Surse moderne de energie în lumea căii ferate model

Dezvoltarea tehnologiei în lumea modelelor de cale ferată este de asemenea de neoprit. Astfel, nu numai că modelele au devenit mai bune și mai frumoase, dar și designul lor interior s-a schimbat foarte mult în ultima vreme. Astăzi, tot mai multe fabrici sunt mândre să anunțe că au reușit să dezvolte și să încorporeze motoare mai bune decât mai bune în modelele lor. Evident, acest miracol nu dăunează motoarelor dacă este disponibilă și tensiunea corectă de alimentare. Multe motoare scumpe și excelente pot fi distruse dacă modelatorii nu țin cont de acest lucru.

În articolul de mai jos, voi încerca să rezum ce este folosit și în modelarea modernă.

În primul rând, să ne uităm la ce surse de alimentare sunt necesare:

Modelele de cale ferată sunt împărțite în 2 grupe principale din punct de vedere electric:

Modele AC - AC - aceasta este o rămășiță a epocii eroice, când nu exista o tehnologie utilizabilă pentru DC sau un magnet adecvat. Astăzi este utilizat în principal de Märklin și de câteva fabrici nostalgice la scară mai mare (Lionel, American Flyer etc.)

Control DC. Aceasta este majoritatea, iar motoarele moderne de astăzi oferă aproape fără excepție cea mai bună putere DC. Magneții moderni și de înaltă calitate au cauzat o creștere uriașă a performanței în ultimii ani.

Din moment ce modelele de curent alternativ, cu excepția Germaniei, apar cu greu, voi prefera să vorbesc despre tipurile de curent continuu. În plus, Märklin încorporează deja un motor DC în multe dintre modelele sale și îl integrează electronic în sistemul de curent alternativ.

Să vedem care sunt problemele cu modelul de tren:

· Control optim al diferitelor motoare

· Control independent de performanță

· Bandă de control foarte largă (min - viteză maximă)

· Cartografierea mișcării trenurilor reale (accelerație, inerție, decelerare etc.)

· Control cu elemente externe (PC, telecomandă etc.)

Control optim al motoarelor:

Există două tipuri de motoare în modelele DC:

1. Motor cu stator magnetic convențional. Aici, doi magneți puternici excită câmpul magnetic necesar în care se rotește rotorul cu bobine formate din placă de fier. Rotorul poate avea 3 sau mai mulți poli. Motoarele moderne sunt în mare parte cu 5 poli. Astfel de motoare sunt „blocate” magnetic în câmpul magnetic puternic, adică, atunci când motorul nu este energizat, rotația rotorului nu este uniformă și pot fi detectate obstacolele generate de câmpul magnetic. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că, dacă deconectăm tensiunea de la motor, aceasta se va opri într-un timp foarte scurt, deoarece magnetul îl frânează. Aceasta este o proprietate foarte dezavantajoasă dacă de ex. există un volant pe motor, deoarece energia colectată în el nu va fi utilizată pentru mișcare, ci pentru a depăși fricțiunea magnetică.
Acest efect a fost atins acum în așa-numitul. proiectarea motorului cu caneluri oblice. Acest motor este aproape identic cu motoarele bine-cunoscute, doar polii/bobinele rotorului sunt ușor răsucite. Acest motor este deja mult mai puțin sensibil la câmpul magnetic, adică rotația sa este mult mai lină și se rotește mult mai mult fără curent. Toate celelalte caracteristici ale sale sunt apropiate de cele ale motoarelor normale.

2. Diferite modele încorporează un alt tip de motor. Acest așa-numit motor instrument cu înfășurare clopot. Acest lucru este deja foarte diferit de motoarele cunoscute. Aici magnetul se află în mijlocul motorului, în timp ce rotorul nu are fier și înconjoară magnetul cilindric din exterior. Masa rotativă a motorului este mult mai mică, deoarece constă doar din înfășurare, nu are inerție și nu reacționează la câmpul magnetic (nu are fier în el). Fricțiunea unui astfel de motor este un ordin de mărime mai mic decât cel al motoarelor normale, ceea ce înseamnă, de asemenea, că pornește la o tensiune mult mai mică, răspunde mai bine la schimbările de tensiune și poate schimba direcția foarte repede în absența inerției (un caracteristică importantă pentru roboți, camere foto etc.). Prin urmare, acest tip de motor este potrivit numai pentru modelele de cale ferată în anumite condiții.

Din punct de vedere electric, motorul de tip 1 necesită o tensiune de pornire mai mare, este mai încărcabil și este mai puțin sensibil la suprasarcină. Acest tip de motor preferă curentul continuu pulsatoriu (nefiltrat) deoarece pulsația facilitează trecerea părții mobile prin obstacole magnetice. Un motor de tip 2 se mișcă la o tensiune mult mai mică (nu este neobișnuit ca o valoare de 0,1 V să fie utilizată la motoarele utilizate pe modelele de căi ferate) atunci când este încărcat, inductanța sa este mult redusă și curentul mare poate distruge rapid motorul. Este dificil de produs pentru tensiuni mai mari, deoarece rotorul ar trebui să fie înfășurat dintr-un fir foarte fin, ceea ce ar crește foarte mult costurile deja ridicate. Acest tip de motor funcționează mult mai bine cu curent continuu „neted” decât cu alte tipuri de curenți.

