Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#1 von 42555 , 18.05.2024 21:15

Hallo zusammen,

ich habe eine Frage an die Elektro-Spezialisten unter Euch.

Bei den bekannten Impulsbreitenreglern der Vergangenheit sind die Impulsspannungen ja meist sehr hoch.

Die volle Spannungshöhe beim Rangieren bedeutet aber, dass die hohen Spannungsspitzen, z. B. 17 V, auf einen nur langsam drehenden Motoranker treffen; nämlich mit nur einem Bruchteil der Nenndrehzahl, die sich bei 17 V ergeben würde (sagen wir besser theoretische Leerlaufdrehzahl bei 17 V, denn die Motoren werden für 17 V ja gar nicht ausgelegt). Ein Motorkennfeld für 17 V zeigt aber für einen sehr niedrig drehenden Motor natürlich einen viel schlechteren Wirkungsgrad, als wie wenn die gleiche Drehzahl mit einer niedrigen geglätteten Dauer-Spannung gefahren werden würde (z. B. aus einem Kennfeld für 3 V). Der optimale Wirkungsgrad ergibt sich unter Last ja ungefähr bei einer Drehzahl von ca. 50 bis 60 % der Leerlaufdrehzahl der entsprechenden Spannung.

Sofern eine Motorerwärmung dadurch (zu?) hoch wird, sehe ich am ehesten den Motor-Kollektor als kritisches Bauteil an, nicht die Ankerwicklungen. Ich hatte schon 2 x zerschmolzene Kollektoren, wenn auch in diesen Schadensfällen nicht mit Impulsbreitenreglern. Trotzdem würde im Temperatur-Grenzfall bei Impulsbreitenreglern sicherlich bereits eine kleine Absenkung der Spitzen um nur 2 V den Motor schützen, durch die Wirkungsgrad-Verschiebung. So ist jedenfalls mein Gedanke, um ein wenig sorgloser solche Geräte zu betreiben.

Ich würde am Geräteausgang 2 antiparallele 3er Diodenreihen (Nennbelastbarkeit 3 A) einsetzen wollen, um die ca. 2 V Reduzierung zu erreichen. Bei Gleichstrom-Normaltrafos funktioniert das so ja einwandfrei (obwohl dort nicht nötig), ich weiß aber nicht, ob ich an einem Roco ASC 1000 genauso verfahren kann (vmax ist kein Thema). Das Gerät hat eine Lastregelung. Ich weiß leider nicht, wie hoch der EMK-Meßstrom in den Impulspausen liegt. Eine Überlegung ist, einen Widerstand (irgendwo zwischen 12 Ohm und 68 Ohm) parallel zu den Diodenreihen zu legen, durch den der Meßstrom fließt, ihn aber möglichst wenig beeinflusst, also niedrig liegen muss (geht nur, falls der Meßstrom niedrig liegt). Der Spannungsabfall an den Dioden für den Fahrstrom muss natürlich immer noch sichergestellt sein. Mit 22 Ohm und 2,1 V Abfall wäre das wohl gerade eben noch sichergestellt, denn der anteilige Fahrstrom durch den Widerstand wäre: I = 2,1 / 22 = 0,095 A. Ein Nicht-Glockenanker-Motor dürfte bei Beaufschlagung mit den 17 V aber weit mehr ziehen als 95 mA, so dass der Abfall von 2,1 V immer gewahrt bleibt.

Übersehe ich hier irgendwas und hat so etwas schon mal jemand gemacht?

Ich wäre für Inputs dankbar. Erste grobe Versuche zeigten eine Lastregelung, die immer noch gut bis sehr gut brauchbar war. Das ist aber alles noch nach dem Motto: Versuch macht kluch.

