Sähköjärjestelmien kuvaus
Pienoisrautateissä käytetään pääasiassa kahta erilaista sähköjärjestelmää: kaksikiskoradalla tasavirtaa (DC) ja kolmikiskoradalla vaihtovirtaa (AC).
Eroavaisuudet ovat seuraavanlaisia. Kaksikiskojärjestelmä (DC) toimii kahdella kiskolla, joista toinen on positiivinen ja toinen negatiivinen. Veturin moottori saa virtansa suoraan kiskoilta, veturin nopeuttaa muutetaan jännitettä lisäämällä (nopeammin) tai vähentämällä (hitaammin), ja moottorin pyörimissuunta muuttuu vaihtamalla kiskojen napaisuutta. Kaksikiskojärjestelmä näyttää realistisemmalta, koska kiskoissa ei ole ylimääräisiä osia. Kaksikiskojärjestelmää käyttävät useat valmistajat, tunnetuimpia varmaankin Fleischmann, Roco ja Piko.
Kolmikiskojärjestelmä (AC) käyttää vaihtovirtaa, jossa jännite vaihtelee sinimuotoisesti. Kolmikiskojärjestelmässä on kahden ulommaisen kiskon lisäksi keskellä kolmas kisko tai nastat, jotka toimittavat virran. Veturin moottori saa virtansa keskikiskon tai nastojen kautta, ja moottorin pyörimissuunta vaihtuu sisäisen mekaanisen tai elektronisesti ohjatun releen avulla. Keskikisko tai nastat voivat vaikuttaa radan realistisuuteen. Tunnetuin kolmikiskojärjestelmän valmistaja on Märklin.
Analoginen ohjaus
Käytettäessä analogista ohjausta (kansankielellä muuntajaa) veturin nopeutta ja suuntaa säädellään suoraan radan jännitteellä. Muuntajan avulla ohjataan sitä, kuinka paljon jännitettä radalle syötetään 0-12 voltin välillä. Jännitettä lisäämällä veturi kulkee nopeammin, ja vähentämällä hitaammin. Jokainen veturi saa virtansa suoraan kiskoilta, joten useamman veturin ajaminen itsenäisesti vaatii erillisiä virtapiirejä, koska kaikki veturit reagoivat samaan jännitteeseen samalla tavalla.
Kuvan esimerkissä veturi 2 pystyy kulkemaan ympäri rataa, ja palaamaan sivuraiteelle. Kun veturilla 1 halutaan ajaa, pitää sivuraiteen virta kytkeä pois, ja sen jälkeen kytkeä virta asemaraiteelle. Luonnollisesti veturi 2 on ajettu ensin sivuraiteelle.
Digitaalinen ohjaus
Digitaalinen aikakausi on vienyt pienoisrautatien ohjausta uusiin suuntiin ja avannut uusia mahdollisuuksia toiminnalle. Digitaalinen ohjausjärjestelmä (Digital Command Control = DCC) on huomattavasti analogista suorituskykyisempi. Sen virtalähde syöttää raiteelle vakiovaihtovirtaa 16 voltin jännitteellä, ja ohjaimet käyttävät tätä virtaa digitaalisten signaalien lähettämiseen dekoodereiksi kutsutuille tietokonesiruille, jotka ovat jokaisessa yksittäisessä veturissa ja radalle kytketyssä lisälaitteessa. Digitaalinen ohjaus mahdollistaa useiden vetureiden itsenäisen ajamisen samalla radalla, koska jokainen veturi voi vastaanottaa yksilöllisiä käskyjä. Tarjolla on myös laajemmat mahdollisuudet hallita muita toimintoja, kuten veturin valoja, ääniä tai vaikkapa kytkimien toimintaa.
Digitaalisessa ohjauksessa (DCC) lähetetään ohjaimella tietoja keskusyksikölle, kertoen mitä halutaan junan X tekevän. Keskusyksikkö vastaanottaa tiedot, muuttaa ne digitaaliseksi koodivirraksi ja lähettää ne vahvistimelle. Vahvistin lisää tehoa koodiin ja lähettää yhdistetyn signaalin kiskoille ja sitä kautta veturin tai oheislaitteen dekoodereille. Useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä keskusyksikkö pitää sisällään mainitun vahvistimen.
Pienoisrautateillä olevat dekooderilla varustetut veturit tai lisävarusteet kuuntelevat jatkuvasti pakettilähetystä. Jokaisessa tietopaketissa on osoitekomponentti, jonka pitäisi vastata yhden dekooderin osoitetta. Mikä tahansa dekooderi, joka ei ole paketin vastaanottaja, yksinkertaisesti jättää tiedot huomiotta, ja sen veturi jatkaa sitä, mitä sen viimeksi käskettiin tehdä – ajaa eteenpäin, taaksepäin, valot päällä jne. Se dekooderi, jolle datapaketti on osoitettu, muuntaa datapaketin veturille annetuksi käskyksi, kuten ”hidasta”, ”pysähdy” tai ”käännä suunta”, ja veturi käyttäytyy sen mukaisesti.
Raiteilla kulkeva virta on eräänlaista vaihtovirtaa (AC) eikä tasavirtaa tai tasasähköä. Raiteiden läpi kulkee koko ajan täysi virta, kun dekooderi syöttää moottoriin sopivan määrän jännitettä ja napaisuutta sen mukaan, millä nopeudella ja mihin suuntaan haluat veturin kulkevan.
Digitaalinen koodi on sisällytetty virtaan vaihtelemalla (moduloimalla) vaihtovirran aaltomuotoa, joka toimii paljon korkeammalla taajuudella kuin kotitalouksien sähköverkot.