Trabajo de campo

El título de este artículo es en relidad una broma, ya que no estoy hablando de ir a ver instalaciones ferroviarias reales, lo que sería probablemente el "trabajo de campo" referido a la construcción de una maqueta, sino a que estos días estoy en el campo, es decir en un pequeño pueblo de la provincia de Segovia, huyendo de los calores del verano en Madrid. Pese a ello, me he traido algo de trabajo para avanzar en la construcción de mi maqueta, y concretamente en la parte electrónica.

En alguna ocasión he comentado aquí, refiréndome al sistema eléctrónico de mando de mi maqueta, que cualquier cosa que tenga prevista la conexón de 256 cables para alimentar desvíos y otros aparatos de vía, debe ser necesariamente algo grande y complicado. Estos días he podido comprobar cuánta razón tenía en esa apreciación, puesto que efectivamente mi sistema ha crecido ya bastante, y aunque estoy todavía bastante alejado del límite, tengo ya entre las manos algo grande y complicado, como puede verse en la imagen de la cabecera.

Realmente he construido 12 placas del demultiplexor, de las 16 posibles, ya que según mis cálculos con ese número seguramente será suficiente. También he construido ya cuatro placas de relés, aunque este número es claramente insuficiente, ya que voy a necesitar por lo menos diez placas, lo que hará un total de cuarenta relés.

Lo que también he hecho, ha sido preparar los conectores que voy a necesitar para unir las salidas del demultiplexor a los diferentes sistemas a los que se conectan. Por un lado, todos los cables que van a desvíos y señales mecánicas llevan simplemente un cable que va a las clemas de las plaquitas de interconexión de cable plano que ya se han visto en este blog en muchos artículos. Como puedo elegir, he decidido utilizar las salidas de uno de los costados del demultiplexor para este tipo de conexiones, por lo que he dejado los cables de este lado sueltos, para posteriormente cortarlos a medida y unirlos a las clemas.

Las salidas del otro lado, las utilizo para aquellos aparatos que necesitan un relé, como son en mi caso los desenganchadores, los tramos aislados, algunas funciones de la rotonda, señales luminosas, etc. En este caso, los cables terminan en un segundo conector tipo Molex que lo une a una de las placas de relés.

En total, en la imagen se ven 28 conectores Molex de 10 vías montados, o sea 280 conexiones a cable.

Seguramente mis lectores recordarán que en artículo anterior comenté que, buscando un tipo de conectores que no tuviese los inconvenientes de otros sistemas que había usado previamente, y concretamente los del cable plano, me recomendaron el tipo denominado MoleX, y que es el que estoy utilizando para la interconexión de mi sistema con los dispositivos externos, y también entre unos y otros módulos. El sistema me parece bien, ya que tiene la ventaja de que es muy claro, y permite un diseño fácil de las placas de circuito impreso. Además en caso de cambio o error se pueden desmontar cables y volverlos a montar en otras posiciones del conector sin tener que tirar todo a la basura como ocurre con el cable plano.

Un punto importante de estos conectores es el sistema de unión a los cables. No van soldados, ni atornillados, sino "crimpados". Esto quiere decir que, a cada cable se le coloca un pequeño terminal metálico que tiene unas pestañas, que se aprietan sobre el cable, dejando el cable "pillado". De hecho, hay dos pares de pestañas, uno previsto para prensar el nucleo del cable, y el segundo para prensar el forro aislante con lo que se asegura la unión eléctrica y mecánica. Una vez que los cables han sido provistos de estos terminales, se colocan en las carcasas del conector donde quedan sujetos. Es posible sin embargo, volver a soltarlos de la carcasa, para intercambiarlos con otros si resulta necesario. Estos pequeños terminales o "pines" se venden sueltos. por lo que se pueden hacer toda clase de cambios y pruebas.

Sólo hay un "ligero" inconveniente: los terminales son muy pequeños, de manera que colocar cada uno de ellos en un cable para presionar las pestañas con un alicate de puntas, es una labor delicada, y es posible que la unión no quede firme. Afortunadamente se vende una herramienta, llamada, naturalmente, "crimpadora" que permite realizar esta labor de forma rápida y segura. Es un poco cara, pero cuando uno se enfrenta, como es mi caso a la necesidad de crimpar bastante más de quinientos cables, es el momento de comprarla.

Tampoco he comentado aquí casi nada acerca de las placas de relés, que figuran en los esquemas como placas DEMU 04. La razón es que estas placas no tienen nada especial, y de hecho ni siquiera tienen nada "electrónico". Simplemente reciben los impulsos de corriente de 12 voltios generados por el multiplexor y los dirigen a una de las dos bobinas del relé biestable. Estos relés que son los ya comentados V23079-B1203-B301 de Tyco Electronics tienen dos conmutadores, lo que da un total de 6 terminales para conectar los dispositivos que haya que manejar. De hecho, estos relés podrían haber sido cualquier otro tipo de relé biestable, tanto de tipo industrial como los fabricados por las marcas de trenes, como los de Märklin o los de Viessman. El hecho de haber seleccionado los de Tyco es porque me han parecido accesibles, buenos y a un precio razonable (<3€).

Lo único un poco original de estas placas, es el sistema que he utilizado para configurar las conexiones de salida de los relés. La mayoría de los relés tienen que actuar simplemente como un interruptor(por ejemplo los que manejan sectores aislados de vía). pero otros deben hacerlo como conmutador (por ejemplo para las señales luminosas) e incluso algunos como un inversor (por ejemplo para manejar el sentido de giro de la rotonda). Para simplificar al máximo el cableado "externo", se me ocurrió una forma de hacer un pequeño cableado en la propia placa para configurar en cada caso la forma de unir los contactos del relé, con los conectores de los cables externos. Para ello he situado junto a cada relé un zócalo de los usados como base para los circuitos integrados. Una fila de sus contactos se une al relé y la otra fila a los terminales del conector del cable de salida.

Así, basta con unir, mediante unos pequeños puentes de hilo de cobre, los puntos necesarios de la fila del relé con los que sean necesarios en la fila correspondiente al cable.

En la imagen adjunta se puede ver algún ejemplo de conexiones para la función de interruptor y de inversor.

Fotografías y videos de maquetas

Teléfono móvil

Seguramente, mi segunda afición, después de los trenes en miniatura, sería la fotografía. No soy un forofo del tema, pero tengo una buena cámara (Canon EOS 500D) y me gusta hacer fotografía, aunque tengo un poco abandonada la afición, sobre todo porque cada vez salgo menos de casa.  Naturalmente, uno de mis temas favoritos son las maquetas de trenes, con lo que junto ambas aficiones, y los seguidores de este blog, habrán podido comprobar que muchos artículos van acompañados de imágenes y videos, que ilustran el texto. Uso desde hace muchos años un programa de edición de imágenes fotográficas para retocar las fotografías, modificar encuadres, ajustar colores, etc. Todo el mundo usa Photoshop para esto, pero como digo, yo empecé a usar otro programa (Paint Shop Pro) para esto desde antes incluso que existiera Photoshop, y como me va bien no he querido variar. 

Algo similar ocurre con los videos. que también se han visto mucho en este blog. La mayoría de esos videos están también grabados con mi cámara CANON EOS, que permite grabar videos con muy alta resolución, y luego los edito con un programa de edición de video (Vegas Movie Studio) que me permite cortar y empalmar, añadir rótulos y superponer textos, añadir voz y música, etc etc. También se han visto aquí muchos ejemplos de videos en los que se ven funcionando trenes en mi óvalo de pruebas  y en mis anteriores maquetas.

Por eso, hoy traigo aquí el tema, ya que en el artículo anterior puse esta imagen tomada con mi cámara de siempre:

Cámara reflex

Pretendía dar una imagen cercana, parecida a la que vería un maquinista que condujese un tren que fuera a entrar en la estación de mi maqueta. Sin embargo, quedé un tanto defraudado, porque al ser tomada a muy corta distancia, la profundidad de campo es muy pequeña, y aunque cerré el diafragma a tope, se ve desenfocada una gran parte de la imagen. Esto puede incluso resultar atractivo en algún caso, pero si pretendemos simular que es una fotografía de un tren real entrando en la estación,  este desenfoque no tiene sentido, ya que tomando una fotografía así desde la cabina de un tren real, la cámara estaría enfocada a infinito, y por tanto todos los objetos aparecerían enfocados,

Este tema de la profundidad de campo es importantísimo en fotografía y su dominio es una de las coas que más diferencian a un fotógrafo aficionado de un experto. Si a un aficionado le preguntas si en una fotografía prefiere que todo lo que se ve, salga nítido, o que unas cosas salgan nítidas y otras borrosas, probablemente te dirá que prefiere que todo salga nítido. Pues realmente eso es error, por la razón de que si en una fotografía queremos que las cosas se vean tal como las vemos nosotros con los ojos, resulta que nuestros ojos, de una forma inconsciente acomodan su enfoque a aquello que nos interesa ver de todo lo que tenemos delante, resultando que vemos el objeto de nuestro interés nítido y el resto borroso, aunque no somos conscientes de ello. Naturalmente esto sucede cuando miramos algo que está a una distancia corta, pues a varios metros ya no se distingue el enfoque de un objeto lejano de otro que esté a una distancia media. 

Un caso clarísimo es cuando hacemos un retrato de una persona haciendo que sólo la cara o poco más ocupe casi todo el cuadro de una fotografía. Si la parte que se puede ver del fondo, está desenfocada, el retrato resulta mucho mejor que si se ve nítido, porque nuestros ojos ven a esa persona con la cara enfocada y el fondo borroso. A veces incluso, en un buen retrato están enfocados exactamente los ojos y ya el resto de la cara se difumina un poco y por supuesto el fondo está totalmente desenfocado.

Como ejemplo, en la imagen adjunta podemos ver este efecto del fondo absolutamente borroso, y si miramos atentamente esa fotografía vemos que ese efecto produce una ilusión de relieve, ya que da la sensación que la persona está delante del fondo a una cierta distancia, todo ello sin ser una imagen estereoscópica, sino simplemente por el hecho del desenfoque del fondo. O sea que nuestro cerebro, cuando sabe que nuestros ojos enfocan a una distancia determinada y ven cosas desenfocadas interpretan que esas cosas están detrás de lo que enfocan los ojos y por lo tanto producen un sensación de profundidad.