Viele Grüße
Uwe


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#2 von vikr , 18.05.2024 22:27

Hallo Uwe,

Zitat von 42555 im Beitrag #1
die Motoren werden für 17 V ja gar nicht ausgelegt
klassische Decoder sind für übliche 14V bis 16V DC-Motore entwickelt worden. D.h. die Motore erreichen im PWM-Betrieb ihre maximale Leistung, wenn die H-Brücke praktisch ununterbrochen durchgestastet ist.
Zitat von 42555 im Beitrag #1
Übersehe ich hier irgendwas und hat so etwas schon mal jemand gemacht?
Veränderungen im Magnetfeld werden - bei kompletter Durchtastung - praktisch nur durch den Kommutator bestimmt. Bei verringerter Spannung am Schaltungseingang sinkt auch die maximale Spannung am komplett durchgetasteten Motoreingang und damit auch die Drehzahl.
Für den DC-Motor ist es völlig egal, ob das Magnetfeld durch weniger Spannung oder längere Unterbrechungen (geringeres Tastverhältnis) verringert wird, Hauptsache es wird nicht nicht zur aktuellen Dreh-Richtung umgedreht.

MfG

vik


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#3 von Petz1 , 18.05.2024 22:34

Hallo Uwe !

Mit solchen Experimenten kann ich leider nicht dienen aber bei mir gab es bis dato auch mit dem impulsbreitenstärksten Kleinbahnelektronictrafo und einem, von mit mit Polwendeschalter nachgerüsteten Hobbydrill - Netzgerät (das ich aufgrund seiner brutalsten Impulse auf der Lokalbahn nutze) keine Kommutatorschäden. Und auch weil mir z. B. bei den älteren Tech2 - MRC´s die Impulse zu wenig wirksam waren hab ich anlässlich der nötigen Umrüstung auf 230 V Primärspannung bei den Tech4 einen 18 statt 15 V Sekundärspannungstrafo eingebaut.

Wenn sich Ausfälle zeigten waren es entweder die lausigen Billigblechschleiferschrottmotore oder weil Öl auf den Kommutator geriet das in Verbindung mit dem Graphitabrieb dann Lamellenschlüsse erzeugte.
Auch mit meinem "Digitaltestgerät" bei dem ich wahlweise das Digitalsignal oder den Decodermotorstrom ins Gleis zur Lokversorgung schicken kann, zeigten sich keine Auffälligkeiten bez. Erwärmung (auch nicht bei längerer Langsamfahrt) und dies trotzdem ich bei jeder sich bietenden Gelegenheit "strombehindernde" Bauteile wie Entstörkondensatoren und Drosseln aus den Loks entfernt habe.


Grüße von Markus

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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#4 von Stahlblauberlin , 19.05.2024 13:10

Bei mir Impulsbreitenmodulation arbeitenden Motorsteuerungen sollte man die Betriebsspannung so auslegen das bei 100% Tastgrad (=durchgeschaltet) etwa Motor-Nennspannung anliegt, plus vielleicht 10-20% Aufschlag. Bei 12V-Motoren also z.b. 16V als Versorgungsspannung der Treiberstufe.
Bei kleinen Tastgraden (Rangieren) glättet die Induktivität der Wicklungen den Strom etwas, deshalb ist insbesondere bei kleinen Motoren und erst recht bei Glockenankermotoren ein möglichst hoher Takt (>10 kHz bei Glockenankermotoren) nötig, ansonsten grillen die Stromspitzen auf die Dauer Kollektor und Bürsten.
Die Märchen von "Strombehindernden Entstörbauteilen" kann ich langsam nicht mehr lesen, die zeugen nur von komplettem Unverständnis davon was diese Bauteile machen.


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#5 von Petz1 , 19.05.2024 13:34

Zitat von Stahlblauberlin im Beitrag #4
.Die Märchen von "Strombehindernden Entstörbauteilen" kann ich langsam nicht mehr lesen, die zeugen nur von komplettem Unverständnis davon was diese Bauteile machen.
Dann solltest Du schlicht mal die Kommutatorfunkenbildung beim selben Motor mit und ohne Entstörbauteilen unter Last beobachten denn da wird auf einen Blick der Unterschied klar... Und nachdem es immer noch meine Philosophie ist, das jene Elektronik die beste ist die gar nicht vorhanden ist und kaputtgehen kann, miste ich eben einfach aus wo es möglich ist...

