Y van....¡cinco!

Pues si, se han cumplido ya cinco años desde que comencé este blog, y desde que comencé el proyecto de mi maqueta. La verdad es que cuando inicié este proyecto, calculaba un plazo de unos tres años, para llevarlo a cabo, pero como cualquier otro proyecto, la realidad supera ampliamente las previsiones de plazos.

Para ser realistas, ha habido dos circunstancias que han retrasado notablemente lo que hubiera sido la duración normal de la construcción de la maqueta: La primera fue el cambio de casa, que me hizo perder casi un año, entre el parón previo al traslado, y el parón posterior al traslado hasta que me pude dedicar de nuevo al tema.

Pero también se ha dado otra circunstancia a tener muy en cuenta, y es que el proyecto se ha convertido en algo mucho más ambicioso que lo previsto inicialmente. Me refiero naturalmente a todo el sistema de control que me ha llevado a la necesidad de meterme de lleno en temas de electrónica, aparte de dedicar muchas horas a la programación del programa de control.

Como comento todos los años, para mi, la temporada de trenes comienza estos días otoñales, en los que el cambio horario y el tiempo desapacible invitan a pasar largas tardes en casa. Desde antes del verano prácticamente no he tocado la maqueta, pero ahora me pondré de nuevo al trabajo, con el claro objetivo de dejar terminado en este sexto año todo el sistema de control, de manera que no quede más que hacer el paisaje y la decoración.

La verdad es que este, ha sido un año productivo, pues el año pasado por estas fechas aún no tenía claro como iba a funcionar el control de tracción y justo antes del verano lo tenía funcionando. Cuando funcionó completamente bien, al menos en una parte de la maqueta, grabé un video que con el nombre de "Adagio" publiqué aquí, y tuvo muy buena acogida.

Hoy, como celebración del cumpleaños del blog, he hecho una nueva edición de este mismo video, que viene a ser una demostración de lo logrado a lo largo del año, y en la que he insertado algunas imágenes de videos anteriores, lo que viene a dar una idea de lo conseguido y de lo hecho para conseguirlo. Es el video que podemos ver en la cabecera de este artículo.

Respecto de la acogida del blog, estamos rondando las 250.000 páginas vistas, con un ritmo de unas 6.000 mensuales, que se mantiene muy constante, incluso durante los meses de verano, en los que el blog ha estado parado.

También es un buen momento para comentar la buena acogida de la Web ¡Quiero una maqueta! que lleva ya más de 80.000 páginas vistas en sólo ocho meses de vida. Además veo que esta página se menciona y se recomienda en muchos foros, sobre todo a los principiantes.

Prácticas de electrónica

Como comentaba en el último artículo, me he construido un controlador "profi" aprovechando uno de los prototipos de PWM04 que he construido, y añadiendo una serie de elementos adicionales. Hoy he querido someter este equipo a una serie de pruebas y para ello he montado un pequeño laboratorio, incluyendo unas vías de prueba y una locomotora, y el osciloscopio para ver qué es lo que estaba generando el controlador.

Lo primero que he querido hacer es algo que llevaba mucho tiempo detrás de ello, y que ahora, tenía muy a mano. Me refiero a medir qué es exactamente lo que produce el famoso limpiavías de Gaugemaster. El problema es que este elemento produce una tensión muy alta, y tenía miedo de cargarme el osciloscopio si lo conectaba sin más. Fundamentalmente eso ha sido lo que me ha retenido hasta ahora, pero hoy me he montado lo que los electrónicos llaman un atenuador. A pesar del nombre no son mas que un par de resistencias de 10 MOhm y de 0,1 MOhm formando lo que se llama un divisor de tensión. Como una es 100 veces mayor que la otra, la tensión queda divida por cien.

Conectando este atenuador a la salida del limpiavías y la sonda del osciloscopio al atenuador, aparece la bonita imagen que recoge la fotografía de la cabecera. Bueno, la salida es exactamente la línea amarilla (canal 2 del osciloscopio) ya que la roja es la entrada de corriente alterna que alimenta el limpiavías y que he conectado al canal 1 como referencia.

Interpretando esa imagen vemos que en las semiondas negativas de la corriente de alimentación, el circuito no produce salida alguna. Por el contrario en las semiondas positivas produce una onda simétrica que en realidad es una onda de 60 kHz (véase la indicación de "Frec" en la pantalla del osciloscopio) modulada de forma simétrica por las semiondas positivas de la tensión de red, que como sabemos es de 50 ciclos. O sea que cada una de esas manchas amarillas de la imagen recoge más de 1000 oscilaciones de la frecuencia de 60 kHz.

