Для приведения в действие моделей локомотивов и управления их движением служат понижающий трансформатор, выпрямитель, регулятор напряжения и переключатель полярности тока. Последовательность включения элементов в цепь после трансформатора можно менять или объединять их в зависимости от конструкции применяемых узлов. Заводы, изготавливающие модели железных дорог, выпускают специальные блоки управления, в которых, кроме приведённых узлов, имеется ещё защита выходных цепей от короткого замыкания. На рис. 82 показаны блоки управления производства фирмы «Piko» и завода «Ужгород-прибор». Технические характеристики на выводах вторичных обмоток блоков управления следующие:
Тип блока управления МЕ005 «Экспресс» («Ужгород-прибор») ПУ («Счётмаш») STr 16/4 * Напряжение постоянного тока, В 2-12 0-9 0-12 - Регулировка напряжения Плавная - Максимальный постоянный ток, А 1,2 0,4 0,5 - Напряжение переменного тока, В 16 - 16 16 Максимальный переменный ток, А 1,2 - 0,5 4,0
* Защита цепей от короткого замыкания отсутствует.
Рис. 82. Блоки управления типов МЕ005, БП-1 и «Экспресс»
Блоки управления МЕ005 и ПУ завода «Счётмаш» являются универсальными; они предназначены для управления электродвигателями моделей локомотивов, обеспечения работы электроприводов и средств автоматики. Блок типа «Экспресс» обеспечивает только электропитание моделей подвижного состава, а блок типа STr 16/4 — только работу электроприводов и средств автоматики. Для электропитания моделей железных дорог можно использовать и другие, аналогичные по своим характеристикам блоки управления. При выборе блока управления основное внимание следует обращать на значение потребляемого тока, так как превышение его приводит к перегрузкам, выключениям электропитания, а в конечном счёте — к выходу из строя блока управления.
В качестве примера познакомимся с работой наиболее распространенного блока управления типа МЕ005 (рис. 83), который предназначен для включения в сеть напряжением 127 или 220 В с частотой 50 Гц. Значение напряжения сети указано на нижней панели блока. На верхней панели блока имеется ручка регулятора напряжения. Светофильтры красного цвета предназначены для сигнализации о коротком замыкании в выходных цепях. На передней — торцовой панели имеются две пары зажимов, обозначенные «Bahn» (железная дорога) и «Zubehör» (принадлежности). Дно и крышка блока соединены винтами со специальными шлицами, чтобы сделать токоведущие части недоступными.
Рис. 83. Принципиальная электрическая схема блока управления типа МЕ005:
X — ввод от сети 220 В (127 В); TV1 — первичная обмотка трансформатора; TV2 — вторичная обмотка трансформатора для цепи «принадлежности»; XT1 — зажимы цепи «принадлежности» (переменный ток напряжением 16 В); FR1 — токовая защита цепи «принадлежности»; Е1 — сигнальная лампа перегрузки (короткого замыкания) цепи «принадлежности»; TV3 — вторичная обмотка трансформатора для цепи «железная дорога»; XA — скользящий контакт для плавной регулировки напряжения цепи «железная дорога»; SA — переключатель полярности цепи «железная дорога» (при среднем положении ручки управления выключает цепь); FR2 — токовая защита цепи «железная дорога»; Е2 — сигнальная лампа перегрузки (короткого замыкания) цепи «железная дорога»; XT2 — зажимы цепи «железная дорога» ( постоянный ток напряжением 0 — 12 В); UZ — двухполупериодный выпрямитель цепи «железная дорога»
В понижающем трансформаторе блока управления имеются одна первичная и три вторичные обмотки, не зависимые друг от друга. От вторичной обмотки TV2 переменный ток напряжением 16 В подаётся на зажимы XT1 (принадлежности). Защиту от коротких замыканий цепи осуществляет биметаллическая пластина FR1, параллельно которой включена лампа Е1.
