Elektrické zapojení základních komponentů

1. Úvod
2. Napájecí zdroj - svorky U,V
3. Digitální silový signál  - svorky J,K
4. Zpětné hlášení (ohlas) - svorky R,S
5. Programovací výstup - svorky P,Q
6. Průřezy vodičů a provedení

Důrazně upozorňuji, že popisuji systém Lenz, a že jiné systémy mohou mít stejné nebo podobné jen dílčí části !!!  V článku Komponenty jsou detailnější informace o některých použitých prvcích.

Úvod

    Postupně budu podrobně popisovat všechna základní zapojení, neboť po zkušenostech, nasbíraných z dotazů některých kolegů, vidím, že by to mohlo být přínosné. Já se tím také prokousávám pozvolna, a když mě pak kontaktují někteří "analogoví" modeláři, vidím, že to rozhodně zbytečné nebude. Nerad bych opakoval chybu těch zkušenějších, kteří si obvykle myslí, že když je to jasné jim, je to jasné každému. Velký omyl. Naprostá většina je zaměřená na analog, a pokud se chce přeorientovat na digitál, je její přístup nedůvěřivý, posměšný, i jinak negativní, anebo prostě bezradný. A to bych rád, aspoň trochu, napravil. Budu opět, jak jsem začal, popisovat pouze vlastní zařízení, ale spousta toho je aplikovatelná i na komponenty jiné.

Na začátek článku

Zdroj - svorky U,V

    Zdroj je trafo, se sekundárním (výstupním) napětím o jmenovité hodnotě 16V≈, tedy 16 voltů střídavých. Nutně je doplněn nějakou ochranou, jištěním proti zkratu i přetížení a rozhodně nestačí pojistka na primáru. V modelové železnici dochází k přetížení naprosto běžně, takže nepočítat s tím je hazard, který se mnohonásobně prodraží, a to nemluvím o nebezpečí požáru, úrazu elektrickým proudem atd. V žádném případě to nelze podcenit! Pro počáteční zkoušky rozhodně stačí např. napáječ ME005 z produkce PIKO modellbahn, známý FZ1, který má mnoho z nás. Použijeme výstup pro příslušenství (Zubehör), který má tepelnou ochranu a výstupní proud 1,2A. To je sice dost málo, ale pokud nejezdí najednou pět lokomotiv, může to stačit. Lepší je nechat FZ1 třeba na výhybky a pro centrálu koupit trafo nové. Já používám zdroj vlastní výroby, který má výstupní proud 3 A. Nejvhodnější jsou trafa z produkce firem, vyrábějícím digitální komponenty. Liší se výstupním proudem a úměrně cenou. (Od Lenze jsou to trafa TR100, TR150, TR200.) Protože celá "elektrika" se dá rozdělit na dílčí úseky, a to i dodatečně a bez velkého předělávání, v případě nutnosti se přidá další zdroj.

    Svorky tohoto napětí jsou označeny U,V nebo jsou použity na komponentech další popisy, jako zum trafo, to transformer, ≈ a pod.. Zdroj se používá na napájení centrály a všech dalších digitálních (i případně analogových) komponentů. Mít na vše jeden zdroj je dost nevýhodné. Vždy bývá lepší oddělit napájení centrály (a tedy kolejového systému) od napájení dekodérů příslušenství a přestavníků. Napětí, která obsahují digitální informace, jsou náchylná na rušení a přeslechy a čím více jednotlivé sekce od sebe oddělíme, tím lépe. Ze stejného důvodu rozvádíme všechna napětí po kolejišti zkroucenými vodiči a ne např. plochými nebo dvojlinkou a pod., i když soudím, že třeba u vodičů U,V to tak nevadí. Nakonec zkroutit můžeme i dvojlinku (stačí jedno zkroucení na 10-20cm). A jednotlivá napětí nerozvádět společně. Alespoň nějaká mezera. Vést např. všechna napětí jedním plochým vodičem je úplně špatně, ale zkroutit dohromady U,V,J,K,R,S je také špatně. Takový dobrý rozvod je na obr.1.

    ¹⁾    Další napájení 16V» je do kolejiště přivedeno z více nezávislých zdrojů. Z důvodů, popsaných výše.

    V souvislosti s napájením se hned zpočátku zmíním ještě o jedné věci. Některé komponenty (např. dekodér příslušenství LS100) lze místo napětím U,V napájet i ze svorek J,K. Ušetříme dva dráty a "obereme o sílu" digitální signál J,K a zvýšíme pravděpodobnost rušení. To tedy nedoporučuji, ale možné to je. Jak říkám, čím více oddělené, tím lépe.

