1. Пристрої електроживлення рухомого складу, засобів автоматики і освітлення

Значення напруги і рід струму для приведення в дію моделей рухомого складу, управління рухом поїздів, роботи пристроїв автоматики і освітлення макета визначені нормами NEM 611, 621, 630 і 631, які необхідно суворо дотримуватися. Перед тим як почати розгляд окремих електричних схем та їх монтаж на макеті, необхідно вивчити основні правила електробезпеки при роботі з електроустановками.Кожен моделіст повинен пам'ятати, що при недотриманні цих правил він піддає себе і оточуючих на небезпеку травмування електричним струмом, і, крім того, не виключена можливість виникнення пожежі. Першоджерелом електроенергії є електрична мережа змінного струму напругою 127 або 220 В. Для зниження напруги застосовують трансформатори, які мають електрично непоєднані первинні і вторинні обмотки. Для зниження напруги забороняється застосовувати автотрансформатори, так як один з висновків їх вторинної обмотки перебуває під потенціалом живильної мережі, тобтоміж виходять проводом і землею (водопроводом, цементною підлогою, трубами центрального опалення та ін) є напруга живильної мережі.

Для освітлення макета і окремих споруд не можна застосовувати послідовне з'єднання електричних ламп з живленням від мережі (по типу ялинкових гірлянд) — це так само небезпечно, як і застосування автотрансформаторів. Всі розетки, вилки, проводи, шнури й електроприлади повинні бути справні і мати надійну електроізоляцію. Всі з'єднання повинні бути надійно ізольовані і закриті так, щоб виключалась можливість випадкового дотику до струмоведучих деталей.Слід правильно добирати переріз проводів, так як в разі застосування дроту малого перетину (наприклад, телефонного), при підвищеному навантаженні (живлення декількох локомотивів, великої кількості освітлювальних ламп або виникнення короткого замикання) відбудеться сильне нагрівання проводів, що може призвести до виникнення пожежі.

Запобіжники, застосовувані в електросхемі, повинні бути справні. Згорілий запобіжник слід замінити новим, розрахованим на такий же номінальний струм. Ремонтувати його забороняється. Наведені заходи безпеки є обов'язковими і кожен моделіст повинен суворо їх дотримуватися.

Під час монтажу електроустаткування макета потрібна перевірка ланцюгів живлення контрольно-вимірювальними приладами. Такі перевірки необхідні і в процесі експлуатації макета, коли потрібно виявити і усунути будь-яку несправність. Для перевірки ланцюгів необхідно мати вольтметри і амперметри з межами вимірювання відповідно до 30 і до 10 А призначені для виміру змінного і постійного струму. Найбільш зручні універсальні прилади — тестери (авометры), за допомогою яких можна вимірювати напругу, струм і опір.Моделістам можна рекомендувати тестери типу ТТ-1 або Ц-435.

Для приведення в дію моделей локомотивів та управління їх рухом служать понижуючий трансформатор, випрямляч, регулятор напруги і перемикач полярності струму. Послідовність включення елементів в ланцюг після трансформатора можна змінювати або об'єднувати їх в залежності від конструкції вживаних вузлів. Заводи, що виготовляють моделі залізниць, випускають спеціальні блоки управління, в яких, крім наведених вузлів, є ще захист вихідних ланцюгів від короткого замикання. На рис. 82 показано блоки управління виробництва фірми «Piko» і заводу «Ужгород-прилад».Технічні характеристики на висновках вторинних обмоток блоків керування наступні:

* Захист ланцюгів від короткого замикання відсутня.

Рис. 82. Блоки управління типів МЕ005, БП-1 і «Експрес»

Блоки управління МЕ005 і ПУ заводу «Счетмаш» є універсальними; вони призначені для керування електродвигунами, моделей локомотивів, забезпечення роботи електроприводів і засобів автоматики. Блок типу «Експрес» забезпечує тільки електроживлення моделей рухомого складу, а блок типу STr 16/4 — тільки роботу електроприводів і засобів автоматики. Для електроживлення моделей залізниць можна використовувати й інші, аналогічні за своїми характеристиками блоки управління.При виборі блоку управління основну увагу слід звертати на значення споживаного струму, так як перевищення його призводить до перевантажень, вимиканням електроживлення, а в кінцевому рахунку — до виходу з ладу блоку управління.

В якості прикладу познайомимося з роботою найбільш поширеного блоку управління типу МЕ005 (рис. 83), який призначений для включення в мережу напругою 127 або 220 В з частотою 50 Гц. Значення напруги мережі зазначено на нижній панелі блоку. На верхній панелі блоку є ручка регулятора напруги. Світлофільтри червоного кольору призначені для сигналізації про короткому замиканні у вихідних ланцюгах. На передній — торцевій панелі є дві пари затискачів, позначені «Bahn» (залізниця) і «Zubehor» (приналежності).Дно і кришка блоку з'єднані гвинтами зі спеціальними пазами, щоб зробити струмопровідні частини недоступними.

Рис. 83. Принципова електрична схема блоку керування типу МЕ005:

X — enter від мережі 220 В (127); TV1 — первинна обмотка трансформатора; TV2 — вторинна обмотка трансформатора для ланцюга «приналежності»; XT1 — затискачі кола «приналежності» (змінний струм напругою 16); FR1 — струмовий захист ланцюга «приналежності»; Е1 — сигнальна лампа перевантаження (короткого замикання) ланцюга «приналежності»; TV3 — вторинна обмотка трансформатора для ланцюга «залізниця»; XA— ковзний контакт для плавного регулювання напруги ланцюга «залізниця»; SA — перемикач полярності ланцюга «залізниця» (при середньому положенні ручки керування вимикає ланцюг); FR2 струмовий захист ланцюга «залізниця»; Е2 — сигнальна лампа перевантаження (короткого замикання) ланцюга «залізниця»; XT2 — затискачі кола «залізниця» ( постійний струм напругою 0 — 12 В); UZ — двухполуперіодний випрямляч ланцюга «залізниця»

В знижувальному трансформаторі блоку управління є одна первинна і три вторинні обмотки, не залежні один від одного. Від вторинної обмотки TV2 змінний струм напругою 16 В подається на затискачі XT1 (приналежності). Захист від коротких замикань ланцюга здійснює біметалева пластина FR1, паралельно якої включена лампа Е1.

