Lionel Model Train Transformers: Solicitud de explicaciones sobre cómo funcionan las cosas en el interior

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Lionelesunaempresaquefabricajuegosypiezasdeferrocarrilesmodelo.Tengoalgunosdesusproductos"O-gauge" y quiero aprender más sobre cómo funcionan los transformadores.

Arriba hay un esquema del transformador por un entusiasta del tren. Lionel no dispone de esquemas.

Los transformadores son en realidad 'controladores', ya que hacen más que solo transformar el voltaje. También proporcionan tres botones de "activación" diferentes:

1) Dirección: una pulsación de botón cambia la dirección de la locomotora con cada pulsación de botón, Adelante a Neutro a Reversa a Neutral a Reversa, etc.

2) Campana: una pulsación de botón activa el sonido de la campana. Una segunda pulsación apaga la campana. Esto sucede porque al presionar un botón "se agrega corriente DC a la salida", lo que "cambia la forma de la onda sinusoidal de CA". (De la forma de onda sinusoidal a la forma de 'aleta de tiburón')

3) Silbato: interruptor momentáneo que hace que el silbato suene mientras se presiona el botón. Esto también sucede porque al presionar un botón "se agrega corriente DC a la salida", lo que "cambia la forma de la onda sinusoidal de CA". Pero este mod de onda sinusoidal es diferente del cambio de onda sinusoidal del botón (2).

No estoy interesado en la función electrónica del control de dirección (1). La dirección también se controla al reducir el voltaje a 0 a través de la manija de control de voltaje. El botón parece ser un control redundante del suministro de voltaje, y probablemente sea solo un interruptor de interrupción momentánea. En cualquier caso, eso no es lo que me interesa aprender.

Lo que realmente me interesa es lo que hacen los otros botones que hacen de forma electrónica y eléctrica.

Ya sé que al presionar (2) o (3) se agrega corriente continua a una señal de CA. O al menos eso es lo que pienso sé por lo que puedo buscar en Google. Y esa corriente de CC superpuesta a la corriente de CA es lo que distorsiona la onda sinusoidal de CA.

De alguna manera, es la forma de la onda sinusoidal la que activa los sonidos, o DC en las pistas que activan los sonidos, o alguna combinación de las dos. He leído mucho que no está claro o parece contradictorio en Google-land.

También he leído que cuando se presionan los botones de control de sonido, el 18v AC recibe un 'impulso' de alguna manera para permitir una entrega constante de potencia al motor de la locomotora (por lo tanto, no hace que la locomotora disminuya la velocidad cada vez que suena la alarma). silbato).

Pero realmente no entiendo lo que está pasando aquí ... Todo se hace a través de un procesador en un chip en la placa de circuito dentro del transformador y estoy muy por encima de mis límites de comprensión.

Entonces ...

¿Puede alguien, por favor, darme una explicación paso a paso de lo que realmente sucede al presionar (2) o (3)?

¿Una explicación comprensible para alguien con un conocimiento muy limitado de la electrónica?

Gracias.

    
pregunta 111936

2 respuestas

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No sabía mucho sobre esto: de niño tenía un set de Lionel, pero tenía una única palanca de control de tipo variac. Aunque no es demasiado difícil de descubrir.

La unidad que muestres tiene dos controlado por fase triacs Q1 / Q2. Una es alimentar accesorios (una tensión de CA variable que asumo que el operador configura para controlar el brillo de las luces estacionarias y similares), y la otra alimenta la pista (una tensión de CA variable con compensación de CC momentánea de polaridad positiva o negativa) agregada Y la función de interrupción momentánea.

Normalmenteenuncontroldefase,comounreguladordeluzdelaviejaescuela,esdeseablemantenerlasimetríaentrelossemiciclospositivoynegativo.EnelcasodelesquemadeLionel,sepuedeintroducirdeliberadamenteunaasimetríaparaactivarunodelosdosdispositivosenlalocomotora,dependiendodelapolaridaddelcontenidodeCCresultante.Haydospolaridadesposiblesdedesplazamiento,porloquesepuedencontrolardosdispositivos(silbatoycampana).

Laasimetríamencionadaanteriormenteseintroducecompletamentealsincronizarlospulsosdedisparoaltriac.Elmodeloencuestiónaparentementefuncionasoloconunapotenciade60Hzsolamente,porloqueeltiempodelosimpulsosdeactivaciónesunretrasodesdeelcruceporcerodecasinadahasta1/120segundosoaproximadamente8.3milisegundos.LaMCUfuncionaconunrelojdecristalde1MHz,porloquelasincronizaciónprecisaesparticularmentefácil.

ElMCUdetecta( microcontrolador ) a través de R13 / C14 y está bloqueado por el diodos antes de ser alimentados a un pin de puerto de entrada MCU.

La MCU dispara los triacs a través de los pulsos producidos en los pines 7 y 11. La corriente total de los accesorios y la pista (solo semiciclos positivos) se monitorea a través de la resistencia de derivación R8 y el op-amp LMV358. Puede medir corrientes máximas de hasta aproximadamente 14A. El diodo Schottky en el pin 3 sujeta la entrada para que no pueda ir demasiado lejos del suelo. El pot principal de 250K \ $ \ Omega \ $ (B = taper lineal) se alimenta a un pin de entrada de convertidor de analógico a digital MCU.

Para obtener un componente de CC, uno de los pulsos debe ser posterior al otro. Para mantener una tensión de CA aproximadamente constante en el motor de la locomotora, la sincronización debe ajustarse para ambos impulsos, uno retardado y otro avanzado, que solo será posible si la velocidad es suficientemente inferior al 100% (o superior al 0%, que es probablemente no sea un problema).

Creo que la inversión se logra al interrumpir la energía de la locomotora momentáneamente para cambiar la dirección. Nuevamente, este es el tiempo de los pulsos a uno de los triacs, interrumpiéndolos por un corto tiempo.

De todos modos, la magia está prácticamente en el firmware de la MCU, aunque cualquiera con las habilidades apropiadas de microcontroladores y un osciloscopio podría duplicar esta funcionalidad.

Referencias:

  1. CW-80 Manual

  2. Patente de Estados Unidos 2155343 Sistema de control remoto, Método y aparato 1939

respondido por el Spehro Pefhany
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El transformador original era un transformador de cambio de tomas bajo carga (TCUL) que modificó el número de bobinas del lado secundario. Este tipo de transformador es el transformador predominante utilizado para la distribución del sistema de energía que se ve en muchas subestaciones. También se les llama cambio de tomas en línea (OLTC). El "golpe" para activar el silbato o cambiar de dirección era el método menos costoso, en ese momento, para enviar un comando. El cambio de tomas más reciente se realiza mediante dispositivos electrónicos de potencia conocidos como equipos de transmisión de CA flexible. La versión más reciente es un dispositivo AC-DC-AC para agregar un cambio de fase a través de la electrónica de potencia para controlar el flujo en una línea de transmisión individual. El otro enfoque para controlar los trenes modelo era inyectar una señal armónica en la parte superior de la señal de CA que luego podría filtrarse para activar un dispositivo. La inyección de la portadora de la línea eléctrica (PLC) original se realizó mediante un circuito basado en tubos. El concepto de PLC todavía se utiliza en los sistemas de energía y en muchos hogares hoy en día. La complejidad ha aumentado gracias a los circuitos integrados y MCU.

    
respondido por el G Sheble

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