DCC: ako to vlastne funguje?

Elektronika bola odjakživa jedným z mojím koníčkov. S modelovou železnicou som sa bavil v detstve, potom už len sporadicky. Teraz keď som sa znovu vrátil k modelovej železnici- nestačím sa čudovať, kam speje vývoj. Samozrejme ma zaujalo digitálne ovládanie – výhody tohto spôsobu sú viac než jasné, aj keď sa o tom vedú siahodlhé diskusie.

Pamätám si na časy keď CD bola horúca novinka a viedli sa (a dodnes sa vedú) dlhé diskusie o kvalite toho ktorého systému. Aj dnes sa nájdu experti, ktorí na starú dobrú platňu nedajú dopustiť.

Ale „digitál“ je tu a nezostáva nič iné len chopiť sa príležitosti naštudovať si čo-to o princípoch. Na internete sa nájdu desiatky, možno tisícky stránok, ktoré viac- menej úplne popisujú princípy ovládania pomocou DCC. Je len otázkou času a jazykových znalostí ako sa k nim dostať. Väčšinou sa však problémy vysvetľujú len čiastočne, alebo len faktograficky: takto to funguje ale prečo? tým sa zapodieva málokto. Ja som hľadal predovšetkým odpovede na detské otázky a prečo práve tak?

Prvý detský vláčik poháňala pružinka. Prečo? Lebo v tých časoch (koniec 19. storočia) bola elektrika HiTech najvyššej úrovne . Ale už o pár rokov neskôr (1895) začala firma Märklin vyrábať detské vláčiky na elektrický pohon. Najprv sa používalo striedavé napätie, neskôr ďalšie firmy začali používať na pohon vláčikov jednosmerné napätie. Už vlastne by sa dalo hovoriť aj o modeloch (nakoniec o nich je reč, nie o hračkách). Čiže „klasický“ pohon má už skoro 100 rokov, a teda je naozaj načase vymyslieť niečo lepšie.

Prečo?
Aké sú nedostatky „klasického“ pohonu – jednosmerné (alebo aj striedavé) regulované napätie privedené do koľajníc?

Okrem všeobecne známej skutočnosti, že všetky lokomotívy na tej istej koľaji sú ovládateľné naraz (všetky idú alebo všetky stoja) je tu ešte iný problém: Rozbeh a zastavenie lokomotívy. Železničné modelárstvo je známe tým, že modeluje nielen samotné predmety ale aj prostredie a samotnú prevádzku železníc a to do najmenších detailov. Všetci vieme, že vlak sa rozbieha pomaly, čím je ťažší tým pomalšie a brzdí tiež dosť dlho. Model – ten klasický sa rozbehne „skokom“ a brzdí ako keby narazil na stenu –zastane okamžite. Ak si myslíte že je to vec obsluhy – ten čo riadi model to môže ovplyvniť- tak je to pravda len čiastočne.

Prečo?
Lebo existuje trenie a nie hocaké ale dvojaké statické a dynamické a pretože aj elektrina sa správa podľa svojich pravidiel.

Už je to k veci, môžu čítať aj tí čo preskakujú úvody.

Statické trenie je trenie medzi telesami v pokoji – t.j. keď sa vzájomne nepohybujú. Dynamické trenie ja trenie telies pri vzájomnom pohybe. A žiaľ, alebo našťastie, tento náš svet vznikol tak, že statické trenie je vždy väčšie ako dynamické. Inými slovami: nato aby sa dve telesá pri vzájomnom kontakte dali do pohybu (napr. hriadeľ v ložisku), treba oveľa väčšiu silu než na udržanie pohybu. Čiže na to aby sa lokomotíva pohla treba viac energie, väčšie napätie, vyšší prúd ako na udržanie pohybu. Lokomotíva stojí a pomaly pridávame napätie, motor zatiaľ stojí. v istom okamihu sa pohne, prekoná statické trenie, ale súčasne má „prebytok“ dodávanej energie, prevody už idú ľahšie, preto sa rozbehne ešte rýchlejšie To je ten skok.

Okrem toho zafunguje aj princíp elektrický, najmä keď regulujeme napätie odporom.

Kým motor stojí, má väčší odber prúdu, preto na regulačnom odpore vzniká väčší úbytok napätia (fyzika 8? ročník: R=U/I, pri tom istom odpore pri väčšom prúde „ostáva“ na ňom väčšie napätie.) V okamihu, keď sa motor rozbehne (začne sa točiť) tak klesne odber prúdu (Prečo? lebo motor tým že sa točí sa snaží vyrábať el. prúd, ktorý pôsobí vytvorenie tzv. elektromotorického napätia. Tým ale klesne rozdiel medzi napätím zdroja a napätím na motore a menšie napätie „pretlačí“ cez motor aj menší prúd. Toto je dôležitá myšlienka, budeme to ešte potrebovať aby sme pochopili niektoré veci pri ovládaní DCC). Teda znova: poklesne prúd prechádzajúci cez motor, ale poklesne aj prúd prechádzajúci cez regulačný odpor. tým sa zmenší úbytok napätia na ňom, ale to spôsobí zvýšenie napätia na motore, čím cez neho začne tiecť vyšší prúd, motor zvýši otáčky. Tento proces sa po chvíli ustáli, ale motor už má dosť vysoké otáčky. Je to ale ďalší príspevok k tomu aby sa vlak pohol „skokom“.

Skúšali ste soliť polievku lyžičkou? Naberte si plnú lyžičku soli skúste z nej trochu odsypať. Najprv nepôjde nič, potom tam zrazu spadne pol lyžice a polievka je presolená. Presne tak je to s rozbiehajúcim sa modelom lokomotívy. Ale ak skúsime po lyžičke jemne poklepávať, vieme množstvo soli dávkovať precízne.

Rovnako teda by sme mali do lokomotívy púšťať prúd len po troškách. Ak jej budeme posielať prúdové impulzy hoci aj plným napätím, motor sa síce pohne o kúsok a (keďže ide o relatívne silný impulz) prekoná bez problémov statické trenie, ale hneď aj spomalí alebo zastane, keďže impulz skončil. Takto môžeme pri dostatočne presnom ovládaní počtu a šírky impulzov veľmi jemne regulovať otáčky motora aj pri najnižších rýchlostiach. Lokomotíva takto ovládaná sa dokáže „plaziť“ rýchlosťou niekoľko mm/s. Tento, resp. podobný princíp sa nazýva PCM (pulzne kódovaná modulácia). Relatívne jednoducho sa dá amatérsky postaviť takýto regulátor. Ale to ešte stále nerieši problém ovládania jednotlivých lokomotív na tej istej koľaji. Je jasné, že onen regulátor treba presťahovať do lokomotívy a nejako mu posielať povely cez koľajnice, (alebo hoci aj rádiom, dnes sú rádiom riadené modely bežné...).

Keďže väčšina železničných modelov v bežných modelových veľkostiach je konštruovaná tak, že elektrický prúd sa do lokomotívy privádza cez koľajnice bolo by výhodné, keby sme po týchto koľajniciach vedeli privádzať aj nejaké ďalšie informácie, ktoré by potrebne upravená lokomotíva dokázala rozpoznať a spracovať. A tak vlastne vznikol princíp digitálneho ovládania modelovej železnice (skratka DCC znamená Digital Command Control).