Коли струм не перевищує допустимого значення, лампа Е1 не горить, так як опір спіралі лампи значно більше опору біметалевої пластини і струм проходить через останню. При короткому замиканні або при перевантаженні ланцюга через біметалічну пластину протікає струм більше розрахункового, що викликає її нагрівання і вигин. Пластина встановлена так, що при вигині розриває ланцюг і лампа Е1 виявляється єдиним споживачем струму в ланцюзі. Горіння лампи сигналізує про короткому замиканні ланцюга. Причина короткого замикання повинна бути негайно виявлена і усунена. Після усунення несправності біметалева пластина охолоджується і її контакти замикають ланцюг.

Вторинні обмотки TV3 трансформатора разом з ковзаючими контактами XA служать для отримання напруги від 0 до 12 Ст. Зміна напруги ковзним контактом регулятора відбувається майже плавно. Керують ковзним контактом ручкою регулятора, яка пов'язана з перемикачем (комутатором) SA, змінює полярність напруги у відповідності з поворотом ручки. Селеновий двухполуперіодний випрямляч UZ, біметалева пластина FR2, сигнальна лампа Е2 і висновки XT2 (залізниця) утворюють ланцюг постійного струму блоку управління.

В макетах, де є велика кількість електроприладів — систем автоматики, стрілочних переводів та ламп освітлення, рекомендується для їх живлення мати кілька трансформаторів (блоків), щоб ланцюги були самостійними, не пов'язаними один з одним. Дана рекомендація викликана особливостями конструкції і роботи деяких електроприладів, які розраховані на короткочасне споживання великого струму.Так, при одночасному включенні декількох стрілочних переводів або реле сигналізації виникає значне зниження напруги, в результаті чого електроприводи можуть не спрацювати і на макеті станеться аварія. Крім того, в такі моменти блимають освітлювальні лампи.

Щоб уникнути перевантажень, необхідно мати кілька трансформаторів або один трансформатор з кількома вторинними обмотками. Якщо немає готового трансформатора відповідної потужності, то його можна розрахувати і виготовити в домашніх умовах.

Розрахунок трансформатора починають з визначення потужності, яка дорівнює добутку напруги на струм первинної обмотки або сумі потужностей всіх вторинних обмоток (без урахування втрат), тобто потужності Р, первинної і вторинної обмоток повинні бути однакові. Втрати в даному випадку незначні і при розрахунку ними можна знехтувати. Математично цей взаємозв'язок виражається формулою

P_s = U_пI_п = ( U_в1I_в1 ) + ( U_в1I_в1 ) + ... + ( U_впI_вп ),

де U_п , U_в — напруга відповідно первинної та вторинної обмоток, В; I_п,I_в, — струм відповідно первинної та вторинної обмоток, А.

При розрахунку споживаної потужності умовно приймають, що микроэлектродвигатели моделей локомотивів споживають постійний струм 0,15 — 0,2 А напругою 12 Ст. Соленоїдні електроприводи стрілочних переводів, сигналів і засобів автоматики при включенні споживають змінний струм до 2 А напругою 16 Ст. Рекомендується передбачати в схемах одночасне включення не більше 2 — 3 приводів. Струм, споживаний лампами освітлення, приймається згідно з їх характеристиками.

Визначивши потужність трансформатора, розраховують площа перерізу магнітопроводу

Геометричне переріз магнітопровода повинно бути трохи більше, так як магнітопровід складається з безлічі тонких пластин, ізольованих один від одного. Щоб отримати геометричне переріз магнітопровода, необхідно в наведену формулу ввести коефіцієнт. Для невеликих трансформаторів коефіцієнт, що враховує товщину ізоляції окремих пластин, дорівнює ~ 0,86. Отже,

F' = 0,86F = 0,86ab

де F — геометричне переріз магнітопровода, см², а — Ш-подібної пластини — ширина середньої стійки пластини і при П-подібної пластини — ширина однієї зі стійок, см; b — товщина пакета набраних пластин, див.

Осердя магнітопроводу набирають з окремих пластин трансформаторної сталі. Пластини використовують від старих трансформаторів радіоприймачів, телевізорів та ін. В залежності від форми сердечника магнітопроводу трансформатори бувають стрижневого і броньового типів (рис. 84). Складання магнітопровода здійснюють після намотування котушок.

Рис. 84. Конструкції магнітопроводів:

а — стрижневий: б — броньовий

Такою величиною, необхідної для розрахунку трансформатора, є кількість витків на 1 напруги:

u_1в = 45 / F' .

Для первинної обмотки кількість витків

u_I = u₁U_п = 45U_п / F' .

При визначенні кількості витків для вторинних обмоток їх кількість збільшують на 5 — 10%, щоб компенсувати втрати:

u_II = (1,05 ? 1,1) u₁U_в = (1,05 ? 1,1) 45U_в / F' .

Далі визначають перетин дроту для кожної обмотки. При цьому вважають, що мідний дріт перетином 1 мм² може проводити струм не більше 2,5 А. Тоді

S = I / 2,5 ,

де S — перетин дроту, мм², I — необхідний струм, А.

При відсутності проводу розрахункового перерізу використовують дріт найближчого більшого перерізу. Після цього роблять перевірочний розрахунок для визначення: чи можна помістити всі витки на котушку трансформатора. Розрахунок проводять стосовно до наявних у наявності трансформаторним пластин. При розрахунку враховують переріз проводів, товщину ізоляції, кількість витків. Площа вікна пластини сердечника, куди поміщається котушка трансформатора, становить

F_min = 3( d₁²u₁ + d₂²u₂ + ... + d_n²u_n),

де d — діаметр проводів обмотки; u — кількість витків обмоток.