Ich wäre schon längst auf die Variante der Decodermotorstromeinspeisung ins Gleis als "Fahrpult" umgestiegen wenn es die Möglichkeit einer Bremstaste wie bei den MRC´s geben würde, denn kein analoges Fahrpult das ich ausprobieren konnte kommt selbst an die Motorsteuerungsmöglichkeiten billigerer Decoder (Appel etc.) ran.


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#6 von SAH , 19.05.2024 14:13

Moin @Petz1 (Markus),

im.FAM hat einer genau das mal.gemacht und die Oszillogramme am Motor mit und ohne Entstörmittel aufgenommen und präsentiert.

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#7 von vikr , 19.05.2024 16:21

Hallo Stephan-Alexander,

Zitat von SAH im Beitrag #6
Oszillogramme am Motor mit und ohne Entstörmittel aufgenommen und präsentiert
der zielführende Weg, um irgendwelche brauchbaren quantitativen Aussagen machen zu können...
Gibt es einen Link?
Aber eine Unterdtückung des Bürstenfeuers ist nicht das einzige Ziel, bei der Planung von Entstörkomponenten, in Modellbahnloks für den Anlagen-Betrieb, ob nun analog oder digital.

MfG

vik


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#8 von SAH , 19.05.2024 20:15

Hallo @vikr

Der Beitrag heisst spasseshalber Oszilloskop an BR89 drangehoben

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#9 von 42555 , 22.05.2024 21:02

Hallo zusammen,

vielen Dank für die Anmerkungen und Inputs.

Auch durch eine ganze Latte von weiteren Messungen, Vergleichen und Überlegungen habe ich nun genauere Erkenntnisse.

@Markus: ja, das MRC hat vergleichsweise viel weniger Impuls-Spitzenspannung als z. B. das ASC 1000.

@Stahlblauberlin: Du siehst es also so wie ich als richtig an, die Spitzenspannung der Impulse bei hoch liegenden Geräten in Richtung 16 V….15 V zu reduzieren (zumal es in den älteren Analog-Loks auch empfindliche Glühbirnchen und manchmal Rauchgeneratoren gibt).

Im Fall eines Gerätes mit Lastregelung (Roco ASC 1000, vermutlich auch Lauer PCC 100-32) ist es mit den Diodenketten noch nicht getan. Ohne den parallelen Widerstand für den EMK-Meßstrom geht es nicht. Aber wie hoch darf der Widerstand nun minimal sein, um den Meßstrom kaum zu beeinflussen?

Meine weiteren Messungen:
Blockier-Strom eines durchschnittlichen älteren Roco-Motors 85009 bei 5,7 V: 1,05 A
Der Blockier-Strom bei 17 V ergibt sich entsprechend dem Spannungsverhältnis zu ca. 3,1 A (der ohmsche Widerstand der blockierten Ankerspulen ändert sich ja nicht).
Der gemessene Leerlaufstrom bei 17 V liegt bei ca. 0,3 A.

Rechne ich sicherheitshalber (Spannungsabfall am Widerstand) mit Motoren, die nur die Hälfte der Stromaufnahme zeigen, liege ich also blockiert bei ca. 1,5 A (17 V).
Den Leerlaufstrom rechne ich mal mit nur 0,1 A.

Es ergäbe sich also für einen gedachten „Niedrig-Strom-Motor“ vom Leerlauf bis blockiert eine Stromaufnahme-Differenz von 1,4 A (bei 17 V).

Will ich nun die ca. 2,1 V Spannungsabsenkung durch Dioden auch bis zu einer Drehzahl von ¾ der 17 V-Leerlaufdrehzahl absichern (darüber wären die Geschosse bei 17 V so irrsinnig schnell, dass sie nach meiner geraden Meßstrecke aus den Kurven fliegen würden, wird also sowieso nicht gefahren), dann kann ich als Stromaufnahme rechnen: 0,25 x 1,4 A + 0,1 A = 0,45 A. Das gilt für den Moment des Impulses; nicht Mittelwert.

