu sur le papier entourant la bobine, il a chauffé et doit être changé sinon on dessoude un fil et une extrémité de la diode et on vérifie à l’ohmmètre sa résistance elle doit correspondre à la valeur indiquée par le constructeur sinon une neuve doit la remplacer.
*Une autre possibilité vous avez changé le fusible et le transistor mais la bobine ne fonctionne toujours pas, on dessoude un fil et une extrémité de la diode et on vérifie à l’ohmmètre sa résistance ; rien ! la bobine est coupée à l’intérieur, il ne reste qu’à la changer.
*Tout a été testé puis changé même la bobine, cela ne fonctionne toujours pas ! Là vous vous trouvez face à plusieurs problèmes ;
*Vérifiez le connecteur branché sur la carte driver, il arrive que le contact soit altéré ou sale, que la pin qui doit frotter sur le circuit imprimé soit détendue ou oxydée ou cassée par la chaleur créée par le passage de gros ampérages, vérifiez aussi les soudures du dessous.
*La panne ne se trouve pas dans la commande mais dans la détection du contact de mise en marche ; faites vos tests détectez un problème d’échantillonnage des contacts.
*Il arrive que lors d’un claquage de transistor celui-ci produit un gros court-circuit qui entraîne dans sa destruction le « verrou ». Il faudra changez votre TTL qui pilote le transistor. Parfois cela remonte malheureusement jusqu’au PIA, un gros pavé de 40 pattes qui gère les commandes pour ses changements si vous n’avez ni les compétences requises ni le matériel nécessaire adressez-vous à des électroniciens qualifiés.
*Sur certaines marques comme Gottlieb les transistors en boîtier T03 (ovale) sont fixés sur des circuits imprimés par deux visses, les vibrations du flipper les desserrent et le transistor se met en oscillation chauffe et fait chauffer la bobine puis tout brûle. Donc resserrez régulièrement les visses de ces transistors.
*Les pannes citées ne sont pas exhaustives mais vous montrent une majorité d’incidents.
*Voilà quelques bonnes explications qui vous permettront de comprendre et d’intervenir sur vos jeux ;
*Salutations Marc !