Для спрощення розрахунків можна скористатися основними параметрами трансформаторів невеликої потужності (від 10 до 150 Вт), наведеними в табл. 1.

Таблиця 1

Діаметр обмоточного проводу приймають в залежності від сили струму:

Первинні та вторинні обмотки намотують на каркас, який краще використовувати від того ж трансформатора, що і пластини. Однак при необхідності можна виготовити новий каркас з гетинаксу, текстоліту або цупкого картону. Конфігурація стінок каркаса зображена на рис. 85, а, б. Розміри каркасу визначають залежно від перерізу сердечника і вікон у пластинах. Зібраний каркас повинен щільно заходити на стійки пластин і бути досить міцним, щоб витримати зусилля при намотуванні дроти.

Спочатку намотують первинну обмотку. Витки укладають рівними щільними рядами. Намотування котушок можна робити вручну або за допомогою ручного дриля (рис. 85, в). Для цього за розміром вікна каркаса вирізають дерев'яний брусок і по його поздовжній осі вбивають цвях, вільний кінець якого затискають в патрон дриля. Дриль закріплюють у лещатах. Правою рукою обертають рукоятку дрилі, а лівою направляють на каркас провід, укладаючи його виток до витка з деяким натягом. Кожен укладений шар витків ізолюють від подальшого конденсаторної папером. Ширину конденсаторного паперу беруть на 3 — 5 мм більше ширини каркаса. Краї конденсаторного паперу надрізають (рис. 85, м), щоб добре ізолювати крайні витки. Між окремими обмотками ізоляцію підсилюють накладенням декількох шарів або застосуванням більш товстої конденсаторного паперу. При намотуванні вторинної обмотки, призначеної для живлення моделей локомотивів, не розриваючи провід, роблять висновки через певний розрахунком кількість витків, що відповідає напрузі 2 Ст. Всі висновки проводів обмоток ізолюють трубками з полівінілхлоридного пластикату і пропускають через отвори в бічних стінках каркаса.

При збірці пакету потрібно стежити за збереженням ізоляції, нанесеної на поверхні пластин. Для зменшення шуму при роботі трансформатора зібраний сердечник стягують шпильками.

Перед включенням у мережу зібраного трансформатора необхідно перевірити на пробій мегаомметром напругою 2500 В усі його обмотки між собою і магнітопроводом. Для цього один з проводів, що йдуть від мегаомметра, закріплюють на пластинах сердечника, а інший — на виведення однієї з обмоток. При обертанні рукоятки мегаомметра на сердечник і обмотку подається напруга. За свідченнями мегаомметра визначають опір ізоляції, яка не повинна бути менше 2 МОм. Закріплюючи проводу мегаомметра на висновках сусідніх обмоток, перевіряють опір ізоляції між ними.Перевірку опору ізоляції обмоток і сердечника може виконати будь-майстерня по ремонту радіоапаратури і побутових електроприладів.

Рис. 85. Виготовлення трансформаторних котушок;

а — деталі каркаса; б — каркас в зборі; в — намотування котушки; р — викрійка міжшарової ізоляції

Після перевірки в ланцюг живлення встановлюють запобіжники, розраховані на струм 0,5 — 1 А. Трансформатор включають у мережу спочатку без навантаження і залишають підключеним на 15 — 20 хв. При сильному нагріванні котушки необхідно розібрати весь трансформатор, зняти обмотки і знову перемотати, так як нагрів котушки свідчить про межвитковом замиканні в первинній обмотці. При перемотуванні трансформатора слід використовувати новий провід. Міжвиткові замикання можуть бути і на вторинних обмотках, що виявляється при тривалому включення вторинної обмотки на розрахункову, споживану навантаження.

На рис. 86 зображена принципова електрична схема саморобного блоку управління зі ступінчастим регулюванням вихідної напруги.

Рис. 86. Принципова електрична схема саморобного блоку управління:

X — штепсельний роз'єм; TV — трансформатор; SA — перемикач; RP — потенціометр; UZ— випрямляч; E2 — лампа червоного кольору; R — резистор короткого замикання; E1 — лампа зеленого кольору; S — перемикач полярності; S1, S2 — вимикачі; M1, M2 — навантаження (електродвигуни)

Для зміни напруги в блоці керування можна використовувати шестипозиційний перемикач галетного типу, до якого підключають проміжні висновки вторинної обмотки, призначені для живлення моделей локомотивів, відповідні напрузі 2 Ст.

Для перетворення змінного струму в постійний служать напівпровідникові випрямлячі: селенові, кремнієві або германієві, зібрані за певною схемою. Селенові випрямлячі являють собою стовпчики круглих, квадратних або прямокутних елементів, добір яких здійснюється з розрахунку, що на кожен елемент припадає напругу 20 В при струмі 40 мА на 1 см². Недоліками селенових випрямлячів є їх великий обсяг і втрата властивостей з часом.

Більш досконалими выпрямительными елементами є кремнієві або германієві діоди. Для випрямлення змінного струму в блоках управління можна рекомендувати такі діоди:

У блоці управління застосована двухполупериодная мостова схема випрямляча з вбудованим в одне з плечей потенціометром RP. Перевагою такої схеми є можливість плавного перекладу однопівперіодного випрямлення струму в двухполупериодное, що забезпечує плавне рушання, розгін, уповільнення і зупинки, а також повільний рух моделі локомотива при максимальній силі тяги. Рушання моделі локомотива здійснюють збільшенням напруги ступінчастим регулятором від 0 до 12 В при включеному потенціометрі (R_max), потім потенціометр плавно вимикають (R > 0), забезпечуючи розгін моделі до максимальної швидкості. Зупинку локомотива здійснюють у зворотній послідовності. Графік вихідного напруги при максимальному опір потенціометра, зміни його величини від максимального до мінімального значення, а також при R=0 зображено на рис. 87. У блоці керування можна використовувати потенціометр опором 50 Ом, потужністю 1 — 2 Вт, який застосовується в радіотехніці.

