Pubblicato il 16 Novembre 2019
Abbiamo discusso di recente degli scambi “pensanti” di Fleischmann, e della versione Peco. Come abbiamo auto modo di osservare, gli scambi Peco sono molto più “belli” per il loro realismo (cuore senza plastica, geometrie varie, possibilità di averli in Code 55) ma, specie se li si vuole utilizzare in digitale, più complessi perché occorre metterci mano e prendere varie precauzioni. In analogico si può evitare di modificarli, ma comunque il loro comportamento elettrico non è privo di grattacapi.
Come combinare la loro eleganza con un comportamento “tipo Fleischmann”? Indichiamo qui una semplice soluzione che ci permetterà di dare quel tipo di comportamento anche a scambi di altre marche (come Roco, Minitrix o altro). Per farlo discuteremo di relè bistabili, e già che ci siamo parliamo anche di un altro utile accessorio per ottimizzare il comportamento degli scambi, e prolungarne la vita: le CDU.
Iniziamo da questi ultimi. La vita degli scambi elettromagnetici può essere compromessa da impulsi troppo prolungati nel tempo. Il passaggio di una corrente elevata per un tempo troppo lungo attraverso gli avvolgimenti che permettono l’azionamento elettromagnetico di uno scambio può bruciare il meccanismo (spesso anche con un segnale “visivo”: la fusione della plastica che lo incapsula).
CDU – Capacitor Discharge Unit
Per evitare questo tipo di problema si può interporre tra l’alimentatore e gli scambi una “Capacitor Discharge Unit”, ovvero sostanzialmente un condensatore. Alla chiusura del circuito, questo si scarica rilasciando la corrente, che fluisce intensa ma solo per un tempo molto breve. Che sia intensa va bene, perché dà più forza al dispositivo elettromeccanico, e che sia molto breve pure, perché evita di bruciarlo. Il flusso di corrente si interromperà poi finché il condensatore non si ricarica (qualche decimo di secondo).
Non serve metterne uno per scambio! Ne basta uno a monte dei pulsanti che comandano gli scambi.
E’ bene che i cavi a valle delle CDU reggano correnti discrete: meglio evitare sezioni troppo sottili, e si consigliano cavi da 3 Ampere, specie se sono lunghi e se si azionano più scambi simultaneamente.
Peco ad esempio ha a catalogo una CDU, del costo di una quindicina di sterline.
Si potrebbero anche autocostruire, ma se ne possono trovare di artigianali a un prezzo inferiore a quello di Peco (e occorre badare anche alle spese di spedizione): sono soldi ben spesi perché, come detto, aiutano a proteggere gli attuatori degli scambi. Noi ne abbiamo provato uno trovato su ebay, con spese di spedizione assai contenute, e di eccellente funzionamento (John Blisset ne è l’autore).
Può essere alimentato in alternata o in continua, con vari voltaggi, e fornisce una uscita in continua. La luce verde si accende quando i condensatori sono carichi e pronti per la successiva azione (due decimi di secondo dopo l’azionamento).
Relè (relais, relay)
Il prossimo oggetto di cui ci occupiamo è il relè. Si tratta di un dispositivo elettrico che funziona come un deviatore, dando la corrente ad un ramo o ad un altro. Ad esempio, se avessimo un binario per il quale vogliamo scegliere tra due alimentatori (perché ad esempio in stazione vogliamo potervi giungere da due diversi circuiti indipendenti) ci serve un deviatore bipolare: in una posizione prende corrente da una prima sorgente, nell’altra da una seconda.
Deviatori di questo tipo sono detti DPDT (Double Pole Double Throw, ovvero Doppio Polo Doppio Contatto)
Le due “levette”si spostano simultaneamente, permettendo di far fluire la corrente che arriva dai due poli (P) verso una coppia di contatti (1T) piuttosto che verso l’altra (2T).
L’azionamento di un deviatore di questo genere è manuale, ma c’é anche una versione azionabile elettricamente: il relè (in inglese relay).
Si tratta di deviatori DPTD nei quali lo spostamento delle “levette”avviene con un comando elettrico, tipicamente grazie ad una elettrocalamita. Ve ne sono essenzialmente di tre tipi:
- quelli “momentanei” (single side stable), nei quali la commutazione avviene fintantoché vi è flusso di corrente nell’avvolgimento di controllo, Una coppia di contatti è detta “NC (normally closed): sono collegati solo se NON vi è flusso di corrente nel controllo. L’altra è detta “NO” (normally open): solo collegati solo quando vi è flusso di corrente nel controllo. Somigliano a dei pulsanti che chiudono un circuito solo fintantoché sono premuti.
- i “bistabili” (latch relay) somigliano invece agli interruttori: hanno due posizioni, una aperta e una chiusa, e vi rimangono fino a quando non vengono nuovamente manovrati. Si suddividono in
- bistabili a un avvolgimento di comando, nei quali un impulso dato al polo di controllo fa cambiare stato, spostando le “levette” da sinistra a destra o da destra a sinistra
- bistabili a due avvolgimenti (set-reset), nei quali un impulso sul polo detto “set” sposta le “levette” a destra, ed uno dato sul polo di “reset” le sposta a sinistra. Se sono già a destra e si dà un impulso di set non succede nulla ( e viceversa per il reset).
(per ulteriori approfondimenti si vedano ad esempio le pagine di Omron).
