Ovladač PWM pro malé (nejen „zetkové“) kolejiště

Nemám rád vánoce od té doby, co se proměnily na největší komerční akci v roce a svátky „obžerstva“, na kýmsi organizované blbnutí lidí a na závody v utrácení peněz za zbytečnosti. Pokud jde o dárky, coby jakýsi materiální projev náklonnosti jeden k druhému, uznávám především dárky vlastnoručně zhotovené, byť i zanedbatelné hodnoty. Takovými dává člověk najevo, že na toho druhého myslí, že ho má rád a že mu stojí za to pro něj něco udělat.

  Proč tento úvod? A proč s tématem vánoc přicházím vlastně s křížkem po funusu? Bohužel až moc krátce před vánocemi jsem si předsevzal, že vnoučkům udělám malé kolejiště. Malé, ale jenom jejich. Jako už mnohokrát, termín jsem nestihl, ale prý se cení i to, že jsem už začal. 🙂 Prvním hmatatelným úspěchem výroby „made in doma“ je ovladač PWM pro budoucí kolejiště, o kterém bude řeč v tomto příspěvku. Především proto, že stavbu jsme pojali jako návod pro mnohé další modeláře. Pravda, jeho zhotovení podle zadání se ujal přítel, velmi zkušený modelář, který si ale nepřeje být jmenován. Budeme mu tedy říkat Autor. I tak mu tímto ještě jednou velmi děkuju, jak za sestavení samotného ovladače, tak za podklady k tomuto článku. Dlužno dodat, že náklady na nákup součástek nepřesáhl 500 Kč.

  Pokud jde o ono budoucí mini-kolejiště pro vnuky, tak už jen doplním, že jeho schéma (layout) už je na papíře v měřítku 1:1. Co není zanedbatelné, posbíraná mám i trakční a přípojná vozidla, kolejivo a pár objektů, a také nutný stavební materiál (překližka, styrodur atd.). A to všechno – což může být pro mnohé překvapující – v měřítku Z (1:220). Abych ale nebyl podezříván, že utíkám od N-ka: Po zrušení „uzké“ okolo depa na svém kolejišti, kde původně pendlovala mašinka s uhlím v měřítku Z, mi v šuplíku zahálelo několik zetkových vozů a parní lokomotiva. Tak vznikl nápad na jejich využití na úplně obyčejném okruhu s mimoúrovňovým křížením na celkové ploše cca 50 x 70 cm. Trať bude po obvodu stoupat, povede přes most a pak bude opět klesat a projede pod tímtéž mostem. V přední části bude trať rozbočena dvěmi obloukovými výhybkami a z vnitřní koleje pak odbočí do depa s výtopnou kusá kolej. Žádné složitosti, provoz analogový, ovládání výhybek pomocí tlačítek. Několik vozů a lokomotivu V60 jsem dokoupil na eBay.

  Když jsem požádal o rady stran zetkového kolejiště Viktora Slámu, připomenul mi pulzní regulaci řízení (PWM) provozu lokomotiv s tím, že u těchto malých modelů se starým typem motorků jsou s PWM dobré zkušenosti.

Proč PWM ovladač?

  O napájení a ovládání modelového kolejiště (obecně) byly popsány stohy papíru. Stručně a jasně o tom psal Bohouš Partyk, z jehož textu ZDE vybíráme (kráceno): „Všechny modelové železnice vyžadují elektrickou energii – až na výjimky, spočívající v mechanickém ovládání některých komponentů (výhybky, semafory aj.). Vzhledem k bezpečnosti obsluhy to bývá max. 24 V, častěji ale méně.

  Analogový systém může používat stejnosměrný nebo střídavý proud, záleží na použitých motorech v modelech trakčních vozidel. Stejnosměrných 12V je téměř standard pro většinu výrobků. Rychlost se obvykle reguluje napětím; čím nižší napětí, tím pomaleji jede lokomotiva. Od určitého napětí už ale není jízda plynulá, motor cuká, až se zastaví. K překonání mechanického odporu při rozjezd je potřebné určité minimální napětí – na něm závisí točivý moment motorku. Lokomotiva se nerozjede plynule, ale s určitým skokem na začátku.

  Jistým vylepšením tohoto systému může být pulzní regulátor1). Velice zjednodušeně – používá se konstantní stejnosměrné napětí, které je „rozsekané“ na delší či kratší impulzy – čím jsou tyto pulzy delší a mezery mezi nimi kratší, tím rychleji lokomotiva jede. Rozjezd i brzdění je plynulé až k nule.