Рис. 87. Графічне зображення вихідної напруги при різних величинах опору потенціометра RP

Для запобігання обмоток трансформатора і випрямляча від перевантажень і коротких замикань у схемі передбачена захист, що складається з резистора R, який обмежує струм до допустимого значення. Червона Е2 і зелена Е1 лампи служать для сигналізації про роботу захисту. При нормальній роботі, коли в ланцюзі немає ні перевантажень, ні коротких замикань, струм протікає через резистор R, навантаження M і паралельно включену лампу Е1. Горіння лампи свідчить про нормальному навантаженні, В разі короткого замикання зелена лампа Е1 гасне, так як на обох затискачах є однаковий потенціал і єдиним споживачем в ланцюзі є резистор R. Внаслідок великого струму, що протікає через резистор, на його висновках з'являється різниця потенціалів і загоряється червона лампа Е2. Опір резистора R розраховують за законом Ома. Наприклад, напруга на виході блоку управління дорівнює 16, а допустимий максимальний струм 10 А, тоді

R_кз = U / I = 16 / 10 = 1,6 Ом.

При споживанні струму 2 А падіння напруги на резисторі складе

U_Rкз = R_кзI_потр = 1,6 • 2 = 3,2,

а що подається напруга

U_м = U - U_Rкз = 16 - 3,2 = 12,8,

що цілком допустимо.

Далі необхідно визначити потужність резистора

P_Rкз = U_RкзI_max = 1,6 • 10 = 16 Вт.

Резистор з такими характеристиками можна зробити з спіралі електроплитки, підібравши за приладами відрізок спіралі з відповідним опором. Так як при короткому замиканні резистор сильно нагрівається, його слід встановлювати на фарфорові ізолятори на деякій відстані від інших деталей і стінок блоку управління. Не рекомендується застосовувати для захисту вторинних обмоток плавкі вставки, так як короткі замикання під час наладки і роботи макету можуть бути досить часто, і це вимагає багаторазової заміни плавких вставок.

Для зміни полярності напруги ланцюга постійного струму можна використовувати перемикач (тумблер) типу ТП1-2.

В даний час все більшого поширення набувають електронні блоки управління з імпульсним регулюванням, у яких вихідна напруга і частота імпульсів залишаються постійними, а змінюється відношення ширини імпульсу і свердловини, що забезпечує високу плавність регулювання швидкості руху моделей.

На рис. 88 представлена принципова електрична схема електронного блоку управління з вихідною напругою 12 В і відношенням ширини імпульсу до свердловині 1:4. Зміна ширини імпульсу отримують на виході мультивібратора, налаштованого на частоту 100 Гц. Бази транзисторів VT1 і VT2 підключені через потенціометр R1 , яким здійснюється управління. Зі збільшенням напруги на базі транзистора пропорційно знижується напруга на базі іншого, Отже, змінюється час відкриття транзисторів, а це приводить до зміни ширини імпульсу і свердловини. Транзистори VТ3, VТ4 і VT5 працюють як підсилювальні. Схема захисту вихідного транзистора від струмів короткого замикання, побудована на транзисторах VT6 і VT7, допускає протікання через транзистор VT5 тільки максимального розрахункового струму. При нормальній роботі схеми, коли струм споживача не перевищує розрахункового значення, транзистор VT6 закритий, а транзистор VT7 відкритий. В цьому випадку струм протікає через транзистор VT7 і резистор R10 (0,5 Ом), до якого приєднана база транзистора VT6. При збільшенні струму, що викликаний перевищенням розрахункової навантаження або коротким замиканням, падіння напруги на резисторі R10збільшиться, транзистор VT6 відкриється, а транзистор VT7 закриється, Опір на переході емітер-колектор транзистора VT7 значно зросте, і струм пройде через лампу Е і резистор R11, де сумарний опір менше. Горить лампа Е буде сигналізувати про перевантаженні або короткому замиканні.

Рис. 88. Принципова електрична схема електронного блоку управління, Характеристики і типи комплектуючих виробів:

R1 — 25 ком

R2 — 680 Ом

R3, R5 — 1 кОм

R4 — 12 кОм

R5 — 12 Ом

R7 — 150 Ом/2 Вт

R8 — 100 Ом/2 Вт

R9 — 1500 Ом

R10 — 0,5 Ом/1 Вт

R11 — 330 Ом/1 Вт

R12 — 470 Ом

C1, С2 — К50-6 (1 мкФ, 30 В)

С3 — К50-6 (50 мкФ, 30 В)

С4 — К50-6 (200 мкФ, 30 В)

VD1, VD2 — КД208 А

Е — 6/5 мА

VT1, VT2, VT3, VT6 — КТ361Б

VT4 — КТ814А

VN5, VT7 — KT818A

S — ТП1-2

2. Автоматичне управління стрілочними переводами та сигналами

Автоматичне управління стрілочними переводами та сигналами на макетах залізниці здійснюється за допомогою електромагнітних реле соленоїдного типу. Зарубіжні підприємства, що виготовляють моделі залізниць, випускають багато різних типів приводів, які, як правило, вбудовані в основу стрілочного переводу, світлофора або семафора.

B якості прикладу розглянемо принцип роботи стрілочного переводу типу P31 виробництва фірми «Piko» (НДР). Привід (рис. 89) складається з двох котушок KC1 і KC2, всередині яких переміщається сталевий сердечник 7, з'єднаний системою тяг і важелів 8, 9, 10переказний з тягою стрілочного переводу 11. На підставі приводу є шість затискачів, позначених цифрами2. На затиск «Земля» підключена одна фаза змінного струму напругою 16 Ст. Затискачі, позначені на малюнку літерами п і б, служать для управління стрілочним переводом з установкою його відповідно на прямою чи боковою шлях. Вони підключені до другої фази джерела живлення через кнопкові перемикачі SB_п і SB_б. Для сигналізації про стан стрілочного переводу служать затискачі вп, про і про, до яких можуть бути підключені сигнальні лампи Еп і Еб на пульті управління. При включенні котушки KC1електромагнітна сила втягує сердечник, який через механічний привід переводить дотепники і одночасно переміщає пружини контактів S1 і S2, При цьому контакт S1розриває ланцюг котушки КС1 і готує ланцюг котушки КС2. Цим самим контакт S1 працює як кінцевий вимикач і оберігає котушку від перегорання при тривалому включення живлення. Контакт S2 служить для включення ланцюгів зворотного сигналізації або елементів автоблокування.