    A ještě něco velmi důležitého. Jednotlivé komponenty (centrála, dekodéry...) mají různě zabudovanou ochranu proti přetížení. Napájení a způsob ochrany je vždy (doufám) popsán v manuálu. Doporučuji důkladně prostudovat! Jako příklad uvedu napájení dekodéru příslušenství Lenz LS150 (zdroj Marathon Model). V manuálu je výslovně uvedeno, že dekodér se nesmí napájet ze silnějšího zdroje, než 3 A (tj. třeba Lenz TR100). Při použití silnějšího zdroje hrozí zničení dekodéru. A zase jsme u toho odděleného napájení, které je výhodné z více důvodů. V praxi to vypadá asi tak, že na centrálu použijeme zdroj takový, aby byl schopen pokrýt odběr mašin (hodně přibližně asi 200 - 300 mA na mašinu), a pokud je třeba, připojí se další zdroj a další zesilovač (booster). Na napájení spínacích dekodérů (LS150) použijeme TR100 a stejně tak na napájení dekodérů zpětného hlášení (LR101). Pro dekodéry (LS150 i LR101) můžeme vyzkoušet jeden TR100 (nebo jiný 3 A) společný, při potížích (přetížení, přeslechy, rušení) použijeme jeden pro spínací dekodéry, jeden pro dekodéry zpětného hlášení. Doufám, že to nebylo příliš zamotané, nikdy není na škodu poradit se s manuálem, s dodavatelem, prodejcem  nebo jiným zkušenějším kolegou.

Na začátek článku

Digitální silový signál - svorky J,K

    V centrále je "mozek" celého digitálního systému. Na základě pokynů z ručního ovladače (např. LH100) nebo třeba z počítače, se zde se "vyrábí" digitální signály (příkazy, pokyny), které se přimíchají k napětí U,V. Napětí U,V, obohacené o digitální signál, je na svorkách J,K. Napětí J,K se pak přivádí do kolejí (pro lokodekodéry) a do všech digitálních komponentů, kde se digitální příkazy zase oddělí, rozluští, a pak příslušná komponenta dle toho reaguje. Jednoduché. Základní zapojení zdroje, centrály a dekodéru příslušenství je na obr. 2b. Vodiče J,K, vedoucí "K dalším komponentům" jsou připojeny na koleje, vodiče U,V vedou k napájení dalších komponent (např. dekodérů příslušenství). Zpětné hlášení (ohlas) zde ještě není uvažováno. Vrátíme se k němu později. Na výstupy +C- jsou připojeny jednotlivé přestavníky.

Na začátek článku

Zpětné hlášení (ohlas) - svorky R,S

    Zpětné hlášení neboli ohlas slouží přesně k tomu, čemu napovídá název. Obsluha (nebo počítač) potřebuje ke své činnosti i přehled o tom, v jakém stavu je "provoz", tedy koleje, výhybky, návěsti, vlaky atd. Pro provoz modelového kolejiště není ohlas nutný, ale bez něj je to stejné, jakoby obsluha hradla přestavovala výměnu až v okamžiku, když uvidí přijíždět vlak. Ve skutečnosti nemožné. V modelové železnici možné jen v případě, že jediný vlak jezdí po jediném okruhu s žádnou nebo se dvěma výhybkami. Jakmile se provozuje něco složitějšího, začnou problémy. Bez ohlasu to zkrátka nejde.

    Ohlas může být ale různě složitý a v různých variantách.

    Pokud jsem něco vynechal (tipnu si, že určitě), časem to doplním, ale pro začátek to postačí.

    Probereme si to na těch jednodušších variantách. Ohlas stavu (polohy) výhybky. Můžeme, samozřejmě, kombinovat digitální ovládání lokomotiv s analogovým řízením dalších zařízení (výhybek). V praxi to není nic výjimečného, zejména při přechodu analogu na digitál.

    Jako příklad poslouží nejzákladnější ohlas, a to o stavu výhybky. Pomineme-li extrémní případy, u výhybky stav bez ohlasu neexistuje. Nejjednodušší je ohlas vizuální (1). Prostě se podíváme na výhybku a vidíme, zda je "rovně" R nebo "do odbočky" O. Že to není zrovna komfort, je jasné, navíc do skrytého nádraží se podíváme stěží. Pokud ovládáme výhybku páčkovým přepínačem, máme ohlas z jeho polohy (2). Jsou-li místo přepínače použita tlačítka, nevidíme nic. Dojde-li k poruše mezi přepínačem a výhybkou, je ohlas chybný. Takže taky nic moc.