Aumentando la frecuencia de barrido del osciloscopio, vemos perfectamente esta onda de 60 kHz aunque la imagen resulta un poco inestable porque su amplitud es variable. En la imagen pequeña vemos la imagen obtenida con este nuevo ajuste del osciloscopio.

Volviendo a la imagen grande, podemos leer en la esquina inferior derecha, que la tensión pico a pico (Vpp) de la señal de salida es de 4 voltios, pero recordando que tengo conectado un atenuador de 100X hay que interpretar que en realidad el circuito está produciendo una tensión de salida de 400 voltios de pico a pico. (Unos 140 voltios eficaces)

La medida de la tensión puede ser engañosa porque realmente tenemos conectado el atenuador, que supone una resistencia de 10 MOhm. Aunque es una resistencia muy alta, como la resistencia interna del circuito debe ser también muy alta, seguramente se produce una caída de tensión apreciable. De hecho la lamparita de neón se apaga, lo cual indica que el circuito está detectando los 10 MOhm como una carga apreciable,

En resumen que este chisme produce una tensión de por lo menos 140 voltios, y seguramente bastante más en vacío, y con una frecuencia de 60 kHz. La extraña forma de la onda modulada, seguramente se debe al circuito que emplean para generar la frecuencia de 60 kHz a partir de la alterna de 50 Hz, Pero probablemente valdría cualquier otra forma de onda.

En la imagen siguiente, vemos el nuevo controlador con la tapa abierta, y se pueden ver los distintos elementos que lo componen

Como se ve, el circuito PWM04 está en la tapa, donde también vemos el amperímetro, Dentro de la caja, a la derecha está la fuente conmutada, y a la izquierda el transformador que alimenta el circuito limpiavías con corriente alterna. En el centro arriba se ve la placa del limpiavías, y debajo el circuito azul es el que produce tensiones de 9 Voltios y de 5 Voltios (para los trenes de escala Z y para el amperímetro) A la izquierda vemos la alimentación y el shunt del amperímetro.

Por fin en la siguiente imagen vemos el montaje para las pruebas con el controlador, el osciloscopio y las vías de prueba.

La prueba ha resultado muy interesante, porque he podido ver, por un lado lo bien que funciona el controlador PWM04, y por otro lado he obtenido unas tomas de vídeo bastante espectaculares de la locomotora que he usado para las pruebas: la famosa BR01 de referencia Märklin 88010.

Aquí tenemos el vídeo:



Aparte de comprobar que tanto la locomotora como el controlador funcionan de maravilla, al final del video se ve lo que ocurre cuando la frecuencia de la señal PWM la subimos hasta los 20 KHZ. El comportamiento de la locomotora varía completamente, y aunque obedece al mando de velocidad, es imposible conseguir las velocidades tan espectacularmente lentas que se consiguen con la frecuencia de 40 Hz.

Mi conclusión después de esta prueba, es que la frecuencia de la señal PWM tiene mucha más importancia de lo que yo creía hasta ahora. Los 40 Hz que vengo empleando casi por casualidad desde el principio, resulta que son perfectos, mientras que las frecuencias altas, se comportan mucho peor.

De hecho el resultado con los 20 kHz ha sido tan malo, que seguramente hay algún factor que ha actuado en contra. De hecho los decoders que se montan en las locomotoras digitales alimentan los motores con señales PWM de frecuencias altas (en algunos casos son ajustables, pero por lo que yo se, siempre en rangos de Kiloherzios) y desde luego las locomotoras digitales no se comportan tan mal como lo que vemos en el video.

Yo creo que la diferencia estriba en el hecho de que en una locomotora digital, la distancia entre el decoder que produce la corriente PWM y el motor de la locomotora es sólo de unos cuantos milímetros, mientras que aquí la señal se genera en el controlador y por lo tanto tiene que recorrer bastantes centímetros de cables, luego pasar a las vías, después a las ruedas de la locomotora, y por fin llegar al motor. Todo esto seguramente introduce una serie de capacidades parásitas que deterioran la forma de la señal. Y además en ese camino la señal atraviesa el bobinado del transformador del limpiavías, que tendrá su correspondiente inductancia. En definitiva que la señal puede deformarse completamente y llegar a la locomotora con una forma muy apartada de la que genera el controlador.