Hay que decir que el mayor o menor desenfoque que produce un objetivo fotográfico es una complicada relación matemática en las que se incluyen la distancia focal del objetivo, la apertura con que se toma la fotografía, el tamaño del negativo (o del sensor en cámaras digitales). Hace ya muchos años se adoptó en fotografía la película de 35 mm, que se exponía en imágenes de 24 x 36 mm porque justamente con ese tamaño se obtenía un comportamiento del desenfoque lo más parecido al del ojo humano y su ángulo de visión resultaba también similar con objetivos de 50 mm de distancia focal. Sólo se alejaban de esta norma las cámaras baratas "de foco fijo" ideales para el aficionado poco exigente que quería que saliera todo nítido en sus fotos.

Cuando apareció la fotografía digital, las primeras cámaras eran sencillas, pero pronto las grandes marcas pasaron a fabricar cámaras que permitieran mantener las características de las cámaras analógicas profesionales, de manera que se mantuvieron los parámetros que permitían el desenfoque del fondo y de hecho las mejores mantienen el tamaño del sensor idéntico a las cámaras de película y por lo tanto la distancia focal de 50 mm para el objetivo "normal" Como ya dije mi cámara es una Canon EOS 550, D que tiene un sensor algo menor, pero que se acerca mucho a esas características.

El problema aparece cuando usamos una cámara con esas características para tomar una fotografía de una maqueta de trenes (y no digamos si es de escala Z)  Si queremos que los objetos más cercanos salgan nítidos hay que enfocar a una distancia muy corta, y por mucho que cerremos el diafragma, no se puede conseguir una profundidad de campo suficiente para que los objetos más alejados salgan enfocados. Eso es lo que pasa en la fotografía marcada como Cámara reflex.que vemos más arriba. Cualquiera que ve esa imagen, se da cuenta de que es una fotografía de una maqueta, no de una estación real.

Sin embargo, cuando hacemos fotografías (o videos) de maquetas, la pretensión es que la imagen que se obtiene parezca real. Como los trenes reales son muy grandes, siempre hay que fotografiarlos al menos desde varios metros, y por lo tanto con el enfoque de la cámara a infinito, y consecuentemente la nitidez de la imagen será siempre total, así que en cuanto vemos que la imagen se va haciendo borrosa en la distancia, nos damos cuenta de que se trata de una maqueta.

Y la pregunta es ¿tiene esto arreglo? La verdad es que si, y por un par de caminos totalmente distintos.  El primero es lo que vemos en la imagen de cabecera de este artículo con el titulo Teléfono móvil. La cosa es que cada vez más, todo el mundo lleva ahora en el bolsillo un teléfono móvil, y prácticamente todos ellos tienen cámara, que permite realizar fotografías y vídeos y bombardear con ellos a amigos y familiares. Naturalmente las cámaras de estos teléfonos son cada vez mejores, y muchísima gente no ve la necesidad de cargar con una cámara fotográfica antigua pudiendo llevar el móvil en el bolsillo. Sin embargo no vemos nunca a un profesional, ya sea de prensa gráfica u otra actividad en que se utilice fotografia que haya abandonado su cámara reflex y y utilice un teléfono móvil para su trabajo. ¿Cuál es la razón de esto? Se podrá decir que la imagen que capta una cámara de móvil es de muy poca calidad comparada con la que capta una cámara reflex digital, y es cierto, pero cada vez menos, debido a que los móviles cada vez incorporan mejores cámaras. 

Sin embargo hay una razón más importante: la cámaras de los móviles son pequeñísimas y por lo tanto, todo lo que esté más allá de unos pocos centímetros está a distancia infinita (Recordemos que en el cálculo de la profundidad de campo se incluye el tamaño del sensor). Por lo tanto no hay que mover ningún ajuste de distancia, y todo lo más hay una opción para primeros planos en close.up (flores etc) y el resto es todo infinito, es decir que todo saldrá siempre perfectamente nítido. Como antes decía a la mayoría de las personas les parece eso muy bien pero el fotógrafo experto echa de menos el manejo de profundidad de campo y no puede, por ejemplo en un retrato, obtener un fondo desenfocado. Hasta tal punto eso es así, que  algunos móviles de alta gama, incorporan un software para hacer una manipulación posterior de las imágenes, y simular un fondo desenfocado. Pero en todo caso es una simulación, semejante a lo que podemos obtener también de manera artificial, con un programa de tratamiento de imágenes como Photoshop.

Por supuesto, hay más razones para cargar con una cámara reflex, sobre todo la posibilidad de cambiar objetivos, utilizando angulares, teleobjetivos y zooms, y otra serie de accesorios tales como equipos profesionales de flash filtros, y un largo etcétera.

Y, respecto a nuestro tema de la fotografía y video de maquetas, ¿tenemos alguna ventaja al utilizar un móvil? Pues si, y la verdad es que yo no había dado mucha cuenta hasta que hice con mi cámara réflex la fotografía que vemos aquí y que tomé para ilustrar el artículo anterior. La profundidad de campo estropea el efecto de imitación de la realidad, al mostrar difuminados elementos que están un poco apartados del objetivo. pero para la cámara de un móvil, prácticamente todos los objetos de una fotografía como esa están a distancia infinita, así que saldrán nítidos. El resultado es el que vemos en la cabecera de este artículo con el pié de Teléfono móvil.

Se ve que, en efecto, salvo el poste de catenaria del primer término que está a distancia de close-up, todo lo demás está enfocado, aunque los últimos términos tienen algo menos de nitidez. Ignoro porqué se da este efecto, pero sospecho que algún software incluído en el móvil identifique lo elementos más destacados, como serían las caras en una fotografía de personas, y favorezcan la nitidez en ellos.

Todo lo demás, es decir tanto el detalle como la exactitud del color etc, quedan en desventaja respecto de la fotografía tomada por la reflex que naturalmente tiene una imagen de mayor número de pixels y por lo tanto mayor nitidez. Ojo, que me refiero a las imágenes originales. La imágenes que se reproducen aquí han sido tratadas para incluirlas en el blog, lo que las lleva un tamaño de pixels standard, adecuado para su publicación aquí.

Antes dije que había dos caminos, para salvar el efecto de desenfoque por falta de profundidad de campo en las fotografías de maquetas. Hemos visto que los móviles pueden solucionar, al menos en parte ese problema, pero hay otra solución que es absolutamente perfecta para obtener una nitidez total de cualquier fotografía corrigiendo el problema de la profundidad de campo. Como todo lo bueno es claro y laborioso.

Antes de nada, veamos esta imagen:

Está obtenida en mi anterior maqueta, hace ya bastantes años (enero de 2010) Con independencia de que sea más o menos bonita, y desde luego nunca ha aparecido este blog, es un buen ejemplo de lo que hablamos. En esa foto (recuerdo que se puede ampliar haciendo click en ella) aparece con extraordinaria nitidez, toda la longitud de un tren, que tiene ocho coches. Esto deben ser seguramente unos 80cm en escala Z y desde luego la cámara está a una distancia muy corta de la locomotora.

Antes de seguir, cualquiera diría que esta es una fotografía muy normal, y no ve nada extraño en ella, lo cual es un elogio porque esta fotografía es imposible de obtener con una cámara reflex de 35 mm y un objetivo normal. Tal como hemos visto antes, ninguna cámara de esas características tiene la profundidad de campo suficiente para obtener esa imagen totalmente nítida, desde la locomotora al último vagón. Nótese que esto es lo que deseamos al fotografiar los trenes en una maqueta, porque cuando hacemos fotografías de un tren real, obtenemos fotografías así con toda facilidad con cualquier cámara.

¿Cuál es truco entonces?  El truco es utilizar un software especial llamado Helicon focus que lo que hace es fusionar automáticamente en una sola imagen las partes más nítidas de una serie de imágenes obtenidas del mismo objeto pero con nitidez distinta en zonas diversas. 

Me explico. Para conseguir la imagen anterior, sitúo la cámara en un trípode y enfoco la locomotora y obtengo esta imagen:

Como vemos, la locomotora queda nitida porque está perfectamente enfocada, pero según vamos recorriendo el tren hacia atrás, los vagones, y también la vía, el balasto e incluso la estructura de madera se van viendo más difuminados

Entonces cambio ligeramente el enfoque hacia atrás y obtengo una segunda imagen:

 Como se ve aquí, ahora el primer vagón se ve nítido, y en cambio la locomotora ha perdido algo de nitidez.

Así continuo haciendo hasta hacer 11 fotografias. Esta por ejemplo es la octava:

Y esta la undécima.

Como se ve, en esta última, lo enfocado es el final del tren , mientras que la locomotora y los primeros vagones están desenfocados.

Entonces le paso estas 11 fotografias al programa HeliconFocus y sin más me devuelve una imagen en la que ha cogido lo más nítido de cada toma, con lo cual obtengo la fotografía imposible que decía al principio.

Antes decía que era laborioso y caro. Laborioso porque hay que hacer todas las tomas cargarlas al programa, etc etc, y también caro porque Helicon Focus es de pago y hay que renovar la licencia anualmente. Por lo menos eso era en esas fechas en que yo lo usaba, hasta que me di de baja, cuando los diferentes traslados me dejaron compuesto y sin maqueta. Quizá ahora sea un buen momento para retomar el tema.

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Conectores para cables

Conectores Molex

Comentaba en el artículo anterior, mi intención de dedicar un artículo a explicar las posibilidades que tiene el aficionado de interconectar los cables eléctricos que se usan en los elementos de su maqueta, tanto entre si, como con los distintos dispositivos y accesorios que nos encontramos en toda maqueta de trenes.

Naturalmente me voy a referir a mi propia experiencia, y a los métodos y elementos que yo utilizo, y que están de acuerdo con mi trayectoria en esta afición, que puede no coincidir con la de otros lectores, que podrán tener otros condicionantes, empezando por la escala, (Z) sistema de mando, (analógico) herramientas disponibles, etc. 

De lo primero que habría que hablar es de los propios cables. Yo uso exclusivamente cables unipolares de 0,2 mm² de sección. Esto según la norma americana corresponde a un AWG 24.  