Dies ist der Grenzwert für die Berechnung des Widerstandes (denn solange der tatsächliche Fahrstrom eines realen Motors über den 0,45 A bleibt, fließt der Differenzbetrag durch die 3er Dioden-Ketten (hier Diode 1N5401) und stellt somit den Spannungsabfall 2,1 V sicher (bis zu 2,3 V, siehe genaues Datenblatt einer solchen Diode).

Der Widerstand ergibt sich mit 2,1 / 0,45 = 4,7 Ohm.(Belastbarkeit 2 oder 3 W).

Er kann also deutlich tiefer sein, als zuvor noch von mir geschätzt.
Eine Korrekturrechnung mit dem Zielwert 15 V ändert nur wenig am auszuwählenden Widerstand.

Ich habe einen Faulhaber-Motor 1331 aus früheren Einbauten übrig und habe hiermit auch noch nachgemessen. Dieser reale Niedrigstrom-Motor zeigt einen Blockier-Strom von 0,48 A bei 5,7 V. Leerlaufstrom = 0,11 A bei 17 V. Die Rechnung liefert mit blockiert 1,43 A bei 17 V eine Differenz von 1,32 A und im Weiteren 0,25 x 1,32 + 0,11 = 0,44 A für ¾ der Höchstgeschwindigkeit bei 17 V.

Auch hier würde ein Wert 4,5 bis 5 Ohm also noch gut passen.
Ich habe mich für 4,3 Ohm entschieden (mit Belastbarkeit 2 W), denn Faulhaber wird nicht gefahren (würde aber trotzdem auch hier helfen) und die realen Motoren könnten eher sogar höchstens 4 Ohm rechtfertigen.

Was bringt nun das Ganze?
Der Vorteil ist mehr Schonung, und der Nachteil?
Im Vmax schon mal nicht, an dem Roco-Gerät wird nur der Vmax-Regler etwas höher eingestellt als vorher.

In sehr vielen Vergleichen an den unterschiedlichsten Motoren (Märklin-Hamo, Liliput-Wien/Bühler, Rivarossi, Roco, Fleischmann etc.) ist eigentlich kein Nachteil zu sehen. Die Impulshöhe genügt immer noch völlig, um auch störrische Antriebe aus dem Stand ins langsame Fahren „loszurütteln“. Ein gutes Vergleichsobjekt hierzu habe ich z. B. mit einer alten Lima V 80.

Für die Lastregelung des ASC 1000 ist z. B. die Rivarossi BR 96 (1352) eine dankbare Lok. In beiden Fällen ohne/mit Spannungsreduzierung kriecht sie mit der Regelung bestens. Mit einem Normal-Fahrpult ohne Lastregelung bleibt sie bei Langsamfahrt in den schwergängigen Positionen des Kuppelstangenantriebs gerne stehen, die Minimalgeschwindigkeit liegt dadurch bei hohen ca. 9 km/h. Mit der Lastregelung dagegen messe ich sowohl ohne als auch mit Absenkung (2,1 V / 4,3 Ohm) Werte unter 2,5 km/h (2,0 Km/h zu 2,3 km/h).

Eine Liliput/Wien BR 95 als weiteres Beispiel kriecht mit sagenhaften gleichmäßigen 0,6 km/h (auch mit der Spannungsabsenkung); mit einem Normal-Trafo undenkbar.

