Liikuttavaa sähköä

Pienoisrautatien, oli se minkä kokoinen tahansa, tekee mielenkiintoiseksi junien liike. Jotta syntyy liikettä, tarvitaan energiaa. Sen aikaansaamiseen on moniakin tapoja. Yksinkertaisimmillaan junaa voidaan liikuttaa työntämällä – monen harrastus lienee saanut alkunsa työnnettävistä puujunista. Kuitenkin on mukavampaa ja realistisempaa, jos juna kulkee omin konein (ks. huomautus jutun lopussa). Tässä on kätevimmäksi konstiksi osoittautunut sähkömoottori. Kuten esikuvassakin, sähkö voidaan joko tuottaa veturissa, jolloin mukana kulkee paristo, akku tai generaattori, tai tuoda ulkopuolelta ajojohdinta tai virtakiskoa myöten.

Sähköjunan perusosat.

Kuva 1: Sähköjunan perusosat.

Kuvassa 1 esitetään sähköjunan perusosat. M tarkoittaa vetoakseliin kytkettyä ratamoottoria, joka vie junaa eteenpäin. Ratamoottoreita voi olla yksi tai useampia. Ohjauslaitteella säädetään moottorin pyörimisnopeutta ja -suuntaa. Virtalähde tuottaa moottorin tarvitseman sähkövirran. Se voi olla veturin mukana kulkeva akusto tai dieselmoottorin pyörittämä generaattori. Jälkimmäisessä tapauksessa puhutaan yleensä dieselsähköisestä veturista.

Virtalähteenä voi olla myös kauempana sijaitseva sähkövoimala, jonka tuottama sähkö johdetaan radan yläpuolella olevaan ajojohtimeen tai alhaalla ajokiskojen välissä tai vieressä kulkevaan virtakiskoon. Siitä veturin virroitin johtaa sen edelleen ohjauslaitteeseen ja edelleen moottoriin. Tätä yleensä tarkoitetaan kun puhutaan sähköveturista tai -junasta. Ohjauslaitteelle on vakiintunut monia erilaisia nimityksiä asiayhteydestä riippuen, esim. raitiovaunuissa puhutaan ajokytkimestä. Nimitysten kirjavuus johtuu osin myös siitä, että säätölaitteiden toimintaperiaatteita ja käyttötapoja on monia erilaisia. Niihin ei tässä artikkelissa syvennytä tarkemmin.

Lopputulos on joka tapauksessa sama. Kuljettaja käyttää ohjauslaitetta, joka säätää ratamoottori(e)n nopeutta ja suuntaa, minkä seurauksena juna liikkuu.

Pienoisjunan analoginen (vas.) ja digitaalinen sähkökäyttö.

Kuva 2: Pienoisjunan analoginen (vas.) ja digitaalinen sähkökäyttö.

Pienoisjunan veturi toimii periaatteessa samalla tavalla sillä erotuksella, että tavanomaisissa mittakaavoissa kuljettaja ei mahdu veturin sisään käyttämään ohjauslaitetta. Se pitää siis sijoittaa veturin ulkopuolelle. Tämä on esitetty kuvassa 2 vasemmalla. Ohjauslaite on tässä tapauksessa yksinkertainen jännitteensäädin, joka ohjaa veturin moottorin nopeutta ja suuntaa. Säädin on usein yhdistetty verkkomuuntajaan.

Tässä tapauksessa veturin nopeus on suoraan riippuvainen jännitteestä. Siksi puhutaan analogisesta ohjauksesta. Moottorin käyttämä sähkö on useimmiten tasavirtaa ja otetaan ajokiskoista. Kulkusuunta vaihtuu vaihtamalla plus- ja miinuskisko keskenään. Koska ajokiskot ovat eri napaiset, samalla akselilla olevat pyörät pitää eristää toisistaan eikä myöskään veturin tai vaunun runko saa yhdistää pyöriä sähköisesti toisiinsa. Toisin sanoen tarvitaan eristetyt pyöräkerrat, muuten syntyy oikosulku.

Märklinin vanhemmissa H0-mittakaavan radoissa on käytetty vaihtovirtaa, joka on otettu kiskojen välissä olevasta nastarivistä (joka oli vielä vanhemmissa radoissa yhtenäinen kolmas kisko).  Tällöin suunnanvaihtoon tarvittiin erillinen rele. Pyöräkertojen ei kolmannen kiskon ansiosta tarvitse olla eristetyt.