Hay que tener mucho cuidado al hablar de cables porque muchas veces se dice por ejemplo "Un cable de 2 mm" y no se aclara si esos 2 mm son lineales, en cuyo caso estaríamos hablando del diámetro del cable (sin cubierta)  o si esos 2 mm son milímetros cuadrados, en cuyo caso estaríamos hablando de la sección del cable.  En nuestro caso, el cable de AWG 24 tiene efectivamente 0,2 mm² de sección, pero su diámetro es 0,5 mm. Como se ve son cifras parecidas, pero se comete un error de más del doble si se toma el diámetro por la sección. Para mayor confusión a veces se dice que es este cable es de 7 x 0,2 mm lo que quiere decir que está formado por siete hilos de 0,2 mm de diámetro. o se puede uno referir también al  diámetro externo, con cubierta incluida, que en este caso resulta ser de 1,3 mm.

Como se ve, en estos tamaños de cables todas las cifras son parecidas y hay mucha confusión, porque muchas veces se toma un dato por otro, incluso en referencias de tiendas on-line. Aunque se trata de una norma americana, yo aconsejo utilizar la nomenclatura AWG 24 que no da lugar a confusión. Por cierto, que los americanos son mucho más pragmáticos, porque AWG 24 es simplemente ¡el diámetro del cable que ha pasado 24 veces por la trefiladora!. Esa cifra, 24, no tiene por tanto ninguna relación con las dimensiones del propio cable así que no hay lugar a confusión. De hecho es tan poco físico ese dato, que es mayor cuanto más fino es el cable.

Este cable es posiblemente el más habitual e tiendas de electrónica y se vende normalmente por metros o en bobinas de 100 m.

Otra cosa, es que este cable se puede encontrar en colores variados. por lo menos en los colores siguientes: negro, marrón, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta, gris y blanco. Estos colores y en ese orden son también los que se emplean como código de colores para marcar las resistencias en electrónica, asignándoles los valores 0, 1, 2, ......... ,9, de manera que usando su color como indicación de su número podemos saber qué cable es cada uno, en un conjunto de hasta 10 cables. Así que en general no se hace necesario marcar con números o etiquetas cada cable, sino usar su color como indicación.

Veamos ahora, las posibilidades que tenemos de conectar estos cables. Podemos querer conectar uno o varios cables a otros cables o podemos querer conectar uno o varios cables a un dispositivo que ya tiene previsto un sistema para recibir los cable que hay que conectar a él.

En el primer caso, es decir conectar un cable a otro, podemos hacer lo que se llama un empalme, y para ello, aunque no es muy recomendable, vale el típico método de pelar los extremos, retorcer juntos los hilos de los cables a unir, y cubrirlo todo con cinta aislante. Esta unión no es muy segura, porque ante un tirón, se pueden soltar los hilos trenzados. Se puede mejorar si después de retorcer juntos los hilos los soldamos con un poco de estaño, y si en vez de cinta aislante usamos una funda termoretráctil. Un caso típico son los desvíos y las señales, Estos elementos llevan unos cables para su conexión, pero son bastante cortos, de unos 20 o 25 cm. Normalmente con esto no llegamos a donde deben conectarse esos cables, así que en la mayoría de los casos hay que hacer empalmes para prolongarlos. En todo caso lo que hacemos con esto es "prolongar" un cable que podía haber sido de una sola pieza, es decir que no aportamos nada respecto de situar la unión en un lugar determinado. 

Clemas en cuadro de control

Pero lo habitual, es hacer un cableado en el que definimos un lugar en el cual llegan muchos cables de dos lugares distintos, Por ejemplo en una maqueta, hay una zona donde  llegan cables de las vías de la propia maqueta y otros del cuadro de mandos. Se crea así una zona donde hay muchos cables que deben unirse de un origen a otro, y también puede ocurrir que varios cables de un origen deban llevarse a un solo destino, y viceversa.

Esa zona, la podemos considerar como una "barra de conexiones" que es algo muy habitual en toda clase de instalaciones eléctricas. Una forma de hacer esto es con las clásicas clemas de ferretería, tal como vemos en la imagen anterior, donde se han puesto varias tiras de clemas en la pared posterior de un cuadro de mando.

Clema de ferretería

Estas clemas, son una buena solución, y tienen la ventaja de que las podemos comprar con mucha facilidad, no son caras y para su conexión solo se requiere un destornillador. Sin embargo tienen algunas pegas, la principal de las cuales es que están pensadas para cables más gruesos que los aquí propuestos, y por lo tanto quedan muy holgadas. Esto puede ser bueno porque podemos meter tres o cuatro cables en una sola vía, y hacer así una conexión de varios hilos a uno. Otro inconveniente es que los cables son presionados directamente por los tornillos, de manera que al girar éstos pueden romper los cables. Para evitar este problema es conveniente estañar las puntas de cada cable con un soldador.

El principal problema sin embargo es que cada cable estará conectado a una vía, pero si por algún motivo hay que quitar todos o algunos cables, éstos quedan sueltos, de manera que para volver a colocarlos en su sitio hay que identificar de nuevo cada cable.  Por lo tanto este tipo de unión vale para los casos en los que sea excepcional desmontar la conexión. Veremos otras opciones en las que al usar conectores enchufables, se puede quitar un conjunto de cables de una vez y luego volver a conectarlos sin peligro de cambiar su orden. 

Bloques terminales

Las clemas valen para uniones de cable a cable. Hay un sistema parecido que se usa para uniones de cable a placa. Al decir placa nos referimos normalmente a la placa de circuito impreso de un dispositivo electrónico. En este caso, el sistema consiste en una serie de contactos, que por un lado llevan un dispositivo que prensa el cable al apretar un tornillo, como en uno de los lados de las clemas de ferretería, pero por el otro, llevan terminales para soldar a las placas de circuito impreso. Estos elementos los tenemos en la imagen anterior, y suelen ser denominados en los catálogos de electrónica como "bloques terminales".  aunque hay mucha variedad de estilos y tamaños, los más habituales son los representados en la imagen, donde vemos, en la fila superior, una serie de bloques con terminales para soldadura separados 2,54 mm y debajo otros más grandes cuya separación entre terminales es de 5,08 mm. Estas separaciones provienen de que el paso habitual en los terminales de componentes electrónicos es una décima de pulgada, que es 2,54 mm, y por lo tanto los de separación 5, o 5,08 serían de doble paso

Estos conectores tienen las mismas cualidades que las clemas, es decir, para fijar los cables sólo se necesita un destornillador y permiten conectar varios cables a una sola vía. Estos conectores son mas cuidadosos con los cables que las clemas, ya que la presión sobre el cable no la hace directamente el tornillo, sino que hay una mecanismo que lo aprisiona sin dañarlo. De todas formas no son todos de la misma calidad, con lo que hay que tener cuidado. Véase por ejemplo en la primera fila como de los dos bloques de tres vías, el de la derecha tiene además de los terminales para soldar otros tres salientes que se introducen en otros tres talados de la placa, quedando así mucho mejor sujetos a la misma, frente a los movimientos producidos al atornillar los cables.

Circuito con bloques terminales

Estos conectores se utilizan con mucha frecuencia en dispositivos electrónicos como los que yo he diseñado, porque al ser muy sencillos de utilizar, cualquier aficionado puede usarlos para conectar cables a ellos. Véase a la izquierda uno de estos dispositivos que lleva varios bloques de dos, tres y diez contactos para conectar sus entradas y salidas.

Lo mismo que decíamos con las clemas, aunque no es imprescindible, es una buena práctica estañar las puntas de los cables que utilicemos 

Una ventaja de estos conectores es que resultan bastante pequeños, por lo que es posible utilizarlos en dispositivos de pequeño tamaño como el mostrado, siempre y cuando se trate de un montaje que no haya que conectar y desconectar con frecuencia, ya que al desconectar los cables éstos quedan sueltos.

Aunque estos bloques terminales están pensados para conectar cables a placas de circuito, podemos hace un truco para crear con ellos conectores cable a cable. Se trata de utilizar una pieza recortada de una de las placas que se venden para hacer montajes provisionales, y que llevan taladros separados con el consabido paso de 25,4 mm. y por una de las caras, tiras de cobre que conectan ente si todos los taladros de una fila. Si ponemos dos bloques de 10 vias, enfrentadas en paralelo, con las entradas hacia fuera, y los soldamos de manera que cada pareja de entradas esté soldada a la misma tira de cobre, habremos hecho una "clema" pero de un tamaño mucho más pequeño que las clásicas de ferretería, y con un sistema de fijación más fiable,

En el video anterior podemos ver ese proceso: se parte de una placa perforada de tiras, se corta una zona con diez tiras, y se sueldan los conectores que queramos para entrada y para salida. En el viceo se ve primero un bloque de 10 vias y un conector Molex (que luego veremos) y al final una "clema" montada a partir de dos bloques terminales de 10 vias.

Todo esto está muy bien para hacer cableados más o menos permanentes. Sin embargo, a veces nos interesa hacer conexiones que puedan enchufarse y desenchufarse, con facilidad y sin que los cables pierdan su posición cada vez. En el artículo anterior veíamos que en mi maqueta hay dos zonas que son desmontables, la primera es la estación principal, con todo su cableado de desvíos semáforos, sensores etc. La segunda es el cajón donde va el cuadro de mandos, que puede sacarse completamente, por ejemplo para un transporte.

En estos casos necesitamos de conectores formados por un conector macho, y otro hembra, que puedan separarse y juntarse a voluntad, con rapidez, seguridad en cuanto a conexionado, y también garantía de cada cable se conecta con su correspondiente pareja.

Conectores Sub-D

Hay muchos tipos de conectores de este tipo, incluidos los conectores llamados "Sub-D" que han sido muy utilizados en informática (ahora casi todas las conexiones de informática se hacen con conectores USB) y muchos aficionados (y yo mismo) los han utilizado para unir dos zonas que deban poder separarse y volver a unirse con facilidad. En este sentido es una de las opciones que se utilizan en las reuniones de clubs de módulos, donde cada socio acude con su módulo, un sector de la gran maqueta del club, y al final se juntan todos en un gran circuito.

Como se puede apreciar en la imagen, los conectores Sub-D están previstos para recibir los cables y que estos sean soldados, tanto en la parte macho como en la parte hembra. Esta soldadura es delicada, por la proximidad de los terminales, así que hay que ser un tanto fino con el soldador para abordarla. Por supuesto, este tipo de conectores son caros. Normalmente se utilizan con cables tipo "manguera" que llevan unos 25 cables individuales dentro de una cubierta redonda.