Betrachtet man bei der BR 96-Schleichfahrt die Spannungsanzeige (Mittelwert) eines Drehspul-Meßgerätes, dann sieht man im Gegensatz zum gleichmäßigen Lok-Laufverhalten aber einen recht deutlichen Unterschied. Ohne den Verbund Dioden/Widerstand „zittert“ die Anzeige sehr viel nervöser zwischen den ablesbaren Min und Max-Spannungswerten (ca. 1,1 V bis ca. 1,9 V) als mit dem 4,3 Ohm-Widerstand und Dioden. Die Differenz Min zu Max (0,8 V) bleibt mit Verbund aber gleich hoch (jedenfalls als ablesbarer Wert; die Zeiger-Trägheit ist zu bedenken). Offenbar ist die Reaktion der Lastregelung einfach bloß nicht mehr so blitzschnell wie zuvor, ohne dass dies in irgendeinem Bereich zu sichtbaren Nachteilen führt.

So ist also auch bei Fahrpulten mit Lastregelung eine sehr einfach ausführbare Spannungsabsenkung darstellbar, und in diesem Fall auch ohne die sonst übliche Nullpunktverschiebung des Drehstellers, denn das Roco-Gerät hat durch die Lastregelung eine „automatische Anfahrschwellenerkennung“ (aus der Bedienungsanleitung).

Deshalb kann man im Fall Roco problemlos auch einen knapp 3 V-Abfall mit 4er Ketten und Widerstand 5,7 Ohm machen, falls man meint, es „lohnt“ sich sonst nicht.

Viele Grüße
Uwe


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#10 von Petz1 , 22.05.2024 21:27

Zitat von 42555 im Beitrag #9
@Markus: ja, das MRC hat vergleichsweise viel weniger Impuls-Spitzenspannung als z. B. das ASC 1000.

Hallo Uwe 1

Lieben Dank für Deine ausführlichen Messungen. Wie hoch ist denn die Spitzenimpulsspannung des MRC im Vergleich zum ASC1000 ?
Ich seh mich nämlich nach der Rückkehr des MRC schon zu einem befreundeten Elektromaschinenbauer und Elektronikspezialist traben der sich mal in die Tiefen der Steuerung vorarbeiten und analysieren soll, inwieweit es durch Teiletausch und/oder Ergänzung Möglichkeiten gibt, die Impulsspannung zu erhöhen sowie diese und vielleicht auch Frequenz regelbar zu machen...


Grüße von Markus

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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#11 von Stahlblauberlin , 23.05.2024 09:07

Zitat von 42555 im Beitrag #9
Du siehst es also so wie ich als richtig an, die Spitzenspannung der Impulse bei hoch liegenden Geräten in Richtung 16 V….15 V zu reduzieren (zumal es in den älteren Analog-Loks auch empfindliche Glühbirnchen und manchmal Rauchgeneratoren gibt).

Gerade Glühlämpchen und Rauchgeneratoren interessiert die Spitzenspannung ziemlich wenig solange der Takt der PWM hoch genug ist. Die kleinen Glühlämpchen im Modellbahnbereich sind erst ab einigen hundert Hz thermisch träge genug um in den Impuls-Pausen nicht nennenswert abzukühlen. Ansonsten sehen sie nur die Effektivspannung. Solange die Spitzenspannung im Rahmen bleibt (irgendwann würde es Isolationsprobleme geben) können solche Verbraucher mit theoretisch beliebig hoher Spitzenspannung betrieben werden solange die durch das Tastverhältnis der PWM bestimmte Effektivspannung stimmt. Bei einer PWM mit 10% Tastgrad und 160V Spitzenspannung sieht ein Glühlämpchen nur diese 10%, also 16V.
Auch Motoren mit hoher Induktivität (Eisenanker mit ordentlich Masse, viele Windungen) dämpfen bei hinreichendem PWM-Takt die Stromspitzen gut weg, dazu kommt das solche Motoren regelmäßig üppig dimensionierte Kollektoren und Bürsten haben. Glockenankermotoren brauchen dazu sehr viel höhere PWM-Takte ab mindestens 10 kHz, das kann die ASC1000/2000 nicht.
Das Begrenzen der Spitzenspannung mit Dioden o.ä. ist bezüglich der Lastregelung technisch Mist. Wenn wäre ein tiefere Eingriff nötig und die Betriebsspannung der Leistungsstufe zu verringern. Dazu könnte man in die Stromversorgung ein entsprechendes Schaltreglermodul einschleifen. Kompakte Module mit 4A Belastbarkeit passen locker in die luftigen Gehäuse. Die haben auch den Vorteil im Gegensatz zu den Dioden die Überschüsse nicht einfach zu Verheizen. Da ich den Schaltplan der ASC1000 oder 2000 leider nicht kenne kann ich nur vermuten das eventuell schon intern eine Spannungsregelung vorhanden ist, diese könnte man natürlich auch anpassen. Eventuell gibt's genau dafür sogar einen Trimmer.