    Další typy ohlasů jsou už mnohem spolehlivější. Ohlas světelnou signalizací (3) je velmi rozšířený. Jako zdroj jsou využívány kontakty přestavníku. Pomocí nich se ovládají žárovky nebo LED diody, které jsou umístěny někde na ovládacím panelu u příslušného ovládacího prvku, nejlépe i s grafickým naznačením kolejí a výhybek, a ty signalizují polohu příslušné výhybky. Na zapojení se můžeme podívat třeba v Testech 2. Tento typ ohlasu je nejrozšířenější v analogu nebo při smíšeném ovládání, tedy lokomotivy digitál, výhybky analog.

    Ohlas digitálním signálem (4) hlásí stav příslušného zařízení po sběrnici R,S. Jako zdroj signálu lze použít např. volné kontakty přestavníku nebo některé další zdroje, jako třeba libovolný jiný kontakt, jazýčkové relé, optočlen a pod. Tento zdroj je třeba zpracovat tzv. dekodérem zpětného hlášení a ten pak posílá výsledek právě po sběrnici R,S do centrály. U Lenze lze použít LS100 (4 výstupy), který současně má i vstupy a výstup R,S nebo se použije LS150 (6 výstupů) + samostatný dekodér zpětného hlášení LR101 (8 vstupů). Nesmíme opomenout ani výrobky LDT, které se mi zdají v současné době velmi zajímavé a jejich testováním se budu zabývat. Jejich popis v češtině a ceny nalezneme např. u fy Marathon Model.

   Na obr. 3 je zapojení ovládání výhybky, včetně ohlasu. Komu by se zdálo složité, ať si uvědomí, že v analogu je třeba pro každou výhybku s ohlasem 5 až 6 vodičů. V digitálu, jak vidíme, stačí pro celé kolejiště drátů šest. Jednotlivé výhybky, tedy jejich přestavníky, jsou zapojeny vždy (třeba po osmi) na jeden dekodér příslušenství a na jeden dekodér ohlasu. Tady se již ukazuje obrovská síla digitálu.

1) Příklady zapojení přestavníků jsou na obr.4. V tomto případě je spínacím dekodérem výrobek fy LDT, typ M-DEC. Všimněte si rozdílného zapojení výstupů tohoto spínacího dekodéru. Jsou zde pouze dva výstupní kontakty, neboť dekodér ovládá změnu směru pohybu motoru přestavníku změnou polarity stejnosměrného napětí na výstupních svorkách. Dekodér LS150, nakreslený na obr.3 ovládá motor tím, že přivede vždy jen na jeden z výstupů (ozn. + nebo -) napětí střídavé proti středu "C". Takže pozor na zapojení! Tady upravený Fulgurex, viz Testy 2, používat nebudeme. Prostě stále stejná rada. Řádně prostudovat příslušné návody, případně konzultovat se zkušenějšími.

Na začátek článku

Programovací výstup - svorky P,Q

    Na svorky P,Q se připojují lokomotivy, aby se daly programovat. Dělá se to přes tzv. "programovací kolej", na kterou se vodiče P,Q připojí. Na tuto kolej se postaví lokomotiva a centrála ji po vodičích P,Q posílá požadované informace. Abychom nemusely lokomotivu vždy sundávat z kolejiště, pokládat na programovací kolej, a pak zase zpět, použijeme zapojení na obr. 5.

    Na programovací úsek najedeme, přepneme přepínač, tím část kolejiště, na kterém stojí mašina, připojíme ke svorkám P,Q, naprogramujeme, a pak přepneme zpět, takže programovací kolej je normální součástí kolejiště.

    Připojení ostatních svorek centrály, které se používají pro připojení dalších zesilovačů (C,D,E) a dalších ovladačů (L,M,A,B a konektor DIN) nyní probírat nebudeme. Je jednoduché a v jednotlivých návodech je také dostatečně podrobně popsáno.

Na začátek článku

Průřezy vodičů a provedení

    Na tohle téma by šel napsat velmi dlouhý elaborát. Nelze totiž určit pevné průřezy pro jednotlivá použití. Nelze říct "...na koleje použijeme průřez takový, na spínací dekodéry makový...". Ale přesně takovéto dotazy dostávám. Pokusím se uvést aspoň základní údaje.