Otra opción, también poco usada, son los conectores de "cable plano" El cable plano es un conjunto de cables unido uno junto a otro en una especie de cinta. En la imagen siguiente vemos un circuito electrónico con uno de estos cables de veinte vías,  conectado en un conector especial para este tipo de cable. 

Cable plano y sus conectores

Vemos los conectores, el macho que va en el circuito (a la derecha se ve uno sin cable), y la hembra que va siempre en el cable.  Este tipo de cableado ha utilizado bastante en electrónica, pero siempre como cableado interno de un aparato entre partes del mismo, pero no para conectar con nada exterior, más que nada porque no tiene suficiente solidez para resistir movimientos tirones y demás malos tratos. Es muy curioso que para colocar el conector hembra al final de un cable, simplemente se introduce el extremo de la cinta por una ranura que tiene el conector, y a continuación se cierra el conector haciendo mucha presión sobre una pieza de cierre. Esta presión hace que se corte el aislante de cada cable individual y quede conectado a uno de los terminales. Lo malo de este sistema es que una vez cerrado así el conector ya no se puede volver a abrir, de manera que si hemos cometido un error hay que cortar el cable y tirar el conector, para luego poner uno nuevo.

Mis conectores favoritos son los conocidos como conectores tipo Molex. Digo tipo, porque en realidad Molex es una marca que fabrica infinidad de tipos de conectores de toda clase, y entre ellos los que identifica como "conectores KK" que se han hecho muy populares entre los aficionados a la electrónica, hasta el punto que se habla de ellos simplemente como conectores Molex y resulta que al final muchas veces están hechos por otros fabricantes. Yo los uso desde hace mucho tiempo, en temas de electrónica y también de modelismo ferroviario, como atestigua, la imagen de cabecera de este artículo, que corresponde a una serie de placas para control electrónico de desvíos, y que es del año 2010 (Ver: Trabajo de campo)

Los conectores Molex KK se componen de dos piezas: El macho es siempre para usarlo en placa de circuito electrónico y por lo tanto lleva pines para soldar. y hay dos variantes, la recta en la que los terminales, y por tanto los cables salen verticales perpendicularmente a la placa, y los acodados en los cuales los terminales quedan horizontales y los cables salen paralelos a la placa. Los primeros son adecuados para ponerlos en medio de otros componentes, en la parte central de la placa, y los acodados se adaptan mejor a situarlos cerca de los bordes de las placas.  En la imagen de portada se pueden ver un montón de terminales de este tipo. todos ellos acodados

Las hembras son siempre para cable, y admiten un solo cable para cada vía. Constan de una carcasa y de una serie de pines para crimpar los cables.

Hay conectores de este tipo con número de vías entre 2 y 8 y también de 10. 

La conexión es muy segura, resisten muy bien movimientos y tirones, y la forma de los machos y hembras garantiza que no se puedan conectar más que en la posición correcta.

Como decía, los cable van crimpados a los terminales. Esta horrible palabreja, tomada del verbo inglés crimp (algo así como rizar) se usa universalmente para referirse a esta forma de unir cables a terminales, aunque en algunos países sudamericanos usan ponchar, tomada del vervo ingles punch, que sería golpear o agujerear.  En cualquier caso una patada al idioma español, donde existe la palabra engastar, que es sujetar algo a una pieza deformándola para dejarla sujeta, pero parece que solo la usan los joyeros. Y lo peor es que para hacer esto, se utiliza una herramienta especial que naturalmente se llama crimpadora.

Terminal RJ45 macho

Bueno, pues para hacer este tipo de uniones tenemos que hacernos con un crimpadora. Pero mucho cuidado, ya que hay varios tipos de crimpadoras y no son equivalentes. 

Existen crimpadoras para terminales RJ45 (a la izquierda) que son los que se usan para transmisión de datos. Todos los ordenadores modernos llevan una hembra de este tipo, para conectar dispositivos que transmiten datos por cable (router, modem, red ethernet etc)

Otro tipo de crimpadora habitual, es la usada para terminales Faston. Este tipo de terminales son bastante usados en automoción y se usan con cables bastante gruesos. No valen por lo tanto para nuestro caso,

En la imagen de la derecha tenemos unos terminales Faston y ya se ve que están previstos para cables gruesos (AWG 22 a AWG 16). 

Terminales Faston

A veces si utilizamos por ejemplo en un cuadro de mando un interruptor de cierta potencia, por ejemplo como interruptor principal de la maqueta, si usamos algún tipo de interruptor de balancín, nos encontraremos que lleva terminales Faston macho. Si este es el caso podemos usar hembras como las de la figura y cerrarlas con un alicate de puntas. 

Es posible cerrar cualquier terminal previsto para usar una crimpadora, con un alicate de puntas, pero es delicado y lento y no siempre queda bien, de manera que si uno tiene que crimpar cientos de terminales, como los que se veían en los cables del artículo precedente, más vale que se busque una buena crimpadora.

En definitiva que lo que necesitamos es una crimpadora específica para terminales de conectores Molex y Dupont, que admita cables AWG 24. Casi todas estas crimpadoras tienen tres o cuatro bocas en las mordazas, previstas para varios diámetros de cable, y que están indicados con la correspondiente numeración AWG.

Herramientas para crimpado  de cables

En la imagen anterior, vemos las herramientas adecuadas para hacer cómodamente y con garantía este tipo de trabajo. De izquierda a derecha un pelacables, la crimpadora, y un alicate de corte de buena calidad.  En la imagen siguiente vemos en detalle, los elementos que necesitamos para montar un conector de 10 vías,  A la izquierda se ve un conector hembra ya montado, al que además se ha puesto una etiqueta para identificar cada cable y el propio conector. A la derecha tenemos otra carcasa vacía, un conector macho acodado, donde deberá enchufarse la hembra que montemos y arriba una vista de la tira de terminales de la que tenemos que ir separando cada terminal antes de montar el cable. 

Conector Molex de 10 vías y sus componentes

En el vídeo siguiente, podemos ver el proceso para crimpar los terminales en los cables y para montar éstos en la carcasa para formar el conector hembra terminado (incluso con la etiqueta)

Una vez que tenemos práctica es un sistema sencillo, y muy rápido, y también muy seguro en cuanto a fiabilidad de las conexiones que se consiguen.

Para que salga bien hay que tener en cuenta lo siguiente: Cada uno de los terminales, tiene en su parte trasera dos pares de pestañas, marcadas como A y B en la imagen adjunta. La pestaña B está pensada para cerrarse sobre la parte pelada del cable, y es la que garantiza el contacto eléctrico. En cambio la pestaña A se debe cerrar sobre la parte de cable sin pelar, aprisionando el aislamiento, con objeto de garantizar la sujeción mecánica del cable. En la imagen, vemos en la parte superior como deben quedar las pestañas una vez cerradas. 

Terminales de los conectores Molex

Entonces lo que hay que hacer es pelar el cable, trenzarlo bien, y cortarlo a una longitud lo más exacta posible. Luego colocar el terminal en la crimpadora de manera que quede solamente metida en la mordaza la parte que lleva las dos pestañas A y B, y asomando por fuera el resto del terminal. Lo sujetamos en esa posición y cerramos dos o tres puntos la crimpadora para que el terminal quede sujeto en la mordaza, pero sin cerrarlo todavía.

Luego metemos la punta del cable desde el lado contrario de la crimpadora, y comprobamos que entra hasta que la la punta del mismo asoma justamente por el lado donde está la cabeza del terminal. Es decir el cable debemos verlo justamente llegar hasta la parte delantera de la pestaña B, sin que llegue a salir más

Entonces se cierra la crimpadora hasta el final, y con eso se cierran las pestañas A y B de forma que queda sujeto el cable con las pestañas A por la parte aislada y con las pestañas B por la parte pelada.

Al meter los terminales en la carcasa, se verá que por uno de los lados, tiene como un pequeño arponcillo orientado hacia atrás. Ese arponcillo debe meterse con la orientación correspondiente para que al llegar el terminal hasta el fondo de la carcasa, el mismo coincida con una de las ventanas rectangulares en el lateral de la carcasa. Este arponcillo retiene el terminal y evita que los cables se salgan. Por lo tanto si alguna vez necesitamos sacar un cable, basta presionar el citado arponcillo con un destornillador fino desde la ventana rectangular, y cuando se suelte, se podrá sacar el cable tirando hacia atrás.

Y para terminar este repaso, me voy a referir a los conectores denominados Dupont. Son también conectores con terminales que hay que crimpar a los cables que queremos  conectar, y de hecho nos vale la misma crimpadora que para los terminales Molex.

Aquí sin embargo hay una diferencia importante: podemos hacer conectores para cables,  machos o hembras, con lo cual los podemos usar como conectores de cable a placa, poniendo en la placa el terminal correspondiente, o podemos conectar un conector macho a otro hembra, ambos con cable, haciendo una conexión aérea.

La imagen siguiente muestra los elementos que se usan para las conexiones Dupont.

Conectores Dupont

En la imagen anterior, vemos arriba a la izquierda un conector Dupont de tres vías macho. En la parte inferior izquierda tenemos un conector Dupont de cuatro vías hembra. Se puede observar que las carcasas son iguales, de modo que con esas carcasas podemos usar terminales machos o hembras indistintamente.

Los terminales Dupont pueden conectarse unos a otros como decíamos, si conectamos un macho con una hembra haciendo una conexión áerea, o bien podemos hacer una conexión a placa, pero aquí, a diferencia de los Molex no existen terminales para placa. En su lugar se utilizan las llamadas "tiras de pines" que son conectores con pines con paso 2,54 mm que por un lado llevan un terminal corto para atravesar los taladros de una placa y soldarlos a las pistas del circuito. Normalmente estas tiras se presentan en longitudes de alrededor de 80 pines, y están previstos para ser cortados, produciendo un conector con el número de contactos deseado. El lado opuesto puede ser macho o hembra y puede ser recto o acodado, de manera que se puede crear la conexión más conveniente en cada caso.

A la derecha de los conectores Dupont que antes comentábamos en la imagen, podemos ver los cuatro tipos de conectores cortados a distintas longitudes. Frente al conector Dupont macho vemos una tira de pines hembra recta, y otra acodada. Frente al conector hebra vemos una tira de pines macho recta, y otra acodada.