  Zpětný chod motorů se bez ohledu na typ regulace dosahuje v analogu vždy změnou polarity napětí. Pokud chceme v analogu zrychlit nebo zpomalit, udělají to všechny lokomotivy v jednom napájeném úseku. Nelze tedy jednoduchým způsobem řídit odděleně jednotlivé lokomotivy. Jedinou možností zůstává rozdělení kolejiště na množství úseků a jejich samostatné napájení, anebo digitalizace kolejiště. Digitální systémy vychází ze základní myšlenky, že kromě napájení je možné přenést i množství informací a příkazů pro řízení.“

________________________________
1) Pulzně šířková modulace, neboli PWM (Pulse Width Modulation) je diskrétní modulace pro přenos analogového signálu pomocí dvouhodnotového signálu – blíže viz např. Wikipedie – ZDE

Zadání ovladače PWM

  Ovládání kolejiště pro děti musí prioritně splňovat bezpečnost. Pokud jde o zdroj el. napájení, všechny obvody musí být zakrytovány, na volných výstupech (banánky) může být jen napětí do max. 24V. Tak či onak, vždy je žádoucí dozor dospělé osoby. Druhým zásadním požadavkem je jednoduchost.

  S Autorem bylo domluveno, že ovladač bude obsahovat komerční bezpečný zdroj 12V=, stabilizátor napětí, PWM regulátor, měřič napětí a proudu, výstup pro koleje opatřený barevnými banánky, zvláštní napěťový výstup pro výhybky rovněž s banánky, jištění proti zkratu, hlavní vypínač, přepínání směru jízdy a signalizaci provozu.

  Autor zabudoval všechny komponenty ovladače (kromě zdroje) do krabičky rozměrů 95x135x45 mm (tzv. EURO-BOX) – zakoupeno v GME Praha. Na čelní stěně je hlavní vypínač, na horní ploše je točítko od PWM regulátoru (s nulovou polohou), přepínač směru jízdy, digitální měřič napětí a proudu a signalizace provozu. V zadní stěně je konektor napájení (zdířka) pro zdroj a jsou zde též cca metrové vývody (dvojlinky) výstupů napájení kolejí a napájení pro výhybky opatřené barevnými banánky.

Obr. 1 – Všechny součástky jsou instalované do krabičky (EURO-BOX)

.

  Napájení zajišťuje standardní zdroj 230V/12V stejnosměrný, 500 mA. Zdroj se zasune do zásuvky sítě 230V a bezpečný výstup 12V= se připojí do zdrojového konektoru v krabičce.

Zapojení PWM ovladače

  Hned od konektoru napájení je napětí pro výhybky jištěno vratnou pojistkou – Polyswitchem 500mA a dále do PWM regulátoru druhou vratnou pojistkou – Polyswitchem 250mA. Funkcí vratné pojistky je přerušit napájení při zkratu. Při překročení proudu dojde k zahřátí součástky, resp. k několikanásobnému zvětšení odporu. Tím vlastně téměř přestane proud protékat. Po odstranění zkratu Polyswitch vychladne a hodnota jeho odporu se opět sníží na základní zanedbatelnou hodnotu.

Obr. 2 – Vratné pojistky

.

  Napětí je dále přivedeno do stabilizátoru nastaveného na výstupu na 10V. Jednak proto, že pro napájení modelů v měřítku Z je doporučeno max. 10 V, ale také proto, že děti obvykle nejraději vytočí knoflík ovladače naplno, aby jim mašinky jezdily pěkně rychle (to pro případ, že bude ovladač používán a jiném kolejišti).

Obr. 3 – Detail instalování hlavních součástek: A – stabilizátor, B – PWM regulátor, C – hlavní vypínač, D – přepínač směru jízdy

Obr. 4 – Podobný snímek z bližšího pohledu

.

  Za stabilizátor je připojena indikační LED, ta také signalizuje, že stabilizátor pracuje.

Napětí 10V je přivedeno do PWM regulátoru (s regulací otočným prvkem s nulovou polohou), který vykazuje dobrou regulaci jízdy modelu vysokým kmitočtem. PWM regulátor lze pochopitelně postavit ze součástek, ale dnes už se to jednoduše nevyplatí, protože kvalitních profesionálních výrobků je bezpočet. Pozor však na jejich cenu, za kterou jsou některé PWM regulátory nabízeny. Jsou nabídky levné, normální, ale i předražené (např. ZDE). V našem případě jsme zakoupili u společnosti HADEX zařízení označené jako Regulátor otáček PWM stejnosměrných motorů nebo LED typ M454 za 65 Kč. Technické parametry jsou uvedené ZDE.