Din cele spuse până acum, se poate vedea cu ce probleme au trebuit să se confrunte modelele fabricilor feroviare pentru ca modelele lor să poată fi controlate corespunzător. În plus, există de obicei doar unul sau două tipuri de panouri de comandă în programul lor pentru adesea zeci de vehicule de remorcare diferite (de la locomotive mici cu un singur motor până la vagoane cu mai multe motoare, locomotive).

Un alt indicator care caracterizează calitatea surselor de alimentare se numește factorul controlabil. Acest indicator caracterizează cât de fin poate fi controlată mișcarea modelului. Un potențiometru este în mod normal de aprox. Poate fi rotit la un unghi de 300 de grade. Astfel, cu cunoașterea vitezei minime și maxime, se poate calcula rata de schimbare a vitezei după un anumit grad de deplasare. Există, de asemenea, soluții speciale care încorporează potențiometre mai bune, care pot fi rotite la un unghi mai mare de 300 de grade. Au existat soluții aparent foarte simple care comutau tensiunea de ieșire cu un comutator multipol. Un astfel de control este numit discret deoarece tensiunea variază în funcție de gradele date. În cazul întrerupătoarelor, cca. Cu scări de 2V. În plus, transformatorul este, de asemenea, foarte complicat, deoarece trebuie realizată o mulțime de ieșire pe bobina secundară (min 2 per Volt). Desigur, în astfel de cazuri nu s-a pus problema reglementării continue.

Primele surse de alimentare au fost lansate în următorul proiect electric:

Sursa de alimentare prezentată în fiecare figură este acum un clasic. Aici, un contact rulează pe secundarul transformatorului și scoate tensiunea dorită, care este apoi rectificată și trecută printr-o siguranță, de obicei bimetalică, la comutatorul de direcție. Acest comutator poate forma o unitate mecanică cu contactul (butonul de control), caz în care vorbim despre controlul cu un singur buton.

Singurul dezavantaj major al acestei soluții este designul mecanic, deoarece transformatorul trebuie proiectat astfel încât bobina secundară să acopere întreaga gamă de control (0-14V) într-un singur strat. Aceasta nu este o sarcină ușoară și poate necesita soluții speciale, de ex. pentru înfășurare dublă, astfel încât contactul să nu provoace un scurtcircuit în bobină. Desigur, o astfel de unitate de control nu poate oferi niciun lux și poate oferi doar un control foarte dur.

Acest lucru este eliminat de a doua soluție, unde un transformator normal furnizează 14 V c.a., care este controlat de un redresor și apoi de un circuit electronic. O astfel de soluție este acum mult mai ieftină decât prima. În astfel de cazuri, comutatorul de direcție este, de asemenea, folosit pentru a fi separat. Dezavantajul este că este posibilă schimbarea direcției la viteză maximă, ceea ce nu este foarte asemănător modelului și chiar foarte dăunător locomotivelor. Această soluție electronică oferă un control mult mai fin și ne putem controla trenul cu o rezoluție de până la 0,5V.

În funcție de designul electronicii, poate fi o soluție foarte simplă (unul sau două tranzistoare, dar poate fi chiar un design IC cu alte funcții puternice). Electronica este adesea completată cu protecție electronică la suprasarcină (Figura 3). Acest lucru protejează sistemul de daune provocate de suprasarcină.

Astfel de surse de alimentare asigură de obicei un curent continuu de tensiune alternativă lină sau, eventual, un curent continuu pulsatoriu al cărui nivel poate fi variat, a cărui frecvență este aceeași (sau dublă) cu cea de la rețea.

Acest tip de sursă de alimentare are proprietăți mai bune decât versiunea mecanică descrisă (desigur, dacă este proiectată pentru aceeași performanță), dar are adesea un efect mai slab asupra modelelor, deoarece electronica simplă utilizată mărește rezistența internă a sursei de energie, care este nu este favorabil pentru tracțiunea pe șine. (La o cursă ascendentă, căderea de tensiune peste rezistorul intern este mai mare, ceea ce reduce și mai mult tensiunea de ieșire, astfel încât trenul încetinește și mai mult.)

Versiunile electronice mai bune sunt, prin urmare, completate cu un stabilizator care urmărește consumul de curent și apoi reglează tensiunea de ieșire în consecință. Astfel de panouri de control reduc automat tensiunea de ieșire atunci când trenul pornește pe o pantă sau o mărește atunci când trenul urcă. Există, de obicei, un singur defect în astfel de electronice, încât doar câteva locomotive tipice au un sistem în elementul lor și, de ex. vagoane iluminate, mai multe locomotive cu motor înclină de obicei circuitul din propriul echilibru și fie nu reglează corect, fie pur și simplu este supraîncărcat. Multe surse de alimentare cu marcă de model sunt astfel, deoarece consumul de energie al modelelor poate fi verificat acolo (care este un parametru de bază pentru circuitele de control). Nu știu ce să facă cu iluminatul.