Рис. 89. Конструкція стрілочного переводу типу P31 (а) і схеми підключення стрілочних переводів (б) типів:

1 — «Piko» 5740/518П; 2 — «Berliner TT Bahnen» 04/109TT, 3 — «Piko» 05/024H0; 4 — «Pilz» 14/839H0; 5 — «Pilz» 14/840H0

Для блокування зайнятих ділянок колії на макетах застосовують блок-сигнали, що складаються з електромагнітного реле, світлофора або семафора. На рис. 90 зображена схема блок-сигналу типу МЕ050 фірми «Piko» (НДР) з двозначною світлофорною сигналізацією. Блок-сигнал змонтований на загальній підставі з ділянкою шляху, що має розриви рейкових ниток і обладнаному рейкової педаллю (контрактом). Електромагнітне реле блок-сигналу складається з двох котушок соленоїдного типу КС1 і КС2, всередині яких переміщається сталевий сердечник, з'єднаний тягою з перемикаючими контактами S1і S2. Контакт S1 служить для перемикання сигнальних ламп світлофора Єк і Ез, включення ланцюгів зворотного сигналізації, а також є кінцевим вимикачем соленоїдних котушок. Контакт S2 служить для підключення ізольованої ділянки, розташованого перед блок-сигналом. На малюнку показана схема при закритому положенні блок-сигналу. При цьому ізольований ділянку вимкнений і горить червоний сигнал світлофора. Для відкриття світлофора натисканням кнопки ЅВз на пульті управління на котушку КС1 подається напруга і реле спрацьовує. При цьому переміщуються пружини контактів S1 і S2, запалюється зелений сигнал світлофора і на ізольований ділянку подається напруга. Коли з відкритого блок-ділянці проходить локомотив, він колесом замикає ланцюг між рейкою і рейковим контактом ЅР, включаючи цим котушку КС2, яка знову приводить в дію реле і закриває блок-ділянка. Останній також може бути закритий натисканням кнопки ЅВк на пульті управління, що включає котушку КС2.

Рис. 90. Принципова електрична схема блок-сигналу МЕ050

Для організації руху в одному напрямку декількох поїздів весь шлях можна розділити на блок-ділянки і обладнати їх блок-сигналами. Схема автоблокування дільниці з використанням блок-сигналів типу МЕ050 показана на рис. 91.

Рис. 91. Схема автоблокування дільниці:

Св1 — Св3 — світлофори; ЅР1к, ЅР2к, ЅР3к — рейкові контакти закриття блок-ділянок; ЅР1з, ЅР2з, ЅР3з — рейкові контакти відкриття блок-ділянок

Серійні конструкції електроприводів дещо обмежують можливості різноманітності схем побудови станційних колій, а наружнє розташування приводу часто псує зовнішній вигляд макета. Моделісти часто знімають такі приводи і монтують їх під макетом.Ще одним істотним недоліком мають промислові приводи — вони мають невелику кількість блокувальних контактів ланцюгів, призначених для взаємозв'язку стрілочних переводів і сигналів, вхідних і вихідних сигналів тощо, Щоб уникнути цих недоліків, багато моделісти самостійно виготовляють електромагнітні приводи з досить потужними котушками і необхідною кількістю блокувальних контактів. На рис. 92 показано загальний вигляд саморобного реле і його принципова електрична схема. Це реле можна використовувати як привід стрілочного переводу, семафора або як реле до світлофора.

Рис. 92. Конструкція і схема саморобного електричного приводу:

а — привід семафора; б — привід стрілочного переводу; в — принципова електрична схема

Деталі реле монтують на підставі 1, яке виготовляють з дерева, фанери або іншого ізолюючого матеріалу товщиною 5 мм Основною деталлю реле є дві соленоїдні котушки, намотані на загальній трубці 15 внутрішнім діаметром 6 мм з розділовим і торцевими кільцями 16. Трубку роблять з паперової смужки, намотують на стержень діаметром 6 мм. Причому кожен шар паперу кладуть на клей БФ2. Товщина стінок трубки 1 мм. Розділові і торцеві кільця роблять з картону. Котушки намотують мідним обмотувальним проводом діаметром 0,2 мм. Намотування виробляють акуратно — виток до витка; на кожну котушку намотують 950 — 1000 витків (приблизно 30 м дроту). Сердечник 14 виготовляють з відпаленого сталевого прутка діаметром 5 мм. Торцеві сторони засверливают по центру для кріплення тяг 3 і 17. Напрямні 13 роблять з текстоліту, в них просвердлюють отвори для тяг 3 і 17. Пелюстки для приєднання проводів 2 і 8 виготовляють з білої жерсті або латуні товщиною 0,2 — 0,3 мм. Контактні пелюстки 5, 6, 7, 9, 10 вирізають і згинають точно за кресленням з латуні товщиною 0,3 мм. Пелюстки кріплять до основи невеликими шурупами або гвинтами 19. Кількість пелюсток залежить від загальної кількості і призначення контактів. Контактні пружини 12 і нерухому токоведущую пружину 4 роблять із сталевого дроту діаметром 0,4 мм і згинають за шаблоном. Водило 11 виготовляють із текстоліту товщиною 1 мм На підставі воно дотримується дротяними скобами 20.

Якщо реле використовувати в семафорі, то привід здійснюється через поворотний важіль 18, для стрілочних переводів — через поворотний важіль 25 з пружиною 24. Щоб поворотний важіль рухався в одній площині без перекосів, до нього прикріплюють втулку 23, яку надягають на вісь 22.