Когда ток не превышает допустимого значения, лампа Е1 не горит, так как сопротивление спирали лампы значительно больше сопротивления биметаллической пластины и ток проходит через последнюю. При коротком замыкании или при перегрузке цепи через биметаллическую пластину протекает ток больше расчётного, что вызывает её нагрев и изгиб. Пластина установлена так, что при изгибе разрывает цепь и лампа Е1 оказывается единственным потребителем тока в цепи. Горение лампы сигнализирует о коротком замыкании цепи. Причина короткого замыкания должна быть немедленно выявлена и устранена. После устранения неисправности биметаллическая пластина охлаждается и её контакты замыкают цепь.
Вторичные обмотки TV3 трансформатора вместе со скользящими контактами XA служат для получения напряжения от 0 до 12 В. Изменение напряжения скользящим контактом регулятора происходит почти плавно. Управляют скользящим контактом ручкой регулятора, которая связана с переключателем (коммутатором) SA, изменяющим полярность напряжения в соответствии с поворотом ручки. Селеновый двухполупериодный выпрямитель UZ, биметаллическая пластина FR2, сигнальная лампа Е2 и выводы XT2 (железная дорога) образуют цепь постоянного тока блока управления.
В макетах, где имеется большое количество электроприборов — систем автоматики, стрелочных переводов и ламп освещения, рекомендуется для их питания иметь несколько трансформаторов (блоков), чтобы цепи были самостоятельными, не связанными друг с другом. Данная рекомендация вызвана особенностями конструкции и работы некоторых электроприборов, которые рассчитаны на кратковременное потребление большого тока. Так, при одновременном включении нескольких стрелочных переводов или реле сигнализации возникает значительное понижение напряжения, в результате чего электроприводы могут не сработать и на макете произойдет авария. Кроме того, в такие моменты мигают осветительные лампы.
Чтобы избежать перегрузок, необходимо иметь несколько трансформаторов или один трансформатор с несколькими вторичными обмотками. Если нет готового трансформатора соответствующей мощности, то его можно рассчитать и изготовить в домашних условиях.
Расчёт трансформатора начинают с определения его мощности, которая равна произведению напряжения на ток первичной обмотки или сумме мощностей всех вторичных обмоток (без учёта потерь), т. е. мощности Р, первичной и вторичной обмоток должны быть одинаковы. Потери в данном случае незначительны и при расчёте ими можно пренебречь. Математически эта взаимосвязь выражается формулой
Ps = UпIп = ( Uв1Iв1 ) + ( Uв1Iв1 ) + ... + ( UвnIвn ),
где Uп , Uв — напряжение соответственно первичной и вторичной обмоток, В; Iп,Iв, — ток соответственно первичной и вторичной обмоток, А.
При расчёте потребляемой мощности условно принимают, что микроэлектродвигатели моделей локомотивов потребляют постоянный ток 0,15 — 0,2 А напряжением 12 В. Соленоидные электроприводы стрелочных переводов, сигналов и средств автоматики при включении потребляют переменный ток до 2 А напряжением 16 В. Рекомендуется предусматривать в схемах одновременное включение не более 2 — 3 приводов. Ток, потребляемый лампами освещения, принимается в соответствии с их характеристиками.
Определив мощность трансформатора, рассчитывают площадь сечения магнитопровода
Геометрическое сечение магнитопровода должно быть несколько больше, так как магнитопровод состоит из множества тонких пластин, изолированных друг от друга. Чтобы получить геометрическое сечение магнитопровода, необходимо в приведённую формулу ввести коэффициент. Для небольших трансформаторов коэффициент, учитывающий толщину изоляции отдельных пластин, равен ~ 0,86. Следовательно,
F' = 0,86F = 0,86ab
где F — геометрическое сечение магнитопровода, см2, а — при Ш-образной пластине — ширина средней стойки пластины и при П-образной пластине — ширина одной из стоек, см; b — толщина пакета набранных пластин, см.
Сердечник магнитопровода набирают из отдельных пластин трансформаторной стали. Пластины используют от старых трансформаторов радиоприёмников, телевизоров и др. В зависимости от формы магнитопровода сердечника трансформаторы бывают стержневого и броневого типов (рис. 84). Сборку магнитопровода осуществляют после намотки катушек.
