Alimentatori
Descrizione

Per quanto concerne la trazione (in continua) e derivata da un ulteriore trasformatore.
Su di un plastico come il mio, la tensione d'alimentazione è unica per tutto il plastico, e da prove effettuate, ho visto che con 10V si ottiene un buon equilibrio tra velocità (REALISTICA DEI MEZZI) e coppia motrice sia in fase di partenza, che in corsa in salita. Ho scartato poi alimentatori di tipo Switching, o sistemi ad impulsi per evitare interferenze con i sensori che rilevano la presenza dei convogli nei vari tratti. Quando tutto funziona, farò delle prove con alimentatori di questo tipo. Tornando al classico alimentatore in continua, non pretendendo particolari prestazioni nella regolazione di tensione, mi basta da 6V a 13V, ho preferito uno schema semplice e facile da realizzare, scegliendo i componenti in modo di ottenere la minor dissipazione termica possibile sul transistor di potenza e la sua resistenza di controllo. Questo per poterli installare all'interno di un contenitore plastico. In pratica mi sono dovuto accontentare di una tensione massima d'uscita di 13V ed aggiungere un relè per completare lo spegnimento. Il classico alimentatore commerciale a limitazione di corrente non lo volevo usare, perché se una locomotiva si posiziona male o deraglia, provocando una condizione di cortocircuito, la corrente circolante potrebbe provocare dei surriscaldamenti tali da danneggiare fisicamente la motrice stessa, (ad un amico, un giorno gli sono fuse le razze di plastica delle ruote). Rimane quindi la sola soluzione di un alimentatore di tipo Folback o con spegnimento automatico, (ora non più reperibili sul mercato). Circa lo schema adottato, tutti quelli che ho visto su riviste e libri vari, sono a limitazione e spesso troppo complessi e costosi. Da qui le caratteristiche di partenza del mio alimentatore: tensione regolabile tra 6V e 15V e con una corrente di ginocchio (punto di inversione della curva di risposta) valutata nel mio caso a 3A. In questo modo in condizione di sovraccarico o di C.C. l'alimentatore porta la sua tensione d'uscita a zero volt, ed il relè completa l'opera portando anche la corrente a zero amper, nell'attesa della rimozione della locomotiva che provoca il problema. Una volta ripristinate le condizioni d'esercizio, tramite un pulsante si riattiva il servizio. Ho quindi deciso di ripartire dagli schemi d'utilizzo, proposti dalle case costruttrici degli integrati e limitandomi alle indispensabili variazioni, viste le modeste caratteristiche necessarie ed integrando con un relè che comanda il distacco del carico nella condizione di corto circuito.
Fatta una lunga premessa e dicendo che probabilmente vi erano altre mille soluzioni, iniziamo ad analizzare lo schema.
Circuito