При складанні реле потрібно стежити, щоб всі рухомі частини пересувалися вільно, не заїдаючи, а контактні пружини надійно стосувалися пелюсток. В залежності від призначення реле кріплять до подмакетнику вертикально на бруску 21, прикріпленому до основи, або горизонтально через прокладки 26.

При виготовленні великої кількості приводів рекомендується спочатку зробити різні шаблони і кондуктори, наприклад, для свердління отворів в підставі, згинання контактних пружин, пелюсток та ін. Це набагато полегшить роботу і підвищить її якість.

3. Електричні схеми керування рухом поїздів

Підключення кругового або овального шляху, який можна зібрати з рейок, наявних у наборі залізниці, може зробити кожен початківець любитель. Щоб мати можливість виконувати найпростіші маневри — причіплювати до локомотив поїзда з обох сторін, необхідно розширити схему додаванням одного шляху з двома стрілочними переводами, тобто пристроєм роз'їзду з ручним керуванням стрілочними переводами (рис. 93, а). Перпендикулярні штрихи на шляхах Б і В позначають розриви у рейкової нитки. Можна використовувати готове ланка шляху з таким розривом або виготовити його самому. Для цього перепилюють лобзиком з пилкою по металу рейок між двох шпальных кріплень. Розрив рейкової нитки можна також зробити на стику двох рейкових ланок. В місці розриву виймають з'єднувальний штир і замість нього встановлюють пластиночку з ізоляційного матеріалу відповідної товщини (текстоліт, гетинакс).

У наведеній на рис. 93, а схеми внутрішня рейкова нитка розривів не має і тому її називають «загальною» або «нульовий». Приєднання «нульовий» рейкової нитки до блоку управління виробляють проводом більшого перерізу, ніж інші рейкові ділянки, причому використовують провід з ізоляцією певного кольору — зазвичай чорного. При невеликій довжині колії можна робити тільки один «нульовий» введення, але при довжині шляху понад 2 — 3 м необхідно влаштовувати два і більше вводів, щоб зменшити падіння напруги, так як металеві рейки мають відносно великим внутрішнім опором.Підключення виробляють до ланкам шляху, на яких є клеми для підключення проводів, або дроти припаюють безпосередньо на зовнішню бічну сторону рейки. При частій розбиранні шляхів підвідні дроти можна вставляти в рейкові стики.

Рис. 93. Підключення колійних схем:

а — з ручними стрілочними переводами; б — з електричним приводом стрілочних переводів; в — з автоматичною подачею напруги на заданий шлях; г — розділеної на блок-ділянки; А, Б, В — ізольовані ділянки шляху; Ст1, Ст2 — стрілочні переводи

Місця підключення до рейок проводів умовно позначають як чотирикутники і викреслюють з боку підключеної рейкової нитки. Таким чином, є схема з трьома ізольованими ділянками. Рейкові нитки ділянок Б і В з'єднані з другим зажимом блоку живлення через вимикачі SA1 і SA2, а ділянка А безпосередньо підключений до нього. По даній дорожній схемою можуть звертатися два потяги: один рухатися, а інший стояти на ізольованій ділянці Б або В. Після прибуття поїзда на вільну ділянку його можна зупинити, вимкнувши напругу. Підключивши іншу ділянку, приводиться в рух стоїть на ньому потяг.

В подальшому можна вдосконалити схему, замінивши ручні стрілочні переводи електромеханічними (рис. 93, б). Управління стрілочними переводами здійснюється тумблерами з середнім положенням ЅСт1 і ЅСт2.

При використанні блока керування типу МЕ005 можна виключити «нульовий» провід, подводимый до стрілочних переводах, з'єднавши «нульові» клеми стрілочних переводів з «нульовою» рейкової ниткою.

Дещо вдосконаливши схему (рис. 93, в), можна подавати напругу на дільниці шляху Б і В з одночасним переведенням стрілочних переводів на підключений ділянку.

Шляхові схеми, зображені на рис. 93, можуть бути прийняті за основу при будівництві найпростішого макета. Щоб зробити макет більш цікавим і ефектним, можна автоматизувати схему, організувавши рух двох поїздів в одному напрямку з поперемінними зупинками одного з них на роз'їзді. Останній можна розмістити як на видимій частині макета, так і в тунелі (див. рис. 25).

Для побудови автоматизованої схеми (рис. 94) необхідно мати два стрілочних перекладу з електромеханічним приводом (Ст1, Ст2), реле типу 8410 з двома перемикаючими контактами фірми «Berliner TT Bahnen» (КС), два резистора (R1, R2) опором 10 — 15 Ом, потужністю 1 Вт, два рейкових контакту (SP1,SP2) і один вимикач (SA). Схема буде працювати наступним чином: стрілочні переводи встановлені в прямому напрямку і поїзд, що рухається в напрямку від А до Б, входить на шлях 1. Після проходження локомотивом розриву рейкової нитки швидкість руху зменшиться за рахунок падіння напруги на резисторі 1, через який підключений наступний ділянку шляху. При наїзді локомотива на контакт SP1 спрацює реле КС, привівши в дію привід стрілочних переводів з установкою на бічний шлях і знеструмивши ділянку шляху перед локомотивом. В'їхавши на знеструмлений ділянку, локомотив першого поїзда зупиниться. Рухається слідом поїзд входить на бічний шлях 2 роз'їзду, знижує швидкість після проходження розриву рейкової нитки і при наїзді на контакт SP2 містить реле КС, яке знову приводить в дію приводи стрілочних переводів з установкою на прямий шлях, знеструмлює ділянку шляху 2 і подає напругу на ділянку шляху 1. Другий поїзд зупиниться на знеструмленому ділянці шляху 2, а поїзд, що стоїть на шляху 1, почне рух. Таким чином, схема буде працювати автоматично, чергуючи зупинку і відправлення поїздів. При виключенні реле тумблером SAпоїзди проходитимуть роз'їзд без зупинки.