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#12 von 42555 , 23.05.2024 21:41

Hallo Markus,

abhängig von den eingestellten mittleren Spannungen hast Du folgende Spitzenspannungen am MRC Tech 4 (260), gültig lastlos:

Ue = 1,5 V: Usp = 5,0 V
Ue = 2,2 V: Usp = 7,1 V
Ue = 3,0 V: Usp = 9,9 V
Ue = 5,0 V: Usp = 9,9 V
Ue = 7,0 V: Usp = 9,9 V

Ab einer eingestellten mittleren Spannung von 9,9 V liefert das Gerät geglätteten Gleichstrom. Das sehe ich bei meinen vielen verschiedenen Geräten sonst nur bei einem SB-Regler für Faulhabermotoren (der auch bei den Kleinstspannungen geglättet ist).
Dein Gerät hat damit aber eine sehr gute Abstimmung zwischen „leise“ und „Losrütteln aus dem Stand“ (das Losrütteln klappt am SB-Regler natürlich nicht, ist dort aber auch nicht so gedacht), was ich nach meinen Vergleichen mit Sicherheit schon sagen kann.

Zu dem guten Verhalten trägt dabei aber auch eine Spannungs-Konstanthaltung bei (es ist also zu unserem Vorteil nicht so, wie in einer kürzlich von mir verlinkten Seite angegeben wurde, dass es die Konstanthaltung erst ab dem Tech 7 gäbe).

Ob sich da eine Veränderung von Impulshöhe und/oder Frequenz lohnt, ist alles andere als sicher. Ich kann mir vorstellen, auch einen Heißwolf SFR 2000 würde man genau so ähnlich einstellen. Hauptsächlich käme eine weitere Verbesserung durch eine Lastregelung, und die hat das MRC und auch das SFR 2000 nun einmal nicht.

Am ASC 1000 kann ich mit meiner Methode die Impulsspitze nicht messen, denn ich „speichere“ die Spitzenspannung beim Messen ohne Lastaufschaltung durch Anlegen eines großen Kondensators (2200 uF), der in den Impuls-Pausen nur mein Drehspulmeßgerät versorgen muss, also nicht abfällt. Die Methode geht bei Lastregelung nicht.

Ich verweise daher mit Link auf jemanden, der seine Messungen u.a. zum ASC 1000 veröffentlichte:

http://k.f.geering.info/modellbahn/techn...aborversuch.htm

Hallo Stahlblauberlin:

Zitat
Die kleinen Glühlämpchen im Modellbahnbereich sind erst ab einigen hundert Hz thermisch träge genug um in den Impuls-Pausen nicht nennenswert abzukühlen.


Das Roco-Gerät hat 90 oder 100 Hz (was auch immer das nun für die Birnchen heißt).

Zitat
Das Begrenzen der Spitzenspannung mit Dioden o.ä. ist bezüglich der Lastregelung technisch Mist.


Grundsätzlich wäre ich eigentlich bei Dir, aber wenn mit meiner Methode eine Lok bei Zwischenschaltung der 4 oder 5 Ohm (Dioden parallel) für die Lastregelung eine nur um ca. 10 % höhere Mindestgeschwindigkeit bekommt, ganz ohne Lastregelung (z. B. mit dem ansonsten guten MRC-Trafo) diese aber bei gleicher schwieriger Lok um rund 300 % höher liegt, dann kann doch der Mist wenigstens nicht gar so sehr stinken. Vielleicht noch ganz interessant: wenn man den Widerstand wegnimmt, und nur die Dioden belässt, dann ist nicht einfach nur die Lastregelung deaktiviert, sondern dann schaltet das Gerät komplett ab.