Partendo dal trasformatore "12V per 3A = 36VA" ne ho utilizzato uno da 75VA, con secondario a 12V (effetto immediato max 13V in Uscita) per limitare al massimo la potenza termica che deve dissipare il transistor. Si procede su di un ponte con portata max 25A al quale sono stati montati dei condensatori di filtro per bloccare eventuali scintillii di ritorno dai motori ed un condensatore di filtro, elettrolitico da 4700uF (carico 2A). La regolazione del sistema è effettuata dall'integrato LM723 collegato in modalità Folback. Oltre ai piedi d'alimentazione e di massa, (11, 12 e 7) troviamo che la tensione di riferimento prelevata dal piedino (6) è reinserita tramite partitore R1, R2 nel piedino non invertente (5) dell'operazionale interno. In questo modo si regola la tensione minima d'USCITA 6V. Il piedino d'USCITA (10) pilota direttamente il transistor di potenza, rigorosamente un darlington, per poterlo pilotare direttamente da integrato, il quale tramite la resistenza RS alimenta l'utenza (il plastico). Per mezzo del potenziometro esterno R5 s'invia al piedino invertente (4) il segnale per la regolazione della tensione in uscita: regolato verso il positivo si ottengono i 6V e muovendo invece il cursore verso la massa aumenta la tensione fino a 13V a pieno carico. Avendo rinunciato a schemi complicati si nota che la tensione massima ottenibile a vuoto arriva a 15V. Se si utilizzasse un TR da 15V secondari, con un sistema di transistor collegati in modo opportuno questo problema non esisterebbe ma le dissipazioni termiche aumenterebbero oltre il punto prefissato. Va in ogni modo segnalato che se regolato a 12V a vuoto si può caricare senza problemi di tensione in uscita. Le restanti due resistenze, R4 e R5, collegate tra l'uscita del transistor, il piedino (3) e la massa, servono per realizzare il Folback. In pratica, quando il carico raggiunge il valore massimo impostato (punto d'inversione) e va oltre tale soglia, anziché abbassare la tensione e mantenere il valore di corrente fisso al punto massimo come in un normale limitatore di corrente, inverte la curva di risposta. Infatti, quest'ultima tende alle origini degli assi e in pratica avviene sia un calo di tensione che di corrente. Cosi facendo in condizione di cortocircuito, la tensione scende completamente a zero e la corrente a 1,2A (condizione che non danneggia le locomotive). A questo punto ho aggiunto un relè (era possibile agire diversamente, ma questo è sicuramente il modo più semplice) per completare lo spegnimento dell'alimentatore. Essendo la bobina del relè collegata all'uscita dello stesso, quando la tensione scende sotto i 4V si disattiva e il contatto NC del relè posto tra il piedino di compensazione (13) e la massa si chiude. A questo punto LM723 apre completamente il transistor portando a zero anche la corrente e ottenendo, di fatto, lo spegnimento totale. Per il ripristino delle condizioni o l'accensione iniziale basterà premere il pulsante START che alimenta direttamente il relè. Si noti che se persiste la condizione di cortocircuito, il sistema non si ripristina. Il diodo D6 serve ad impedire che se premuto il pulsante di START, con il cortocircuito ancora presente, il pulsante vada ad alimentare anche il cortocircuito. Per completare, ho utilizzato il secondo deviatore del relè per pilotare due LED, uno verde ed uno rosso. Ottenendo un indicazione sullo stato di funzionamento.
Note Costruttive

Nelle note biografiche sono indicati i testi utilizzati come documentazione di riferimento. In fine circa la costruzione fisica, visto che era un solo pezzo, ho preferito usare delle schede mille fori (che già avevo) e saldarvi sopra i componenti. Avendo a disposizione alcune schede con passo 5mm e una sola con passo 2,54 mm, ho montato la parte di potenza, quindi ponte condensatori transistor e resistenza sulla scheda da 5mm e la parte di regolazione cioè LM723, resistenze di controllo e relè sulla scheda da 2,54mm. predisponendo in fine i fili d'uscita verso il potenziometro di regolazione, il pulsante START e i LED di segnalazione. Questi ultimi sono montati in un contenitore plastico a parte (TELECOMANDO) connesso con cavetto flessibile e connettore classico a vaschetta da nove poli. Ho fissato poi il tutto con il trasformatore, interruttore d'alimentazione e fusibile provvisoriamente su di una tavoletta di legno, per facilitare la movimentazione durante le prove di funzionamento e durante l'attesa dell'installazione definitiva non ancora focalizzata.
Va segnalato che durante le prove d'esercizio ai limiti di portata, si è visto, la tendenza al riscaldamento del transistor oltre i 100° nella classica condizione di elevato carico e bassa tensione. Per ovviare a questo problema ho deciso di fissare un sensore di temperatura normalmente aperto, collegato in parallelo al contatto del RELE. In questo modo in caso di aumento di temperatura causato da un prolungato esercizio in condizioni limite l'alimentatore si spegne.

NOTE BIOGRAFICHE:
  • DISPOSITIVI E CIRCUITI ELETTRONICI – Gasparini Mirri – CALDERINI (VOLUME 2 CAPITOLO 3° E 4°)
  • DATA SCHEET NATIONAL LM723
  • ALIMENTATORI STABILIZZATI – Nico Grilloni – Editoriale delfino
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