Рис. 94. Принципова електрична схема автоматизованого роз'їзду

При влаштуванні на макеті розглянутої схеми необхідно брати до уваги умову, що відстань між стрілочним переводом Ст1 і контактами SP1 і SP2 має бути дещо більше, ніж самий довгий поїзд, що прямує на макеті. Якщо ця умова не буде виконана, то перемикання стрілки Ст1 відбудеться під час проходження по ній вагонів поїзда, що призведе до аварії на макеті.

Всі схеми підключення макетів, включаючи розглянуті вище, можна розділити на три основні групи, решта є їх комбінаціями:

1) макет підключений до одного блоку управління:

а) шлях розділений на ділянки, які можна підключити до блоку управління (див. рис. 93, a, б). Ділянками можуть бути окремі станційні або деповських шляху;

б) шлях розділений на блок-ділянки, кожен з яких включається контактом світлофора або семафора (див. рис. 93, м);

2) макет має декілька самостійних електричних контурів і кілька блоків управління. Кожен блок управління можна підключати до будь-якого з контурів. У такому випадку одним з блоків можна управляти рухом певного поїзда по всьому макету. На рис. 95 наведено типові приклади таких схем, де для підключення ділянок застосовані тумблери з середнім положенням або штиркові роз'єми;

Рис. 95. Схема управління рухом:

а — підключення ділянок через перемикачі; б — підключення ділянок через штиркові роз'єми, А, Б, В, Г, Д, Е, І — ізольовані ділянки шляху

3) на макеті є кілька самостійних ділянок, кожен з яких підключений до власного блоку управління. Останні в даному випадку не можна підключати до інших ділянок. Отже, рухом поїзда можна управляти тільки в межах однієї ділянки макета. Така схема підключення краща для великих макетів з кількома ділянками.

На макетах, де застосовується третя група підключення, при переході локомотива з однієї ділянки на іншу іноді виникають короткі замикання. Щоб виключити такі явища, необхідно мати додаткові ділянки, які називають перехідними. На рис. 96, а показаний стик ділянок А і Б за однією загальною рейкової нитки. Кожен з ділянок підключений до самостійного блоку управління. При русі локомотива в напрямку від А до Б при переході з однієї ділянки на іншу в разі різних потенціалів на ізольованих рейкових нитках виникає коротке замикання, яке не можна допустити при уважному обслуговуванні макета. Однак при великому русі або при маневрах на станції це зробити дуже важко. Тому введений перехідний ділянку рекомендується підключати за допомогою телефонних ключів (рис. 96, б), Перехідна ділянка умовно позначений як ПуАБ, а прилеглі ділянки — відповідно А і Б. З схеми видно, що при різних полярностях локомотив зупиниться на перехідній ділянці і буде продовжувати рух лише за однакової полярності. Довжину перехідної ділянки необхідно визначати в залежності від довжини локомотива і його пробігу по інерції при вимкненому живленні.

Рис. 96. Розміщення перехідного ділянки ПуАБ (а) та його підключення (б)

У разі застосування на макеті контактної підвіски можна на одному шляху управляти двома локомотивами. Для цього контактну підвіску ділять на ділянки так само, як і шлях. Одна рейкова нитка знову буде загальною, друга буде служити для живлення моделей паровозів і тепловозів, а моделі електровозів будуть отримувати струм від контактної підвіски. Схема підключення показана на рис. 206.

Рух поїздів на залізницях проводиться за сигналами світлофорів або семафорів. Таку ж сигналізацію використовують і на макетах, але з тією різницею, що на макеті сигнал створює лише зовнішній ефект, а управління здійснюється за допомогою реле і кнопкових пристроїв, які пов'язані з сигналами. Щоб локомотив зупинився перед заборонним сигналом, необхідно мати ділянку шляху, з якого в цьому випадку буде знята напруга. Така ділянка умовно позначимо РуАБ (рис. 97) і назвемо його дозволяє, так як при зеленому сигналі світлофора рух буде відкрито в напрямку від А до Б Так як показання світлофора Свабі дійсні тільки в цьому напрямку, при зворотному русі через дозволяє ділянку поїзд повинен рухатися з постійною швидкістю, незалежно від сигналу світлофора. Для цього ізольований рейок дозволяє ділянки підключають до прилеглих ділянок через контакти реле світлофора КСв і діод VD. Коли поїзд рухається в напрямку від А до Б, правий по напрямку руху) рейок має позитивну полярність, діод VD при цьому закритий і напруга на дозволяючий ділянку подається через контакти реле КСв в залежності від сигналу світлофора. При русі поїзда в зворотному напрямку цей рейок має негативну полярність, діод VD відкривається і пропускає струм від ділянки Б.