Tradizionalmente i relè erano dispositivi elettromeccanici, ed erano abbastanza ingombranti e costosi. Oggi (per correnti non troppo intense) sono dei dispositivi miniaturizzati dal costo contenutissimo (circa un euro a pezzo).
In particolare, noi faremo riferimento alla famiglia HFD2 di HongFa, produttore cinese. Nella famiglia troviamo i tre tipi di relay (single side stable, latching a un avvolgimento e a due avvolgimenti).
La sigla del relay reca molte informazioni, di cui ci interessano sopratutto includono il voltaggio del segnale di controllo (da 3 a 48 V) e la tipologia (L1 latch a 1 avvolgimento, L2 latch a 2 avvolgimenti, o nulla per single side stable).
In tutte le versioni possono commutare correnti fino a 250 V in alternata o 220 V in continua e potenze fino a 90 W (esagerate per i nostri scopi). Quelli a basso voltaggio di controllo costano (molto) meno, posizionandosi attorno all’Euro/pezzo che abbiamo detto.
La scheda tecnica completa relativa agli HFD2 è reperibile sul sito di hongfa.
Noi useremo nel seguito dei bistabili a due avvolgimenti a basso voltaggio, facilmente reperibili su ebay: i “Bistable 5V Coil Latching Relay DPDT 2A 30VDC 1A 125VAC HFD2/005-S-L2-D”.
L’operazione di Set si effettua dando un impulso ai pin 1 (positivo) e 16 (negativo): l’effetto è la messa in contatto dei pin 4 e 8, e 9 e 13.
L’operazione di Reset si effettua dando un impulso ai pin 2 (positivo) e 15 (negativo): l’effetto è la messa in contatto dei pin 4 e 6, e 11 e 13.
Come rendere “intelligenti a la Fleischmann” scambi tradizionali e Peco electrofrog.
Abbiamo visto nella prima puntata di questa serie tre categorie di scambi: quelli più standard, che non hanno un particolare comportamento elettrico (come i Peco Insulfrog in scala N, gli Arnold, i Roco, i Fleischmann senza massicciata, …), quelli che tolgono la corrente sul ramo dello scambio non attivo (come i Fleischmann “pensanti”, o i Minitrix che hanno una funzione analoga) ed infine quelli a cuore metallico che propagano sul ramo non attivo la corrente “sbagliata”, come i Peco Electrofrog.
Abbiamo poi, nella seconda puntata, descritto le problematiche degli scambi a cuore metallico (Tipo 3).
Ai fini di effettuare delle semplici automazioni (es. il treno che arriva sul binario uno fa partire quello sul binario 2) o di semplificare i cablaggi elettrici in analogico il comportamento degli scambi “pensanti” (Tipo 2) è il più comodo: vediamo come ottenerlo anche per scambi di tipo differente (Tipo 1 o Tipo 3).
Isoleremo le rotaie che fuoriescono dal cuore per neutralizzare il comportamento standard dello scambio, e provvederemo ad alimentare la prosecuzione di tali rotaie tramite un relè bistabile a doppio avvolgimento opportunamente configurato.
In ingresso abbiamo sui poli 6 e 8 le due polarità di corrente, che escono nello stesso ordine dai poli che hanno di fronte (rispettivamente 11 e 9). Queste due uscite vengono riportate sui binari che fuoriescono dal cuore, rispettando le polarità corrette. I due poli di selezione (4 e 13) devono essere collegati tra loro, e se lo scambio necessita di polarizzazione del cuore è da qui che prenderemo la corrente. In questa configurazione, solo uno alla volta tra i due poi di uscita 11 e 9 hanno corrente, mentre l’altro non conduce: proprio il comportamento di uno scambio pensante Fleischmann. Ci resta da fare in modo che tale alimentazione sia coerente con la posizione dello scambio. Per questo la corrente che esce dalla CDU andrà ad uno dei due elettomagneti che azionano lo scambio, e simultaneamente ai poli di comando del nostro relè. Nella configurazione che abbiamo disegnato, dovremo avere che il posizonamento degli aghi in deviata dovrà corrispondere al Reset del relè, mentre il corretto tracciato dovrà corrispondere al Set.
Ci resta una sola cosa da fare. La corrente che aziona gli elettromagneti ha voltaggio troppo altro per il nostro relè: provvediamo ad abbassarlo interponendo una resistenza opportuna sul filo che porta ai poli negativi di controllo (15 e 16) che sono messi in comune. Naturalmente dovremo fare attenzione che il “meno” sulla CDU sia collegato al “meno”sul relè. Sui relè HFD2/005-S-L2-D che abbiamo scelto una resistenza da 330 Ohm va bene.
Già che ci siamo, potremmo usare le uscite dal relè anche per alimentare ago e rotaia intermedia: il vantaggio sarebbe in questo caso il fatto che la presenza di corrente in tale zona non dipenderebbe più dal solo contatto tra ago e contrago, con possibili problemi di sporcizia o ossidazione.
Per comodità potremo disporre il nostro relè e la resistenza su una basetta millefori assieme ai morsetti per collegare i fili: in basso i tre poli per GND, Set, Reset ed i due ingressi con la corrente delle rotaie 2 e 1, in altro le tre uscite per Il Cuore, corrente 2 per ago e rotaia uscente dal cuore ed in modo analogo la corrente 1.
Abbiamo così ottenuto in modo semplice e al costo di meno di due euro quanto volevamo, dando il comportamento desiderato ad uno scambio che non lo aveva.
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