  Pro každý ovladač je efektní, když má ukazatel (měřicí přístroj) okamžitého napětí (V) a odběru proudu (A). Máme s tím jen ty nejlepší zkušenosti, nejen proto, že i malé děti jsou schopné pochopit, že rychlost jízdy modelu souvisí s výší napětí a tudíž se naučí na tyto údaje reagovat. Příliš vysoký odběr proudu zase ukazuje na zkrat nebo poruchu motorku. Do ovladače byl instalovaný digitální měřič R017D s integrovanými dvěma ukazateli, víceméně pro efekt, protože nemá s reálnými hodnotami mnoho společného. Ukazuje jen přibližné hodnoty, které si měřák vybere z pulzního režimu! Měřič nemusí být v ovladači instalován!

Poznámka Autora k zapojení měřiče: Zvlášť upozorňuji na správnou polaritu zapojení ampérmetru. Jde o to, že stabilizátor, PWM regulátor i měřič pracují v záporné větvi napětí. Tak také musí být zapojeny. Problém spočívá v tom, že ve schématu zapojení měřiče (na stránkách prodejce) není nikde uvedeno, že se musí napájet zvláštním zdrojem! Měřič byl proto připojen k baterii 9V, která se zapíná dvojitým „hlavním“ vypínačem (byť proudový odběr měřiče je pouhých 13mA).

Obr. 5 – Detail zadní strany měřiče

.

  Za PWM regulátorem je instalovaný přepínač směru jízdy a odtud je již výstup do kolejí.

  Napájení výhybek má, jak už je uvedeno výše, odbočku za jistící vratnou pojistkou. Výstup dvojlinkou je vyveden na zadní stěně krabičky, na dvojlince jsou barevné banánky. Ty budou připojovány do zdířek výhybkového přepínače. Počítá se s třemi až pěti elektromagnetickými výhybkami fy Märklin, které se ovládají mžikovým napětím (tlačítky, nikoliv přepínači).

Obr. 6 – Zadní čelo s přívodním kabelem od zdroje (vlevo) a vývody napájení ke kolejím a výhybkám

 

Obr. 7, 8 – Ukázky funkce měřiče (neukazuje reálné hodnoty, ale jen „nějaké“ poměrné údaje, které však korespondují s rychlostí jízdy modelu

Obr. 9 – Orientační schéma zapojení součástek v PWM ovladači

Použité součástky:
– zdroj 230/12V= 500 mA (komerční produkt)
– PWM regulátor M 454 (Regulátor otáček PWM stejnosměrných motorů nebo LED světel do 2A – ZDE)
– stabilizátor napětí s výstupem 10 – 12V (Čína)
– digitální měřič R017D (A/V panelový 10A 100V DC DSN VC288) – ZDE
– vypínač páčkový (hlavní vypínač)
– přepínač páčkový (pro změnu směru jízdy)
– vratná pojistka PolySwitch RXE025E – ZDE
– vratná pojistka PolySwitch RXE050E – ZDE
– LED červená a zelená plus objímky
– 2páry banánky (pro napájení kolejí a výhybek)
– zdířka pro napájecí konektor (od zdroje)
– krabička (tzv. EURO-BOX – 95x135x45 mm)
– LED, montážní prvky, vodiče

Foto a redakce textu hlav; schéma zapojení Autor

.

 

Rubrika: Elektronika, Kolejiště, ZPRÁVY

1 komentář

  1. Joer napsal:

    PWM regulátor
    Hmm, pekné, jednoduché, lacné. Dovolím si upozorniť že ten panelový volt/ampermeter sa vyrába už dávno s napájením bez galvanické izolace.

    Viac tuná na inšpiráciu kolegu Zlámalíka, možná vyhodíte tú baterku: https://tt120.webnode.cz/products/analogovy-ovladac-s-merenim/

    https://tt120.webnode.cz/products/pulsni-ovladac/

    Ale to je už velmi sofistikované riešenie, prípadne aj s Arduinom
    https://marek-vlaky.eu/pulzne-ovladanie-jazdy-analogoveho-vlaku-po-druhe/

    Chápem že šlo o čo najlacnejšie a najjednoduchšie zapojenie, ale kto vie, možno časom 🙂
    Možno to pomôže iným modelárom.

Vložit komentář

Text komentáře: