Elektromagnetické rušení a železniční modely
Autor: Viktor Pohořelý <info(at)pojezdy.eu>, Téma: Modelová železnice, Vydáno dne: 08. 06. 2010
Rušení je jev, který se projevuje nesprávnou funkcí elektronického zařízení díky vnějším rušivým vlivům.
Tato problematika je velice rozsáhlá, svázaná širokým množstvím doporučení, norem a testů. Cílem tohoto krátkého
článku je přiblížit alespoň některé nejdůležitější zásady těm, kdo staví "mašinky", pokud možno pochopitelnou
formou i pro modeláře nepoznamenané návrhy elektronických zařízení.
Každé elektronické zařízení vytváří (vysílá) při své funkci elektromagnetické vlny (signál), které se dále
šíří - nejčastěji vzduchem a též po přívodních vodičích (např. kolejnice). Tento signál může být ve své podstatě
užitečný (TV signál z vysílače, DCC signál pro digitální řízení), přesto může být považován za rušivý, pokud se dostane tam,
kam nemá (jistě každý zná tabulky s upozorněním na zákaz používání vysílačů v okolí lomů, v letadlech atd.).
Zároveň v elektronických zařízeních vzniká i záření nechtěné, které je pouze doprovodným jevem správné funkce -
nejčastějším příkladem jsou právě komutátory stejnosměrných motorů. Při otáčení motoru na nich dochází k jiskření a
díky tomu generují širokopásmové vysokofrekvenční rušení. Toto rušení se poté může projevovat např.
praskáním rozhlasového přijímače, pruhy na analogové TV atd. (zkuste např. položit Váš mobil k radiopřijímači a
zavolat na něj), ale též méně viditelnými jevy na různých speciálních zařízeních. Koleje v takovém případě
fungují jako vysílací anténa, kterou posíláme rušení třeba k sousedům.
Přestože za poslední dekádu výrobci elektrozařízení úspěšně snaží zlepšovat odolnost svých konstrukcí, takže
běžně se vyskytující úrovně rušení již nevedou k zablokování přístrojů či jejich poškození,
není úplně vhodné generovat zbytečně rušení - zejména když pro jeho odstranění stačí vynaložit pár korun.
V případě modelů poháněných stejnosměrným elektromotorkem je tak za nutné minimum pro omezení vyzařování
považován malý, ale kvalitní keramický kondenzátor (s kapacitou někde kolem 10 - 47 nF).
Ten je schopen pohltit většinu z rušivých signálů, generovaných na komutátoru, šířích se z motorku zpět
do přívodních vodičů a kolejí.
Srovnání průběhů napájecího napětí je vidět na následujících dvou obrázcích z osciloskopu - v prvním případě
není na motoru osazeno nic jiného než připojené přívodní vodiče. Napěťové špičky na motoru tak dosahují bez problémů amplitudy v řádu +-5 V,
výjimečné nejsou ani špičky +-20V, to vše při 12 V napájecím napětí - jeden dílek na obrázku odpovídá 5V.
Tyto špičky jsou velice krátké, a jejich energie se vyzáří jako rušení do okolí - část ještě z přívodních vodičů, část
potom z kolejí, které fungují jako anténa. Tyto krátké napěťové špičky také zbytečně zatěžují sběrače a přívodní kontakty.
Obrázek zachycuje průběh signálu na přívodních kontaktech motoru (bez filtrace).
Jedná se o opakovaný sběr vzorků délky 50us po dobu cca 1 minuty. Osciloskop má zapnutou střídavou vazbu
(stejnosměrná složka tak není vidět, a je vidět pouze rušení) a rozlišení 5V / dílek. Barvičky udávají četnost průchodů signálu
danou hodnotou (histogram).
Toto rušení lze přitom velice jednoduše eliminovat - stačí připájet k vývodům motoru kvalitní keramický kondenzátor,
který funguje jako filtr a tyto špičky odstraní. Vidět je to z následujícího obrázku - špičky jsou téměř neznatelné.
Průběh signálu na kontaktech motoru si můžeme ukázat i v detailu - pozor na změněné měřítko, na ose Y je nyní nastavené
rozlišení 0.2V / dílek (!). Mírné kolísání napětí je způsobeno kolísáním odběru motoru v závislosti na aktuální poloze
komutátoru vůči kartáčům sběračů - vzhledem k průběhu a charakteristice však již není na závadu. Situaci lze ještě vylepšit
připojením většího kondenzátoru paralelně k přívodům. Ten již nemusí být těsně u motoru a lze jej umístit i na jiné místo
v lokomotivě, zároveň pokryje i krátké výpadky např. na izolovaných srdcovkách, podobně jako setrvačník.
Pro další vylepšení situace můžeme do série s motorem (mezi vývody motoru a přívodní vodiče) zapojit též malé tlumivky.
Pokud používáte digitální dekodér, je vhodné si tyto úpravy ověřit též v návodu k dekodéru - mohou ovlivňovat např. měření rychlosti pomocí BEMF signálu.
V případě DCC je ale situace s rušením stejně odlišná - sám řídící signál v kolejišti generuje rušení dostatek.
Shrnutí:
Při stavbě vlastních modelů lokomotiv nebo vylepšování stávajících se vyplatí investovat i do odrušení motorku.
Pro základní odrušení postačuje kvalitní keramický kondenzátor o hodnotě cca 10-47 nF, který připojíte co nejblíže
ke kontaktům motorku.
Zároveň je vhodné připojit kovový kryt motoru k jednomu z vývodů, nejlépe k tomu který je veden od neizolovaného kola - jinak se Vám motorek nebude točit :-).
Tento kondenzátor můžete zakoupit v různých prodejnách elektrosoučástek, případně jej naleznete i u nás. Zároveň jej (nebo vhodný ekvivalent) od dnešního dne naleznete jako součást balení každého námi dodaného motoru - považujeme jej totiž za důležitou součást pro jeho správnou funkci.
Pozn.: Dekodéry LENZ Silver a Gold dle dodávané dokumentace vyžadují odstranění odrušovacích prvků (kondenzátory, tlumivky). Pro změnu dekodéry používané na lokomotivách Bachmann s těmito prvky spolupracují bez problémů.