Hay otro tipo de conectores que también pueden recibir un conector Dupont. Es el que vemos arriba en el centro que es conector tipo Arduino. Estos conectores se colocan en un circuito y quedan como un conector hembra por una de las caras del circuito y como un conector macho por la otra cara del circuito. Así que podemos conectar un Dupont hembra en la parte macho, y uno macho en la parte hembra.

Sguiendo con la imagen, vemos a la derecha una muestra de algunas de las diferentes carcasas para conectores Dupont. Como vemos las hay desde una sola vía hasta 10, y además las hay también dobles, o sea con dos filas paralelas de terminales. (También existen tiras de pines con dos filas paralelas)

Por último, a la derecha hay una muestra de terminales para conectores macho  y debajo otra muestra de terminales para conectores hembra. El sistema de crimpar el cable es idéntico al descrito para los terminales Molex, pero al meter los cables en las carcasas, aquí lo que sujeta el terminal para que no se salga, es una lengüeta de la carcasa, así que como es plástico es más débil que los del sistema Molex

No solo en esto, sino en general, los conectores Dupont  son más débiles que los Molex y desde luego mucho menos fiables, pero para un trabajo no muy exigente son una solución bastante más barata que los Molex, y como se ha visto mucho más flexible.

Conectores Dupont en DRVSERVO

El principal inconveniente, desde mi punto de vista, es que los conectores Dupont pueden conectarse del derecho y del revés, de modo que no hay nada como lo que decíamos de los Molex para evitar que se puedan conectar al revés. Con los Dupont, esto es posible y también es posible conectar por ejemplo un conector de tres contactos en cualquier posición de una tira de pines con más de tres contactos. Así que hay que ser cuidadoso para no hacer conexiones equivocadas y si es necesario marcar con etiquetas en las carcasas las posiciones correctas.

En la imagen adjunta, se puede ver, en mi último desarrollo DRVSERVO, como se ha utilizado para conectar los distintos elementos (servo, leds, botones de mando, etc) una tira de pines hembra recta, sobre la cual se conectan los elementos necesarios con conectores Dupont. Como se pueden conectar elementos distintos y con diversas funciones, cada uno lleva un conector Dupont distinto, y se conectan en cada caso los que se necesiten. Como se ve es una opción muy flexible, pero hay que saber lo que se está haciendo.

Como siempre, en cada caso habrá que estudiar cuál es lo solución más apropiada, según las necesidades, y el uso que le vaya a dar 

Historial (II)

Nos habíamos quedado en que  había conseguido un sistema para controlar el movimiento de los trenes (trenes analógicos!) mediante un programa de ordenador. Esto me animaba a utilizar el control por ordenador para el manejo de toda la maqueta, pero claro, eso implica muchas más cosas que controlar la marcha de los trenes: Empezando por los desvíos, continuando por las señales, desenganchadores, e incluso cosas como las rotondas, y por supuesto la activación o desactivación de tramos de vía, puesto que al tratarse de tremes analógicos, la forma de que queden estacionados es cortar la alimentación del tramo de vía en el que están.

Esto era un reto distinto al del sistema de tracción, puesto que a diferencia del control de velocidad de una locomotora que podemos querer que vaya más menos rápida, aquí se trata de órdenes simples (Si o No) pero el problema ahora es la gran cantidad de elementos a controlar. En una gran maqueta puede haber como mucho seis o siete trenes circulando, pero es fácil que haya cuarenta o cincuenta desvíos, otros tantos tramos aislados, bastantes señales etc. etc. Nos pongamos como nos pongamos, a cada desvío tienen que acabar llegando un par de cables (aparte del cable común) y lo mismo pasa con los otros accesorios, así que tiene que haber cientos de cables que lleguen a estos elementos y que activan en cada momento obedeciendo a una orden del ordenador que la emite por un único cable, la salida de USB.

Así que  me pareció un camino más fácil empezar por hacer un programa para el control de todos estos accesosios lo que implicaba el propio desarrollo del programa más el desarrollo y construcción del hardware correspondiente. Después de muchas pruebas conseguí hacer funcionar una primera versión del programa, bautizado como "ControlZ" y lo vemos funcionando en pruebas en el video que encabeza este artículo, grabado en 2010. En ese video se puede ver, como, mediante el manejo del programa, a través del ratón del ordenador, se pueden manejar todos los elementos de control de la maqueta. Vemos el manejo de un desvío, y después el de una señal que cambia de aspecto respondiendo al cada click del ratón, y asimismo se aprecia que la imagen en la pantalla del elemento sobre el que se actúa cambia también para indicar el estado de ese elemento. Vemos también la forma de actuar sobre los desenganchadores y también sobre los tramos aislados, que cambian de color al hacer click en ellos, indicando si están o no activos.

Por último vemos el control de un puente de rotonda, que permite seleccionar previamente la posición a la que queremos que se mueva, y después, al hacer click, el puente comienza a girar hasta la situación pedida, acompañada por el giro de la imagen en pantalla.

Como decía, el programa genera una salida por USB, compuesta por un palabra de 8 bits cada vez que se activa un control en la pantalla. El circuito decodificador convierte esa palabra de 8 bits, en un impulso de tensión que sale por una de las 256 vias posibles un función del valor de la palabra recibida, de manera que el impulso llega al aparato conectado a la vía, y lo hace funcionar, moviendo el desvío, o lo que sea. Está claro que un elemento que tiene que tener la posibilidad de conectarse a 256 cables, no puede ser pequeño, y en efecto, la imagen siguiente nos confirma que no lo es. El conjunto de cables que sale por la derecha son parte de los posibles 256 cables para activar desvíos, señales etc. Los cables que salen por la izquierda van a las otras placas que llevan relés para conectar u aislar tramos de vía.

Decodificador de ControlZ

Un tema importante es que el programa ControlZ es universal, es decir, se puede dibujar en la pantalla cualquier trazado de maqueta, definiendo todos sus elementos y asignándoles a cada uno la dirección entre 001 y 256 que lo activará.

El video siguiente muestra un video en 2012 donde vemos al programa ControlZ utilizado para manejar la maqueta III, En varios momentos se puede ver la pantalla del programa, y cómo vamos manejando los distintos elementos para hacer que los trenes se muevan por todas partes. 

En algún momento vemos la mesa de control de la maqueta, que presenta un pequeño ordenador con el programa y el ratón y a su lado un controlador PWM09VD que maneja el movimiento de los trenes. Este fué uno de los primeros controladores PWM manuales que diseñé como aparato independiente con el objeto de manejar trenes en una maqueta analógica (Vease: Electrónica de diseño) y aquí empezó otra guerra: Muchos compañeros que lo vieron, me pidieron que les hiciera uno igual, y acabé por dedicar todo mi tiempo disponible a diseñar y construir controladores.

Pero en la época de ese video (2012) aún no había empezado con ese tema. Me limité a perfeccionar ControlZ para usarlo en la misma función que se haría con un cuadro de control analógico, lo que se llama un TCO, sin intervenir en el movimiento de los trenes nada más que con la activación y desactivación manual de tramos de parada

El siguiente paso, era incorporar al programa ControlZ la posibilidad de controlar el movimiento de los trenes, pero claro, aquí hay un grave problema: Como los trenes son analógicos la única orden que pueden recibir es la tensión que está en la vía. Si esta tensión es una PWM la locomotora se moverá a la velocidad correspondiente a la anchura de pulso de esa corriente en la vía y con el sentido dado por la polaridad de esa misma corriente. Si queremos que en la maqueta pueda haber a la vez varias locomotoras moviéndose de forma independiente, no hay más solución que seccionar la vía en sectores independientes de manera que garanticemos que en cada sector hay como mucho una locomotora, y llevar a cada sector la señal PWM que queramos utilizar para mover esa locomotora.

Entonces podemos hacer un programa que sabe en qué sector está cada locomotora y envía a cada sector la señal PWM correspondiente, y va cambiando automáticamente de sector según la locomotora cambia de uno a otro. Para hacer este seguimiento en la vía se han colocado balizas (sensores Hall) que detectan el paso de las locomotoras

Esto naturalmente es complejo, pero puede hacerse y después del correspondiente trabajo, en 2013 lo tenía funcionando. La forma de hacerlo es crear lo que se llama un "Progressive Cab Control" que responde al esquema siguiente: 

Progressive Cab Control - Esquema teórico

En el esquema se han representado cinco tramos de vía, A, B,C,D y E y cuatro controladores 1,2,3,y 4. Cada controlador se puede conectar a cada uno de los tramos de modo que cada tramo puede recibir alimentación de cualquiera de los controladores poniendo los conmutadores representados en la posición adecuada. Si suponemos una locomotora situada en el tramo A y que va a pasar al B habrá que comprobar que en el tramo B no hay ninguna locomotora, (como en el caso de un bloqueo automático) y si esto es así el conmutador conectado al tramo B se ajusta para que éste reciba alimentación del controlador 1. Y así sucesivamente, de modo que esa locomotora siempre recibe alimentación del controlador 1 esté en el tramo que esté. Por supuesto en otros tramos podrá haber otras locomotoras conectadas a otros controladores.

El truco es que los conmutadores no son mecánicos, sino electrónicos y son manejados por el programa de control.

En el video siguiente se pueden ver trenes funcionando en la Maqueta III con el sistema ya modificado para que el programa controlase el movimiento de los trenes. En la imagen vemos que el pequeño ordenador inicial ha sido substituido por otro que tiene una pantalla mucho más grande. La imagen del circuito ha pasado a fondo negro, y se superponen varias ventanas o "cabinas" que controlan, cada una, una locomotora. En alguna vista cercana de esas "cabinas" se puede ver, en la parte superior en què tramo está en ese momento cada locomotora. En el trazado hay 8 tramos nombrados T1 T2,...T8 y se ilumina el tramo en el que está en ese momento cada locomotora y también el siguiente, si la locomotora va a pasar a él

Además el circuito también presenta más información, ya que por ejemplo se visualizan con líneas punteadas los tramos que están ocupados por un tren, y se marca el paso de cada tren por las balizas.