Lo que si es cierto, es que exactamente esto es lo que me está pasando con mi maqueta. No consigo una buena marcha lenta, y eso produce que las frenadas y arrancadas suaves no sean tan suaves como debieran. Ya no me cabe ninguna duda que si quiero mejorar ese tema, no tengo más remedio que ingeniármelas para tener señales PWM de baja frecuencia. Lo cual es un buen follón porque la solución basada en las placas Velleman no me vale.

Bueno, de eso se trata, porque esto era un hobby, ¿no?

Edito el 25/01/2004

Ya se cual es la causa del mal comportamiento del controlador a 20 KHZ. Se trata de que el circuito de puente H L293D que he usado como controlador de motor tiene un límite de 5 kHz en la frecuencia de conmutación, de modo que al meterle 20 kHz lo estaba volviendo loco. Todos tranquilos

El hermano mayor

Terminaba mi comentario anterior, manifestando mi extrañeza de que no hubiese a la venta, en los canales habituales, unidades de control para maquetas de trenes con todas las posibilidades con que se pueden perfeccionar estos aparatos, y la posibilidad de hacerme uno, completamente a mi gusto para usarlo como controlador para el ajuste y mantenimiento de locomotoras.

Bueno, los que me conocen saben que cuando algo me ronda por la cabeza, no paro hasta conseguirlo, así que como encontré en el cajón de sastre (o es cajón desastre?) unos cuantos elementos que me venían bien para este tema, me decidí a comprar una caja y hacer un montaje de lo que yo creo que es una unidad de control completa.

La imagen de la cabecera es bastante explícita: a la derecha podemos reconocer el aspecto del controlador PWM04 tal como aparecía en el artículo anterior, y es que en efecto, detrás de eso hay exactamente el mismo circuito que en el modelo pequeño que presenté en el anterior artículo, ( y que por cierto, me han pedido desde Argentina, y hoy viaja para allá ). Pero a la izquierda, vemos en la parte superior un amperímetro. Como ya he comentado, al utilizar este controlador para mantenimiento es bastante importante poder conocer el consumo de las locomotoras. Además, y aunque eso no se ve en la imagen, este equipo va conectado directamente a la red, y lleva internamente su propia fuente de alimentación conmutada. La verdad es que ha llegado un punto en el que una fuente de alimentación conmutada puede valer menos que un transformador de la misma potencia, y es incomparablemente mejor, ya que no solo incorpora el resto de elementos para generar corriente continua, sino que produce una corriente estable e  incluye protecciones contra sobrecarga, calentamiento, etc.

En un recuadro más abajo vemos que aparecen los mandos de un limpiavías. Se trata de un limpiavías de Gaugemaster que he incorporado a este controlador para garantizar el perfecto contacto con la vía. Lo único que he hecho es sacar la placa del Gaugemaster de la caja en la que viene montada y ponerla en esta caja. La lamparita de neón que trae originalmente la he sustituido por otra lamparita de neón con los cables más largos y que es el piloto de color naranja que vemos en la foto. Hay un interruptor que conecta o desconecta el limpiavías para poder comprobar su efecto

Por último en el recuadro inferior he puesto también unos controles interesantes. El primero permite conmutar la frecuencia de la señal PWM del controlador entre 40 Hz y 20 kHz. Esto se hace aprovechando la posibilidad que tiene el PWM04 de utilizar una u otra frecuencia, pero la verdad es que cada vez me convenzo más de que la frecuencia de 40 Hz gana por goleada en todos los aspectos.

El segundo conmutador, permite cambiar la tensión de salida, es decir, con mayor propiedad, la tensión de pico a pico de la señal de salida. Se puede seleccionar entre 12 y 9 voltios, de manera que este mismo controlador sirve para N o para Z sin más que cambiar este conmutador.

En el recuadro del regulador de velocidad he puesto un piloto verde que indica que recibe corriente, y además un piloto rojo que debería encenderse si se sobrecarga el circuito. Digo debería, porque el montaje que lleva para conseguirlo es un fusible rearmable, del estilo que utilizaba en mis anteriores montajes. Sin embargo aquí resulta bastante inútil porque el propio circuito integrado que hace de controlador de motor L293D ya incorpora sus propias protecciones frente a calentamiento y sobrecarga, de manera que no es esperable que nunca llegue a funcionar el fusible. La verdad es que entre las protecciones que incorpora la fuente de alimentación a la entrada, y las que lleva este circuito a la salida, todo el sistema está muy bien protegido.

No he dicho nada acerca de si todo esto funciona bien o no. La verdad es que funciona estupendamente, pero de eso no me cabía ninguna duda porque el corazón del sistema es el circuito PWM04 y ya he comentado que estoy muy satisfecho de su comportamiento.