În circuitele potrivite, sarcina poate fi setată separat, astfel încât să putem ajusta în mod optim parametrii circuitului pentru fiecare tren. Astfel de electronice sunt prezentate în Figura 4. În acest sistem, accelerația, decelerarea, inerția locomotivei (trenului) și viteza dorită pot fi setate cu potențiometre separate. De multe ori, în loc de butonul principal, sunt utilizate două butoane pentru a accelera sau a decelera trenul. Există, de asemenea, un buton de frână de urgență, care este esențial chiar și pe un model de tren.

Odată ce și celelalte electronice modelează inerția și sarcina, se poate realiza un control foarte eficient al locomotivei. Decuplarea sarcinii este realizată de blocul LC, care monitorizează schimbarea tensiunii de ieșire și compensează automat modificarea acesteia. Cu o astfel de sursă de energie, locomotivele circulă pe șină cu aproape viteza stabilită, aproape complet independent de sarcină. Pe ghișeele de lux, un afișaj arată viteza setată.

Blocul VC controlează comutatorul de direcție, a cărui funcție principală este de a ne asigura că nu putem schimba direcția unui tren în mișcare fără să vrem. Aceasta monitorizează tensiunea de ieșire și, până când este zero, nu permite comutarea releului încorporat.

Cele mai moderne piese ale acestui tip de unitate de control sunt deja echipate cu un microprocesor. Aceste sisteme elimină erorile datorate împrăștierii în sistemele analogice și înlocuiesc multe potențometre cu butoane. Butoanele pot fi utilizate pentru a programa sistemul, iar microprocesorul stochează fiecare setare. În acest caz, am revenit la controlul discret (de comutare), deoarece tensiunea de ieșire nu se modifică continuu, ci în etape. Cele mai ieftine soluții au cel puțin 16 pași, adică aprox. 1V înseamnă schimbare pe pas. Sursele de alimentare de ultimă generație funcționează cu 128 de trepte de viteză, ceea ce permite deja un control foarte fin (controlul inimaginabil cu un potențiometru). În plus, un astfel de sistem este deja compatibil cu computerele, astfel încât poate fi conectat la orice computer relativ ușor.

O astfel de unitate de control modernă este echipată cu tot felul de luxuri, de ex. conector pentru telecomandă (Walk Around Control), aPC, chiar contacte etc. Și pentru el.

Pentru telecomandă (WAC), este important să conectați cât mai puține circuite, deoarece cablurile și conectorii multipolari sunt scumpi, groși și grei. Știu o soluție în care un cablu cu 3 nuclee oferă, de asemenea, control complet. Bineînțeles, deconectarea telecomenzii de la priză sau conectarea acesteia nu ar trebui să provoace nicio modificare în cursa trenului.

Conectorul PC vine de obicei cu un software care vă permite să controlați consola prin intermediul unui PC. Eventual, un protocol deschis permite, de asemenea, o anumită integrare, adică un alt program de control al tabelelor de câmp pentru comutatoare, indicatoare etc. puteți controla mișcarea trenurilor în funcție de poziția dvs. Astăzi, știm despre sistemele în care trenurile sunt prevăzute cu un cod de bare, care este utilizat pentru a scana trenul pentru un control optim și pentru a transfera trenul în direcția corectă. Desigur, nu pot pregăti un software atât de complicat, dar modelatorii înșiși trebuie să petreacă multe, multe ore în spatele ecranului.

Sistemele au adesea un conector de contact care permite controlul derivei curate a sistemului DC (pista buclă). Contactul încorporat comută direcția sursei de alimentare în două moduri (programabile). Fie ca trenul să treacă prin buclă fără oprire, fie cu o oprire intervenită, controlată în timp. Desigur, oprirea este o decelerare continuă, startul este o accelerație continuă. Pot exista chiar contacte pentru a controla viteza.

După cum se poate observa, în lumea microprocesoarelor, doar mintea umană poate forma orice obstacol și toate dorințele pot fi îndeplinite acum sau în viitorul previzibil. Nici nu este întotdeauna adevărat că la un preț inaccesibil. Numai noutățile tind să fie foarte scumpe, în timp ce o altă fabrică stabilește un nou standard cu o soluție similară, dar mai ieftină. De asemenea, decodificatoarele moderne de control ale modelelor digitale au evoluat și din aceste surse de alimentare. Aceste mici electronice au o sursă completă de energie, așa cum este descris în ultimele capitole, adăugând că există și o interfață care ține legătura cu unitatea centrală. Toți parametrii pot fi programați (așa-numiții parametri CV). Adică, puteți regla accelerația, viteza maximă etc. a locomotivei. Deci, locomotiva ia cu sine panoul de control. Dar acesta este deja subiectul unei lumi diferite și a unei descrieri diferite.

Transformatoare din fabrică după construcție: (lista nu este completă).

Figura 1: FZ1, F2, TITAN, ROCO, MEHANO, TRIX

Figura 2: ROCO, GAUGEMASTER, ATLAS, ARNOLD

Figura 3: ATLAS, MRC Railpower, GAUGEMASTER

Figura 4: ROCO ASC, GAUGEMASTER, MRC Tech II