El video alterna imágenes generales de la maqueta con tomas cercanas de la pantalla, mientras están funcionando varios trenes. Se observa que los trenes paran ante las señales rojas, que indican si el cantón siguiente está ocupado y arrancan cuando las señales pasan verde, haciendo paradas y arrancadas progresivas y circulando cada tren a una velocidad realista que además depende de las características de cada locomotora. Se observa que cada tren circula independientemente aunque todos los trenes son controlados desde el programa.

Se alternan algunas imágenes tomadas durante la construcción y pruebas de los circuitos electrónicos que se usan en el control. Destaca la torre formada por los ocho circuitos generadores de señales PWM (los controladores 1, 2,...del esquema anterior)  ya que el sistema estaba previsto para que pudiesen circular hasta siete trenes simultáneamente.

Como lo que vemos son pruebas del programa, en algunos casos vemos superpuesta una ventana en la que van apareciendo una serie de mensajes que indican lo que el programa hace en cada momento, en una función que podíamos asimilar a una caja negra. En condiciones normales de funcionamiento, no estaría esta ventana.

Aparte de la posibilidad de manejar cualquier tren o cualquier otro elemento de forma interactiva con el programa de ordenador interactuando con el ratón en la pantalla, se previó también la posibilidad de tomar el mando de un tren de forma totalmente manual, con un mando portátil. Al final del video vemos cómo ese mando se puede asignar a cualquier locomotora, y cómo al hacerlo ésta pasa a ser manejada por el mando portátil.

Y en esta situación, ocurrió lo que ya he comentado: me metí en un desarrollo de controladores para trenes basados en explotar al máximo las posibilidades de los generadores de PWM y no tardé en convencerme de que el resultado que se obtenía con ellos era mucho más perfecto que el que tenía con mi programa de ordenador. Llegué a la conclusión de que había cometido el error de confiar en los generadores de PWM que venían incorporados en las placas comerciales (de Velleman) de comunicaciones que servían para enlazar el ordenador con el resto del circuito y que cambiar eso era prácticamente volver a partir de cero.  Si no hubiera sido por el desarrollo de mis propios controladores PWM seguramente hubiera estado satisfecho con lo que me daba el sistema basado en las placas Velleman, pues funcionaban bastante bien, como ya se ha visto en el video anterior. Pero era absurdo estar haciendo comtroladores PWM mucho mejores para otros y conformarme para mi maqueta con una solución peor.

A esto se unió la dificultad con el programa, cuya complejidad hacía muy difícil de mantenerlo activo ante los sucesivos caprichos de Microsoft que se sucedían en esa época. En el artículo ¡Sublime decisión! expliqué en Noviembre de 2014 mi decisión de abandonar el sistema de control por ordenador.

Por cierto, que ese artículo reconocía que si utilizaba mis controladores, iba a perder la posibilidad de paradas y arrancadas progresivas. Esta carencia me impulsó a trabajar intensamente en el campo de los controladores PWM con simulación de inercia, que ya había tanteado como se ve en el propio artículo reseñado.

Asi que sin pensarlo más, arranqué el ordenador de su espacio debajo de la maqueta y construí inmediatamente un cuadro analógico para sustituirlo

Ojo, que ese cuadro de la imagen es un cajón vacío. faltaba poner en él todos los elementos de mando y control (conmutadores y leds sobre todo) y lo más importante, disponer en el interior los dispositivos electrónicos que actuasen sobre los elementos de la maqueta, dispositivos que incluso en algún caso tendría que diseñar.

 Y en esas cayó otra bomba sobre mi proyecto: ¡Me tenía que mudar de casa!. 

Lo malo fue que la nueva casa era más pequeña y la única habitación donde podría acomodar una maqueta, tendría que ser compartida con mi hijo. Esto obligaba a una maqueta más pequeña y además que pudiera desaparecer de la vista mientas no trabajase en ella.

No quedó otro remedio que desmontar la maqueta III, recoger y guardar todo el material y parar el proyecto 

Bueno, como yo siempre digo, esta afición es un hobby así que una pasado el tema de la mudanza y sus problemas, me puse a diseñar una nueva maqueta, ciñéndome al espacio del que podía disponer (280 x 85 cm), y teniendo en cuenta que la habitación donde iba a ir era un dormitorio, asi que había que hacer un invento para retirarla de la vista, cuando conviniese.

El diseño del trazado quedó completado en Octubre de 2015 y es el que recoge la imagen anterior.

Luego vino el hacer el mecanismo para elevar y descender la maqueta, que debía quedar por encima de una cama. El video siguiente muestra ese mecanismo, para el que se usó el sistema para las persianas motorizadas. 

Y luego empezó un largo periodo de construcción que todavía continúa. Se ha retrasado mucho, por una serie de circunstancias, entre ellas mi dedicación al diseño y construcción de controladores PWM que han acabado siendo comercializados por un compañero de afición.

En realidad ese tiempo de desarrollo dedicado a controladores tenía un fin secreto: perfeccionar el tipo de controlador que quería usar en esta nueva maqueta. Al final llegué a lo que quería: un controlador con simulación de inercia y con funciones controladas por sensores en las vías, pero esto me costó varios intentos hasta que lo conseguí  en abril de 2018 con el controlador PWM75VO

Este controlador, en número de cuatro, pasó a formar parte del cuadro de mandos de la nueva maqueta, y a partir de ahí, ya me he dedicado más activamente a la construcción de la misma, con algunos inconvenientes, pandemia incluída.

Cuadro de mando de la maqueta IV con cuatro controladores PWM75 y un PWM71

Curiosamente, incluso he diseñado después otro controlador más, el PWM76, que también se ha comercializado, pero sus prestaciones adicionales no me resultaban interesantes, asi que me quedé con el PWM75 complementado con velocímetros

Y en esas estamos, comenzando 2022 y esperando a disponer de una terraza acristalada donde voy a trasladar la actual maqueta para seguir trabajando en ella.

Corriente ¿contínua? ( y II )

(Viene del artículo anterior)

Decíamos que la potencia transportada por la corriente eléctrica es proporcional, a igualdad del resto de factores, al valor eficaz de su tensión, y como consecuencia de ello, la velocidad que alcanza un tren alimentado por cualquier tipo de corriente continua (continua en el sentido de ser siempre del mismo signo), es proporcional a esta tensión eficaz, sea cual sea la forma de onda de la corriente. y por ello no parece que tenga justificación el escoger determinada forma de onda, salvo por la consideración de que sea la más barata de generar.

Pero siendo esto cierto, es aplicable para una locomotora que está moviéndose, es decir que está recibiendo potencia por la corriente eléctrica y la está convirtiendo en movimiento. Pero ¿que ocurre cuando la locomotora está parada y empieza a recibir una tensión cuyo valor eficaz empieza a aumentar desde cero, tal como veíamos en el vídeo del capítulo anterior?. Cuando empieza a circular la corriente por el bobinado del motor aparecen dos fuerzas que tienden a hacer que el rotor del motor gire. En física estas dos fuerzas iguales y de sentido contrario que tiende a hacer que un objeto gire se denomina "par de fuerzas" y en el caso de los motores se suele denominar "par motor" o simplemente "par". En la imagen de la derecha, que es el el esquema de un motor eléctrico, estas dos fuerzas son las indicadas con F

Este par motor es proporcional en cada instante a la tensión que recibe el motor (realmente la tensión induce una intensad de corriente, indicada por I en la figura, proporcional a la tensión , y el par es proporcional a esa intensidad) de manera que si la corriente no es plana, el par fluctúa con la misma forma de onda que la tensión.

Si el motor está girando, esta fluctuación  hace que el rotor reciba un par motor fluctuante, pero gracias a la inercia del rotor la velocidad de giro se establece en un valor medio que corresponde a lo que sería un par motor medio, producido por una corriente plana de tensión igual a la tensión eficaz. Cuando el motor está girando la potencia que desarrolla es igual al producto del par por la velocidad de rotación, de modo que por eso hemos hablado hasta ahora de potencia y de velocidad.

La diferencia, sutil, es que el par motor aparece en el momento en que aparece una mínima corriente aunque el motor todavía no se mueva. Si no se mueve la velocidad es cero y no se produce ninguna potencia mecánica, de modo que la pequeña potencia que recibe el motor de la corriente eléctrica se transforma totalmente en calor. Pero por mínima que sea la corriente, aparece ya un par.

Y si ya hay un par, aunque sea mínimo, ¿porqué no se mueve el motor? Pues porque para que el motor, empiece a moverse tiene que vencer unas resistencias que se oponen al movimiento. Las más importantes son las de rozamiento. Es decir para que el motor gire tiene que haber un par motor que supere el "par resistente" derivado del rozamiento del eje en los cojinetes, y si hablamos de la locomotora completa, también el rozamiento de la cadena de engranajes, los cojinetes de las ruedas etc. En mecánica se dice que el rozamiento estático es mayor que el dinámico, esto es, que para que el movimiento comience, hay que vencer un rozamiento que disminuye en cuanto empieza el movimiento. Digamos entonces que si se necesita un determinado par motor para arrancar, una vez que ha comenzado el giro, ese par es más que suficiente para mantener la marcha. Esto es muy importante, para nuestro caso porque si en un momento dado el par alcanza el valor suficiente para vencer ese rozamiento estático, aunque sea por un tiempo de milisegundos, el motor ya arranca, y a partir de ahí empieza a moverse a una velocidad que corresponde a la potencia proporcionada por la corriente. Para que no se diga que no tenemos todo en cuenta digamos que otra acción que se opone inicialmente al arranque del motor es la inercia, principalmente la del rotor del motor en su giro, pero esta fuerza que como sabemos se opone siempre al cambio de movimiento, al arrancar se opone a que el motor empiece a girar, pero si se ha superado, y el motor ya está girando se opone a que deje de girar, así que favorece el que se mantenga el movimiento una vez que éste ha empezado. Como ya hemos dicho, la inercia del rotor tiene un papel muy importante en la estabilidad del movimiento.