Analogisessa järjestelmässä ajaminen on hyvin yksinkertaista: väännetään nupista ja juna liikkuu. Jos kiskoilla on monta junaa, kaikki liikkuvat. Monimutkaiseksi menee vasta siinä vaiheessa, jos halutaan että jokin juna ei liiku, tai jos jonkin junan halutaan liikkuvan eri nopeudella tai eri suuntaan. Perinteisesti analoginen rata on pitänyt jakaa virtapiireihin ja erotusjaksoihin, joita on käytetty nupeilla ja napeilla. Toinenkin mahdollisuus on.

Oikeanpuoleisessa kaaviossa on ohjauslaite sijoitettu takaisin veturin sisälle, mutta sille välitetään tasaisen jännitteen sijasta koodattu pulssijono. Puhutaan komento-ohjauksesta, joka nykyisin tarkoittaa käytännössä digitaaliohjausta. (Analogisella tekniikallakin voidaan toteuttaa komento-ohjaus, mutta nykyisin käytännössä kaikki järjestelmät ovat digitaalisia.) Tällä pulssijonolla kerrotaan yhden veturiyksilön ohjauslaitteelle mihin suuntaan ja millä nopeudella sen tulee pyörittää moottoria. Sama pulssijono menee kaikille vetureille, mutta kukin veturi poimii siitä vain itselleen tarkoitetut komennot. Järjestelmän rakenne on hieman monimutkaisempi, niin kuin käyttökin, sillä jokaisella veturilla on oma osoite. Kuitenkin tilanne on entistä paljon yksinkertaisempi heti kun radalla on kaksi veturia. Kumpaakin voi ajaa toisesta riippumatta.

Kuva 3: esimerkki digitaalijärjestelmän peruskomponenteista.

Kuva 3: esimerkki digitaalijärjestelmän peruskomponenteista.

Kuvassa 3 on tarkempi esimerkki digitaalijärjestelmän perusosista. Veturissa on dekooderi, joka tulkitsee pulssijonoa ja ohjaa moottoria, valoja ja muita laitteita. Dekooderi ottaa tavallaan kuljettajan paikan veturin sisällä, mutta sitä komennetaan ulkopuolelta. Komennot tuottaa keskusyksikkö, jota puolestaan ohjaavat käyttölaitteet. Käyttölaitteena voi olla esimerkiksi käsiajolaite, jolla kuljettaja ajaa veturia, tai tietokone, jossa on asetinlaiteohjelma. Asetinlaitteella ohjataan vaihteita ja opastimia, joita käyttävät ratalaitedekooderit.

Voidaan myös toimia kuten kuvan 1 vasemmanpuoleisessa kaaviossa. Veturi voidaan varustaa sisäisellä virtalähteellä, kuten akulla, ja käyttää ohjauslaitteena lennokeista tai automalleista tuttua radio-ohjauslaitteistoa. Tietysti radio-ohjauksen kanssa voidaan ottaa sähkö myös ajokiskoista, ajojohtimesta tai erillisestä virtakiskosta. Veturikäyttöön sopivia radiolaitteita valmistaa ainakin Deltang. Näin veturi toimii kuten oikeakin akkukäyttöinen tai dieselsähköinen veturi.

Seuraavassa jutussa katsotaan hieman tarkemmin digitaalijärjestelmän perusosia.


Huomautus: Kalustoa on siirrelty jos jonkinlaisin konstein, varsinkin vaihtotöissä. Tämän kirjoittaja tietää ainakin seuraavia konsteja käytetyn:

  • miehitetty veturi
  • miehittämätön (kauko-ohjattu) veturi
  • maahan asennetun vintturin käyttämä vaijeri
  • traktori
  • kuorma-auto
  • henkilöauto
  • hevonen
  • koira
  • ihminen ja kanki (jonka pää tuetaan maahan)
  • ihminen ilman kankea (työntämällä)
  • painovoima (vaunut päästetään vierimään, sopiva raidejärjestely ohjaa ne oikeaan paikkaan)

Lista ei luultavasti ole tyhjentävä.

Merkitty: , , , , , , , , ,