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

No sabía mucho sobre esto, cuando era niño tenía un juego de Lionel, pero tenía una sola palanca de control de tipo variable. Sin embargo, no es muy difícil averiguarlo.

La unidad que muestra tiene dos salidas controladas por fase usando triacs Q1/Q2. Uno es para alimentar accesorios (un voltaje de CA variable que supongo que el operador configura para controlar el brillo de las luces estacionarias y similares), y el otro alimenta la pista (un voltaje de CA variable con compensación de CC momentánea de polaridad positiva o negativa) agregado: y función de interrupción momentánea.

Normalmente, en un control de fase, como un atenuador de lámpara de la vieja escuela, es deseable mantener la simetría entre los semiciclos positivo y negativo. En el caso del esquema de Lionel, se puede introducir deliberadamente una asimetría para activar uno de los dos dispositivos en la locomotora según la polaridad del contenido de CC resultante. Hay dos polaridades posibles de compensación por lo que se pueden controlar dos dispositivos (silbato y campana).

La asimetría antes mencionada se introduce por completo cronometrando los pulsos de disparo al triac. El modelo en cuestión aparentemente funciona solo con una potencia de 60 Hz, por lo que la sincronización de los pulsos de activación es un retraso desde el cruce por cero de casi nada hasta 1/120 de segundo o alrededor de 8,3 milisegundos. La MCU opera con un reloj de cristal de 1 MHz, por lo que la sincronización precisa es particularmente fácil.

La MCU ( microcontrolador ) detecta el cruce por cero a través de R13/C14 y los diodos lo sujetan antes de alimentarlo a un pin del puerto de entrada de la MCU.

La MCU activa los triacs a través de 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 amplificador operacional LMV358. Puede medir picos de corriente de hasta aproximadamente 14A. El diodo Schottky en el pin 3 sujeta la entrada para que no pueda ir demasiado bajo tierra. Los principales 250K$\Omega$(B = cónico lineal) el potenciómetro se alimenta a un pin de entrada del convertidor de analógico a digital MCU.

Para obtener un componente de CC, uno de los pulsos debe ser posterior al otro. Para mantener aproximadamente constante el voltaje de CA al motor de la locomotora, se debe ajustar la sincronización para ambos pulsos, uno retrasado y otro avanzado, lo 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 interrumpiendo momentáneamente la potencia de la locomotora para cambiar la dirección. De nuevo, esta es la sincronización 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 cualquier persona con las habilidades adecuadas de microcontrolador y un osciloscopio podría duplicar esta funcionalidad.

Referencias:

1. Manual CW-80

2. Patente de EE. UU. 2155343 Sistema, método y aparato de control remoto 1939

El transformador original era un transformador de cambio de toma bajo carga (TCUL) que alteraba 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 denominan cambio de toma 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 toma más reciente se logra mediante dispositivos electrónicos de potencia que se conocen 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 modelos de trenes fue inyectar una señal armónica encima de la señal de CA que luego podría filtrarse para activar un dispositivo. La inyección de portadora de línea eléctrica (PLC) original se realizó mediante un circuito basado en tubo. El concepto de PLC todavía se usa en los sistemas de energía y en muchos hogares en la actualidad. La complejidad ha aumentado gracias a los circuitos integrados y MCU.