Editado en 28/01/2018 El parrafo anterior tiene una importante inexactitud: Es cierto que el motor no comienza a girar hasta que el par motor supera las fuerzas que impiden el movimiento, pero no es correcto que la principal fuerza que se opone al movimiento sea el rozamiento. En los motores de corriente continua con imán permanente y piezas polares de hierro se produce un fenómeno llamado cogging que se deriva de la atracción entre polos del imán y las cabezas de los núcleos de las bobinas, y que se manifiesta por una par que a lo largo de cada vuelta, en unos puntos es favorable al movimiento y en otros opuesto.  Este par de coggin se produce permanentemente en el motor incluso cuando está desconectado, y lo podemos notar haciendo girar con los dedos el eje de un motor aunque esté totalmente desconectado. Naturalmente cuando el motor se queda sin alimentación y se para, si ésto ocurre en una posición en que el par es favorable sigue girando gracias a este par favorable hasta llagar a una posición en que el par es desfavorable y entonces se queda parado en esa posición. O sea que al ir a arrancar siempre tiene que empezar por vencer el par de cogging en la posición más desfavorable y por eso el motor no arranca hasta que el par motor alcanza un valor mayor que el valor máximo del par de coggin. Una vez vencido ese primer par de coggin en contra, éste va variando a  favor y en contra con lo que se necesita menos par motor para mantener la velocidad de giro

Todo esto nos lleva a una conclusión: Para que la locomotora arranque se necesita que al menos en un instante el par motor supere un valor mínimo que depende fundamentalmente del par de cogging  y por tanto de la construcción del motor. Como el par en cada momento es proporcional a la tensión necesitamos que la tensión supere en algún momento un determinado valor. Una vez que el motor ya ha comenzado a girar, se moverá a una velocidad que es proporcional al valor eficaz de la tensión. Dicho de otra forma: La locomotora arrancará cuando la tensión de pico de la corriente supere un determinado valor y continuará moviéndose a la velocidad correspondiente al valor eficaz de la corriente. Por lo tanto no es indiferente la forma de onda de la corriente, porque aunque la velocidad solo dependa de la tensión eficaz, el punto de arranque si que depende de la tensión de pico.

Veamos la importancia de esto: Supongamos que alimentamos una locomotota de 12 Voltios con una corriente continua plana cuya tensión empieza a subir, desde 0 hasta 12 voltios. Supongamos que el motor vence los rozamientos cuando la tensión alcanza 5 voltios. En ese momento la locomotora arranca y continúa moviéndose con la velocidad correspondiente a 5 voltios que es la tensión eficaz de la corriente plana en ese momento. Supongamos ahora que hacemos lo mismo utilizando una corriente cuyos picos alcanzan un valor doble que la tensión eficaz. De nuevo, cuando lleguemos al punto en que los picos de la tensión alcanzan los 5 voltios la locomotora arrancará, pero a continuación seguirá moviéndose a la velocidad correspondiente a la tensión eficaz que ahora es la mitad, o sea 2,5 voltios. Así que la locomotora arrancará a una velocidad mucho menor que en el caso anterior.

Podría pensarse que en el primer caso, una vez que la locomotora ha arrancado a cinco voltios, podríamos disminuir la tensión eficaz para hacer que la locomotora baje de velocidad. Sin embargo al bajar la velocidad por debajo del límite que la hace arrancar, el motor entra en una zona inestable que le lleva a detenerse. Por eso mismo, los picos altos de la corriente se mantienen indefinidamente mientras la locomotora está en marcha para que no se detenga.

Lo que deseamos todos es tener un control fino de nuestras locomotoras, es decir poder manejarlas a velocidades muy bajas, así que lo que nos interesa es conseguir el arranque cuanto más lento mejor. Acabamos de deducir que entonces lo que nos interesa es que la relación entre la tensión de pico y la tensión eficaz de la corriente tenga el mayor valor posible.

Hasta ahora hemos visto dos posibilidades: La corriente continua plana y la corriente rectificada de onda completa (la de media onda la desechamos por el motivo que se expuso) En la primera, el factor es 1 y en la rectificada de onda completa es 1,41 Así que es mejor la corriente rectificada de doble onda que la continua plana.

Alguno seguramente se sorprenderá de esta conclusión. De hecho muchos aficionados creen que para alimentar un tren de corriente continua se necesita corriente continua pura, y buscan o construyen fuentes de alimentación capaces de proporcionar una corriente continua cuidadosamente filtrada y estabilizada. Esto es un error, como acabamos de comprobar. De hecho se ven en foros y blogs algunos circuitos artesanales basados en un regulador de tensión del tipo LM317 o similares. Estos reguladores son excelentes para obtener una corriente continua de tensión variable, pero obtienen exactamente eso: una tensión variable plana, por lo que el comportamiento de los motores, en cuanto al arranque,  no es el mejor. En la imagen precedente vemos uno de esos populares circuitos que lleva un rectificador de onda completa, un filtro constituído por el condensador de 1000 uF y el regulador constituido por un circuito LM317. Como se puede comprobar se obtiene una corriente continua, regulable en tensión, y casi perfectamente plana. O sea, para decirlo corto: lo peor que podemos desear para alimentar un tren.

Bueno, ¿y no podíamos mejorarlo? recordando lo decíamos acerca de la corriente de media onda, la relación entre el valor de pico y el valor eficaz es de 16,95 / 6 = 2,82 ¡Caramba, que buen valor! es el doble que la rectificada de onda completa. Es una lástima que como vimos su valor eficaz se quede tan bajo. Alguien podría pensar que si aumentamos la tensión hasta que el valor eficaz sea de 12 voltios con esa misma forma de onda, tendríamos una buena opción, pero no hay que olvidar que si hacemos esto, los picos de tensión serían del orden de 34 voltios, lo cual podría resultar peligroso para el motor.

Afortunadamente hay otra opción, que es realmente curiosa: Se trata de mezclar dos tensiones, una de media onda y otra de onda completa, y conseguir que al comenzar a aumentar la tensión, aumente primero la de media onda y después empiece a aumentar la de onda completa. En el vídeo siguiente podemos ver el circuito que produce ese tipo de corriente y en el osciloscopio vemos como va variando la forma de onda según movemos el control.

El circuito como se ve es realmente sencillo, aunque entre los fabricantes que lo hacen hay algunas variaciones, pero la esencia es la misma. En el esquema del vídeo el potenciómetro RV2 sirve para ajustar la mezcla de las dos señales y el RV1 es el potenciómetro con el que controlamos la velocidad de los trenes.



Lo interesante del tema, es que como se aprecia en el vídeo perfectamente, al empezar a aumentar la tensión la forma de onda es casi exactamente igual a la onda rectificada de media onda, y que según vamos aumentando la tensión de salida, la forma de onda se va convirtiendo en una rectificada de onda completa. Esto quiere decir que a velocidades bajas, la relación entre la tensión de pico y la eficaz será del orden de la de media onda, es decir, cercano a 2,82 mientras que cuando la tensión alcanza el máximo el valor habrá bajado a 1,41.  O sea que si como antes decíamos el motor que tenemos alcanza con una tensión de pico de 5 voltios el punto de arranque, al empezar a moverse la locomotora lo hará con una velocidad correspondiente a 5 / 2,82  = 1,77 Voltios.  Esto es excelente, porque la locomotora se moverá muy despacio, pero no se para, porque los picos de 5 voltios la mantienen en marcha. Compárense estos 1,77 Voltios con los 5 Voltios de la corriente continua pura.

Casi todos los fabricantes de trenes hacen controladores analógicos "de gama alta" basados en este sistema más o menos perfeccionado. El problema es que muchas veces no está claro si lo que nos ofrecen es un controlador de onda rectificada completa o este segundo tipo, mucho mejor, que yo llamo de onda rectificada compuesta. Como se ha podido ver, llegar a comprender todo esto es bastante complicado y por lo tanto es muy difícil que los fabricantes hagan intentos por aclararlo. De hecho la mayoría de los fabricantes huyen de profundidades técnicas porque suponen que éstas hacen huir a sus clientes. Habría que romper una lanza en favor de la Empresa TITAN que al menos menciona el tema. Este párrafo está tomado de las especificaciones de su modelo 825:

• La tensión continua se puede variar con el mando giratorio. La variación se produce casi sin escalonamientos, puesto que se realiza mediante unas escobillas que están en contacto directo con el arrollamiento del transformador. Cuando el mando giratorio está en posición central no hay tensión, girándolo a la derecha o a la izquierda se determina el sentido de marcha o de giro de los vehículos hacia delante o hacia atrás respectivamente. El aparato dispone de un sistema arrancador por semionda para proporcionar un mayor par de arranque a los motores de aprox. 0,2 V DC_eff. Este ligero aumento de la tensión no puede dañar al motor con inducido en forma de campana.

Supongo que para la mayoría de sus compradores lo del sistema arrancador por semionda les sonará a chino, pero espero que los lectores que hayan tenido la paciencia de llegar a este punto lo tengan claro.

Por lo que parece Fleishmann * los identifica con la sigla "MSF" pero no he sido capaz de localizar ninguna explicación sobre el significado de la misma.

Y aquí quiero introducir un comentario que se refiere a la polémica que se suscitó en el hilo de Plataforma-N, al hablar de estos temas: Como digo no hay una nomenclatura clara para distinguir entre unos tipos y otros, entre otras cosas porque la mayoría de la gente no tiene claras estas diferencias. Pero en algunos casos se ha llamado a los aparatos que generan esta onda compuesta transformadores de corriente pulsada o de corriente pulsante. Yo no estoy de acuerdo con esta nomenclatura, en principio porque la expresión "corriente pulsante" no corresponde a ninguna definición técnica (como si ocurre con las expresiones rectificada de media onda o rectificada de onda completa), así que resulta ambigua. Podríamos decir que con corriente "pulsante" queremos decir una corriente cuya tensión varía periódicamente en el tiempo, pero entonces, excepto en el caso de la continua plana todas los tipos que aquí se han visto son pulsantes y de hecho también lo son muchos más tipos como las de diente de sierra, cuadradas, etc,  así que pretender utilizar la expresión pulsante para distinguir la corriente compuesta de las de media onda o de onda completa, es absurdo porque todas ellas son pulsantes.

Debo decir, que en ningún catálogo de fabricantes he visto que se utilizase la epresión "corriente pulsante" para referirse a este tipo de aparatos, pero si lo he visto usar en algunos foros y también por vendedores particulares en E-Bay  y sitios similares.

No tendría mayor importancia si no fuese porque la exprexión "corriente pulsante", que insisto, no es técnica, lleva a muchos a pensar que se está hablando de corriente PWM. La expresión PWM corresponde a "Pulse Width Modulation" o sea "modulación por anchura de pulso"  y que es la última forma de alimentar los motores de nuestros trenes, y que abordaremos a continuación.