    Pro stanovení nejmenšího nutného průřezu je hlavním parametrem maximální proud, který vodičem poteče. A ten je dán zdrojem napětí a jeho jištěním. Vodič tento proud musí být schopen vydržet. Tak, aby se moc nezvýšila jeho teplota, natož aby se začala tavit izolace nebo se vodič přepálil. To, jaký proud je schopen zdroj dodat, je dáno jeho konstrukcí (třeba velikostí trafa), ale především jištěním, které může být nejrůznějšího typu a které při překročení určitého proudu zdroj odepne. To může být obyčejná skleněná tavná pojistka nebo třeba elektronické jištění zesilovače nebo centrály. Např. vodiče J-K, které vedou z centrály Lenz LZV100 do kolejiště, by měly být dimenzovány na proud 3.4 A (platí při použití TR100 a nastaveném výstupním napětí centrály na 16 V). Vhodný průřez je tedy asi 1.25 lépe 1.5 mm².

    Pro některé hodnoty je možno použít připravenou tabulku, jiné hodnoty snadno vypočteme. Průřezem 1 mm² může protékat proud 3 A, jinak řečeno volíme proudovou hustotu 3 A/mm². Proudová hustota  2 A/mm² je vhodná pro náročnější aplikace, jako jsou vinutí transformátorů, cívek (třeba rozpojovačů) nebo jiné náročnější prostory, kde je podstatně horší odvod tepla, než u běžně vedených vodičů.

    Svoji roli hrají i další parametry, třeba trvalá nebo mžiková doba proudového zatížení, ale i třeba to, zda je zařízení pod trvalou kontrolou nebo naopak funguje třeba ve výloze i v noci. Chci jen upřesnit, že určujících faktorů je opravdu mnoho a s bezpečností nejsou žádné žerty. Proto jsem téměř bezmocný, když přijde dotaz typu "Jaké mám použít vodiče na modelovou železnici ?". Tečka. Žádné měřítko, žádné analog-digi, jaké vodiče, na co, žádný typ komponent, přestavníků... "Jo, jo, doba ledová je doba ledová, to je těžká věc." Konec citátu.

    Ještě zmíním jeden velmi rozšířený omyl. Že průřez vodičů určuje zátěž, spotřebič. Zařízení, které je vodiči napájeno. Ale tak to není. Rozhodující je vždycky jištění vodiče! Připojíme-li na zdroj, který je schopen dodat maximálně proud 1 A, lokomotivu, která má odběr max. 0,2 A, vodič musí být dimenzován na proud 1 A!

    Ale klid. Přece jen to trochu shrnu a trochu nastíním. Pro takové aplikace, jako je modelová železnice, trochu slevíme. Budu předpokládat použití standardních zařízení. Nejlépe tovární výroby. Žádná desetiampérová trafa samodomo, bez jištění.

    Hodnoty jsou zcela orientační. Základní informace jsem podal, je třeba použít také vlastní rozum. Úplně správné by bylo použití všech vodičů s průřezem odpovídajícím proudu, který je zdroj schopen dodat. Z hlediska bezpečnosti určitě. V tabulce jsou hodnoty nižší. Z hlediska funkčního vyhovující. Předpokladem by měl být trvalý dozor kolejiště. No, a kdo se s elektrikou nekamarádí vůbec, musí se ještě s někým poradit.

    Provedení vodičů je celkem libovolné. Mohou to být jak lanka, tak plné vodiče. Izolace zcela běžná, nejspíš PVC. Bylo by možno uvažovat dokonce i o smaltovaných, lakovaných drátech, které se používají na vinutí. Jsou třeba velice vhodné na různé rozvody přímo v lokomotivě. Také je to víceméně jediná možnost, jak prostrčit pár vodičů do stožáru návěstidla. Zabírají totiž mnohem méně místa, než vodiče s umělohmotnou izolací. Musíme ale počítat s daleko větší možností poškození izolace a zkratu. Volba typu vodiče je tedy závislá pouze na tom, kde je použit. Na pohyblivé přívody použijeme lanko, na pevné, třeba stabilně nainstalované pod kolejištěm, lze klidně použít i vodiče plné. Plné vodiče bývají o něco levnější, lepší drží tvar, ale nesmí se s nimi moc hýbat, dřív se ulomí. Z hlediska funkčního není mezi plným vodičem, drátem a lankem žádný rozdíl.

    A ještě jednu poznámku. Pro spojování, prodlužování, propojování není nad letovaný spoj! Nebo aspoň kvalitní konektor. Takový špatný dotek pod šroubkem svorkovnice nám dá mnohdy dost zabrat.

Na začátek článku
Menu