Trotzdem ist Deine Methode natürlich sicherlich gut, um auch noch den letzten leichten Geruch vom Stallmist wegzubekommen. Ich muss allerdings sagen, dass ich kein Elektroniker bin, und Deinen Vorschlag daher nicht komplett überblicke. Bei Abwärtswandlern sehe ich eine Pol-Bindung, dann wäre so ein Modul zwingend im Gerät vor den Richtungs-Umschaltern unterzubringen. Ist das so richtig? Ich sehe auch Probleme für den Lastregelungs-Meßstrom (EMK), der ja „rückwärts“ durch das Modul fließen müsste. Mangels tieferen Kenntnissen kann ich das aber nicht wirklich beurteilen, wie das geht.

Bedenke aber bitte noch, dass Module, die innerhalb des Gerätes zu verschalten wären (falls nötig), natürlich nichts für Laien sind. Auch hinsichtlich von Sicherheitsaspekten, denn in dem luftigen Raum steht weit hervor springend eine Feinsicherung offen im 230 V Primärkreis. Das Modul müsste absolut narren- und idiotensicher verarbeitet und befestigt sein, damit nicht bei Stürzen, Hitze-Entlötungen oder was auch immer irgendein Teil mit den 230 V in Berührung kommen kann (und dann vielleicht die 230 V an das Gleis sendet).

Einen Trimmer haben wir nur für die präzise Nullpunkt-Abgleichung des Drehreglers gesehen, ansonsten keinen.

Mein Vorschlag für außerhalb des Gerätes ist einfach und für jeden Laien darstellbar. Die Überschüsse, die verheizt werden, sehe ich locker. Das sind ca. 2 W bei aufgedrehtem Regler und schweren Zügen (aufgeteilt auf die ganze Diodenkette/Widerstand). Beim Rangieren vielleicht 0,5 W.

Viele Grüße
Uwe


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#13 von Stahlblauberlin , 23.05.2024 22:01

Zitat von 42555 im Beitrag #12
Bei Abwärtswandlern sehe ich eine Pol-Bindung, dann wäre so ein Modul zwingend im Gerät vor den Richtungs-Umschaltern unterzubringen. Ist das so richtig? Ich sehe auch Probleme für den Lastregelungs-Meßstrom (EMK), der ja „rückwärts“ durch das Modul fließen müsste. Mangels tieferen Kenntnissen kann ich das aber nicht wirklich beurteilen, wie das geht.

Das Spannungsreglermodul muss im ASC1000 nach dem Netzteil und vor der Leistungsstufe eingeschleift werden um so die interne Betriebsspannung zu reduzieren. Auf keinen Fall zwischen ASC und Gleis.
Ein Widerstand von wenigen Ohm parallel zu den Dioden führt die Dioden eigentlich ad absurdum. So lange der Strom so klein ist das der Spannungsabfall über den Widerstand kleiner als die Flussspannung der Dioden ist drehen diese nur Däumchen. Bei einem Widerstand von 4,7Ohm und drei Dioden in Reihe (1,8V) ist das bis rund 380 mA der Fall. Bei einem Fleischmann-H0-Motor klassischer Bauform werden die Dioden also nie etwas zu tun haben, der kommt mit ganz viel Mühe an die 350mA..


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#14 von 42555 , 23.05.2024 22:35

Wenn der Fleischmann-Motor kaum dreht (Rangieren), und Du schießt dann einen 17 V- Impuls hinein, dann ist in diesem Augenblick der Strom nahe dem Blockierstrom des Fleischmann-Motors bei 17 V.
Und der liegt dann im Ampere-Bereich, nicht mehr im mA-Bereich. Genau darum ging es in meinen Messungen.