 La palabra "pulse" en inglés y que en español llamamos también "pulso" tiene una significación muy precisa en electrónica puesto que se refiere a una forma de onda cuyo valor sube y baja de forma prácticamente instantánea entre dos valores. Por lo tanto su representación gráfica está formada por segmentos verticales unidos por otros generalmente horizontales. En este sentido, ninguna de las formas de onda que hemos visto hasta ahora está formada por pulsos, ya que todas las variaciones se hacen siguiendo curvas de tipo senoidal, de manera que desde este punto de vista a ninguna se le puede llamar pulsada o pulsante,

Insisto en que no tendría demasiada importancia, si o fuese porque el utilizar la expresión corriente pulsante en un anuncio de venta por ejemplo, puede hacer creer al comprador que se está vendiendo un control PWM abusando de la semejanza entre la expresión "pulsante" y la palabra "pulse" en la expresión Pulse Width Modulation.

Yo les llamo a estos controladores de corriente compuesta, que me parece lo más apropiado dada la forma de onda de la corriente que producen ( y la forma de generarla) , y vuelvo a insistir que son, con mucho, la mejor solución de todas las vistas hasta ahora. Casi todas las marcas fabrican controladores de este tipo.

Vamos ahora a ver el caso de la corriente PWM. Los que sigan este blog sabrán que me he dedicado a estudiar las posibilidades de este tipo de corriente para el control de los trenes, y he diseñado y construido unos cuantos modelos de controladores PWM, tanto para mi, como para los que me los han pedido.

Haciendo lo mismo que en los casos anteriores, tenemos a continuación un video donde podemos ver simultáneamente el circuito que genera este tipo de corriente, y la forma de onda en la pantalla del osciloscopio virtual. También en este caso hay un mando, un potenciómetro, que actuando sobre él, permite apreciar como varía la forma de onda según movemos el control de velocidad.




En este caso el circuito se basa en un circuito integrado, concretamente un NE555, y apenas unos pocos componentes más.

Como vemos en el vídeo, la forma de onda está formada por pulsos (ahora si, pulsos, porque los flancos son verticales) y con el control lo que hacemos es variar la anchura de estos pulsos, de forma que con el mando al mínimo, los pulsos son tan estrechos que prácticamente desaparecen, y con el mando al máximo se hacen tan anchos que practicamente se juntan con los contiguos.

¿Podemos calcular cual es el valor eficaz de una corriente de este tipo? pues si, podemos hacerlo y además muy fácilmente porque como la forma de onda es rectangular el área que se encierra entre la traza y el eje se calcula muy fácilmente. En la figura de la izquierda se ha marcado con P la distancia entre dos pulsos consecutivos (esto es lo que se llama periodo) y con una A la anchura del pulso. A la derecha Vmax indica la tensión máxima o tensión de pico. En este caso como se habrá podido ver en el vídeo, esta tensión de pico no varia y es siempre igual a la máxima, en este caso, 12 Voltios. En electrónica es habitual llamar Duty (a veces se traduce como "ciclo de trabajo") al cociente entre A y P expresado en porcentaje. Asi un duty del 20%  indica que la anchura de los pulsos  es el 20% del periodo, de manera que un duty de 100% indica que que los pulsos han llegado a su máximo habiéndose juntado cada uno a sus vecinos, y un duty de 0% indica que los pulsos se han adelgazado al mínimo posible hasta prácticamente desaparecer. Utilizando este valor, el valor eficaz se puede expresar como Vef = Duty / 100 * Vmax.

Observese que para Duty = 0% el valor de la tensión eficaz es cero, y para Duty=100% el valor de la tensión eficaz es Vmax en este caso 12 Voltios. Por supuesto con valores intermedios, como por ejemplo con duty = 20% la tensión eficaz es el 20% de 12 o sea 2,4 Voltios. Etc.

Pero, si aplicamos este caso al motor que considerábamos antes, que empieza a rodar cuando la tensión de pico sobrepasa los cinco voltios, resulta que en este caso, el motor arranca siempre, porque la corriente de pico es siempre de 12 Voltios. Como antes dijimos, una vez que el motor ha arrancado, empieza a moverse a la velocidad que corresponde a la tensión eficaz, que en este caso puede ser bajísima. Por ejemplo con un duty del 5% la tensión eficaz sería de solo 0,6 Voltios. Si el motor es capaz de girar con sólo 0,6 voltios, es decir si con eso vence el rozamiento dinámico, la locomotora se moverá a una velocidad superlenta. Vamos a suponer que bajamos incluso el duty al 1%. Esto daría un valor eficaz de 0,12 Voltios Si con esa tensión el motor no puede vencer los rozamientos dinámicos la locomotora no arranca, pero sigue intentando hacerlo con cada pico de 12 voltios. Cuando esto sucede la locomotora no llega a moverse pero emite un ronroneo que indica que está intentando arrancar con cada pulso.

La experiencia indica que con valores de tensión eficaz bajísimos (ayudado por los pulsos) el motor se mantiene en marcha. Naturalmente el comportamiento no es igual en todas las locomotoras, pero en la gran mayoría se consigue un control super-preciso y velocidades lentísimas.

El valor que calculábamos antes como la relación entre la tensión de pico y la eficaz, y que nos daba un valor de 1 para la corriente plana, un valor de 1,41 para la rectificada de doble onda, un valor variable entre 2,82 y 1,41 para la corriente compuesta, en este caso, es también variable pero puede alcanzar valores de más de 10 fácilmente.  Sin embargo con el regulador al máximo, o sea con Duty = 100% el valor de los picos no sobrepasa el valor nominal de la corriente. De hecho en este caso la corriente PWM se ha convertido prácticamente en una corriente continua plana por lo que su valor eficaz es el mismo que la tensión de pico.

Como se deduce de todo lo dicho, resulta que paradójicamente, lo peor que podemos emplear para alimentar un motor de corriente continua es precisamente una corriente continua, mientras que lo mejor, con diferencia, es una corriente PWM. Hay un hecho que evidencia la certeza de esta afirmación, y es que el motor de TODAS las locomotoras digitales funcionan con corriente PWM. No es que la corriente digital sea una corriente PWM, que no lo es, sino que en base a las ordenes que recibe, el decodificador instalado en las locomotoras digitales, genera una corriente PWM de tensión fija y duty variable para alimentar el motor. Con ello se consigue que las locomotoras digitales presentan esa marcha suave y perfectamente regulada que ha hecho tan populares a los sistemas digitales.

Curiosamente, las grandes marcas no han aplicado la tracción PWM a las locomotoras analógicas. Supongo que el motivo es que desde que se lanzaron los sistemas digitales, las marcas no han hecho el más mínimo esfuerzo por actualizar los sistemas analógicos, supongo que para forzar a sus clientes al campo digital, que es lo que les interesa. Es una lástima, porque desde que el analógico fué abandonado a su suerte, la electrónica ha progresado y se ha abaratado extraordinariamente, de modo que hoy es posible construir controladores PWM para trenes analógicos a precios perfectamente asumibles.

Una advertencia final: Los esquemas electrónicos que se ven en las imágenes de este artículo y del anterior, no son circuitos operativos que puedan construirse directamente. Su objetivo es simplemente generar las señales que se visualizan en la pantalla del osciloscopio como ilustración de los temas tratados. Para construir un sistema real de control de trenes hay que tener en cuenta una serie de factores que aquí se han obviado para mayor sencillez. Entre estos sistemas estarán las protecciones frente a sobrecargas y cortocircuitos, las etapas de potencia que pueden ser necesarias para generar la potencia requerida por los trenes y los sistemas para invertir el sentido de la marcha.


Espero que estos dos artículos hayan permitido a algunos lectores conocer un poco más acerca de las posibilidades que nos ofrecen los distintos sistemas de tracción para trenes analógicos.

Estaré encantado de recibir y responder a cualquier cuestión o comentario.


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*  He localizado el significado de la sigla "MSF" con que Fleishmann identifica sus transformadores de corriente compuesta. La referencia dice esto:

„MSF“ - Multi Sensible Feinsteuerung - bietet im gekennzeichneten „MSF“-Bereich langsamste Rangierfahrten durch kontinuierlichen Übergang von Halbwellen- über Mischwellen zur Vollwellen-Gleichrichtung.

Que puede traducirse más o menos así:

MSF - Control Fino Multisensible - Ofrece, en el área marcada "MSF", un arranque más lento gracias a una transición continua desde un perfil de media onda hasta una corriente rectificada de onda completa

O sea, que coincide plenamente con lo dicho en el texto.

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Como me han hecho alguna consulta sobre el tema aclaro lo siguiente:

Aquí se ha dicho que para mover los trenes es mejor una corriente rectificada o una corriente compuesta, y lo mejor una corriente PWM. Pero eso se refiere a la corriente que llega a las vías.

Normalmente los controladores PWM como los que se han propuesto en este blog, se alimentan con corriente continua, pero esa es la alimentación del propio circuito PWM y no lo que va a la vía. Por lo tanto para alimentar estos controladores PWM, lo mismo que para alimentar cualquier circuito electrónico que requiera corriente continua, lo adecuado es una corriente continua plana, cuanto más estable mejor. Para eso son ideales las fuentes de alimentación de tipo conmutado.

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Recientemente he visto que las normas NEM (Las normas europeas que definen las características que deben cumplir los modelos de trenes), concretamente la norma NEM 630, establece las formas de onda que son posibles en la alimentación de trenes de corriente continua y coincide plenamente con todo expuesto aquí, incluyendo la corriente continua que yo he llamado "plana" y que la norma denomina "pura", las formas de onda completa y de media onda, la que yo he llamado aquí compuesta, que la norma denomina "mezcla de las dos anteriores" y que en su conjunto denomina rectificadas  la PWM que la norma recoge como "Regulación por anchura de pulso", es decir la traducción de Pulse Width Modulation. y que clasifica como onda pulsada.

Pulsando en la imagen de la izquierda, se podrá ver un facimil de esa norma NEM

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Editado 01/04/2015

En esta fecha se ha publicado en este blog, un artículo comparando los diversos tipos de controladores PWM que podemos encontrar. Este es el enlace:

Comparativa PWM