Рис. 97. Розміщення дозволяє ділянки РуАБ і його підключення

При зручному розміщенні сигналів на макеті можна поєднати перехідні і дозволяють ділянки. На рис. 98 зображена схема підключення суміщеного ділянки АБ. Управління рухом здійснюється від двох блоків управління, підключених до прилеглих ділянках А і Б. Ділянка АБ огороджений двома світлофорами Свабі і СвБА, що діють відповідно напрямку руху. У схемі застосовані телефонного реле типу з опором котушки R_кат ? 1000 Ом і напругою живлення U_вкл ? 8 Ст. При русі поїзда в напрямку від А до Б перемикач SAвстановлюють у крайнє праве положення. Якщо ділянка Б не підготовлений до прийому поїзда, то перемикач ЅБ встановлений в середнє положення, струм через нього не проходить, реле КСвАБ вимкнено, на світлофорі Свабі горить червоний сигнал, ділянка АБзнеструмлений і локомотив на ньому зупиняється. Коли ділянка Б підготовлений до прийому поїзда, перемикач ЅБ встановлюють у крайнє праве положення, при цьому спрацьовує реле КСвАБ, своїм нормально розімкненим контактом подає напругу на ділянку АБ, перемикає червоний сигнал світлофора Свабі на зелений, і локомотив починає рух на ділянку Б. При наїзді локомотива на контакт SP1, розміщений за світлофором Свабі, включається реле К1, яке своїми нормально розімкненим контактом стає на самоподпитку (через нормально замкнутий контакт реле K2), а нормально замкнутим контактом розриває ланцюг котушки реле КсвАБ. Реле КСвАБ вимикається, знімаючи напругу з ділянки АБ, і на світлофорі Свабі спалахує червоний сигнал. При проході локомотивом наступного світлофора СвАБ1 і наїзді на рейковий контакт SP2 включається реле К2, яке своїм нормально замкнутим контактом розриває ланцюг самоподпитки реле К1. Реле К1вимикається і своїм нормально замкнутим контактом включає реле КСвАБ, на ділянку АБподається напруга, а на світлофорі Свабі загоряється зелений сигнал. При русі в одному напрямку декількох поїздів світлофор Свабі і ділянка АБ будуть працювати як при автоблокировке. При русі поїзда в напрямку від Б до А схема працює аналогічно, але будуть задіяні світлофор СвБА, реле КСвБА, K3, К4 і контакти SP3, SP4.

Рис. 98. Схема підключення суміщеного перехідного і дозволяє ділянок

Щоб ще більше наблизити ефект руху поїздів до того, що ми бачимо на цій залізниці, можна відносно простим способом відтворити його плавну зупинку перед заборонним сигналом і плавне рушання з місця при включенні дозволяючого сигналу, Для цього перед дозволяє ділянкою роблять ще кілька проміжних ділянок Пу (рис. 99, а). Довжина кожного проміжного ділянки повинна бути така ж, як і дозволяючого. Кількість ділянок залежить від довжини шляху, на якому розміщують проміжні ділянки.

Рис. 99. Схема поступового зниження швидкості локомотива з зупинкою при заборонному сигналі (а) та схема плавного рушання локомотива після відкриття сигналу (б)

Зі збільшенням числа проміжних ділянок поліпшується плавність гальмування і розгону поїзда. При зеленому сигналі світлофора або при русі від Б до А поїзд проїжджає проміжні ділянки з постійною швидкістю. Розглянемо роботу схеми при трьох можливих варіантах:

а) поїзд рухається від А до Б при зеленому сигналі світлофора.

На правій рейкової нитки ділянки А є позитивний потенціал і реле світлофора КСввключено. Діоди VDРу ,VDПу1, VDПу2 і VDПу3 вільно пропускають позитивний потенціал і, отже, на проміжні ділянки Пу1, Пу2, Пу3 і Ру подається таке ж напруга, як і на ділянку А;

б) поїзд рухається в напрямку від Б до А і на світлофорі горить красныи сигнал.

Реле світлофора КСв вимкнено і його розімкнений контакт. На «нульовий» рейкової нитки ділянки А є негативний потенціал. В такому випадку діоди вільно проводять струм і проміжні ділянки виявляються під тим же напругою, як і ділянки Б і А. Поїзд рухається по всім ділянкам з однаковою швидкістю;

в) поїзд рухається від ділянки А до ділянки Б при червоному сигналі світлофора.

На «нульовий» рейкової нитки ділянки А є позитивний потенціал, але контакт реле світлофора КСв розімкнений. В такому випадку діоди VDРу, VDПу1, VDПу2 і VDПу3 не проводять струм і напруга поступово гаситься на резисторах RПу3, RПу2 і RПу1. Швидкість при цьому знижується і на дозволяючому ділянці Ру поїзд зупиниться.

Для плавного рушання і розгону поїзда після відкриття світлофора можна використовувати схему, зображену на рис. 99, б. Схема працює автоматично у тому випадку, якщо поїзд зупинився перед світлофором. Для проходження поїздом світлофора при його зеленому сигналі в живить ланцюг необхідно помістити додатковий перемикач S, який слід перемикати вручну. Схема працює аналогічно, як і схема плавної зупинки, тільки перемикач S у випадку зупинки поїзда подає напругу в ланцюг 3, а в разі проходу поїздом світлофора — в ланцюг 1.

Підбір резисторів, що застосовуються в схемах плавної зупинки та розгону поїзда (див. рис. 99), проводять на підставі розрахунку. Вихідними даними є струм, споживаний моделлю локомотива, і мінімальна напруга, при якому модель продовжує рух. Наприклад, струм, споживаний моделлю, становить I_max = 0,3 А, а мінімальна напруга U_min = 2,5 Ст. Тоді, щоб отримати стійкий рух на останній ділянці, падіння напруги при трьох проміжних ділянках на кожному з них повинно становити 3 Ст. Отже, опір кожного резистора

RПу = U_т / I = 3 / 0,3 = 10 Ом,

а потужність

P = UI = 3 * 0,3 = 0,9 Вт

Резистори з такими характеристиками краще всього виготовити самому.

Діоди для схем, зображених на рис. 97 та 99, підбирають за величиною струму, споживаного моделлю локомотива (для даного прикладу підходять діоди типу Д7А або Д202). Для виготовлення резисторів і підбору діодів можна скористатися рекомендаціями, викладеними при розрахунку блоків управління в п. 1 цієї глави.

Цікаве враження справляє пристрій на двоколійних ділянках макета автоблокування з тризначною сигналізацією (рис. 100). Поряд зі світловими показаннями світлофорів і зупинкою поїзда перед червоним сигналом можна забезпечити зниження швидкості перед жовтим сигналом, роботу сигналізації при русі поїзда по неправильному шляху, а також попередити наїзд поїзда на вагони, що залишилися на перегоні при розриві першого поїзда. Щоб наочно простежити за роботою автоблокування з тризначною сигналізацією, кількість блок-ділянок на перегоні бажано мати не менше чотирьох.Протяжність кожного блок-ділянки повинна бути більше довжини поїзда. Перший і останній блок-ділянки перегону можуть бути пов'язані відповідно з вихідним і вхідним світлофорами станцій.