Du machst den Denkfehler, dass am nicht mit Leerlaufdrehzal drehenden Motor die Gegen-EMK der Spulenwicklung gering ist und somit die Stromstärke hoch.

Der Blockierstrom am Fleischmann- Rundmotor liegt bei 1,3A für 17 V. Da muss der Motor schon sehr hoch drehen. bis die von Dir genannten 0,38 A unterschritten werden. Eine Geschwindigkeitsbetrachtung hatte ich schon gemacht.


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#15 von Petz1 , 23.05.2024 23:14

Zitat von 42555 im Beitrag #12
Ob sich da eine Veränderung von Impulshöhe und/oder Frequenz lohnt, ist alles andere als sicher. Ich kann mir vorstellen, auch einen Heißwolf SFR 2000 würde man genau so ähnlich einstellen. Hauptsächlich käme eine weitere Verbesserung durch eine Lastregelung, und die hat das MRC und auch das SFR 2000 nun einmal nicht.

Hallo Uwe !

Vielen Dank für Deine so detailierten Auswertungen. Ich verfolge da basierend auf meine Erfahrungen mit den Hobbydrillnetzgeräten eine andere Philosophie die ohne Lastregelung auskommt. Die Hobbydrills variieren nicht die Höhe der Impulsspannung sondern nur die Länge der "Aussetzer" - sozusagen eine "echte" reine Impulsbreitensteuerung. Sprich die Impulsanzahl / sec. ist anfangs sehr kurz und wird mit zunehmender Reglerstellung immer häufiger bis zu letztlich unterbrechungsloser Spannung. Auf die Art und Weise werden die Motoren praktisch fast belastungsunabhängig "zwangssynchronisiert" sprich die Räder eines blockierten Fahrzeuges drehen sich mit fast identer Geschwindigkeit egal ob die Lok nur mit ihrem eigenen Gewicht belastet wird oder man mit dem Finger noch zusätzlich von oben draufdrückt.
Schluß mit lustig ist dann erst wenn der Motor an seiner Drehmomentgrenze einbricht.

Würde man den Hobbydrillregler zusätzlich mit von Null ausgehenden justierbaren Impulslänge und ebensolcher Impulsfrequenz in Kombination mit der Momentum-, und Bremstastenfunktion des MRC nachrüsten, wär er für mich das absolut perfekte Analogfahrpult. Im Originalzustand sind die Impulse auf der kleinsten Reglerstellung leider viel zu lang und zu niederfrequent sodaß Loks in dem Bereich von Impuls zu Impuls "springen" - selbst solche mit großen Schwungmassen.


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zuletzt bearbeitet 23.05.2024 | Top

RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#16 von 42555 , 24.05.2024 00:11

Hallo Markus,

also eine bei ansteigender mittlerer Spannung zunehmende Frequenz.

Mir fehlt hierzu die Erfahrung, ich kann die Wirkung nicht beurteilen.

Zum Missverständnis von Stahlblauberlin fällt mir noch ein, dass die Digitalfahrer ja meist auch am Motor (nicht nur vor dem Dekoder) mit vielen kHz fahren. Dann ist durch die Induktivität der Motorstrom geglättet und der Motorstrom bleibt auch bei Langsamfahrt niedrig.

Wir dagegen fahren mit den ca. 100 Hz (da spielt Induktivität keine Rolle) und können jedem einzelnen Impuls Guten Tag sagen und fragen, wie es ihm geht.


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#17 von Petz1 , 24.05.2024 01:59

Hallo Uwe !

Nicht ganz... Die Justierbarkeit von Frequenz und Einzelimpulslänge wären nur reine Voreinstellungsmöglichkeiten zur bestmöglichen Anpassung an die jeweiligen Motorcharakeristika - eigentlich analog zu den CV´s der Decodermotorsteuerung die man ja auch auf die jeweiligen Motoreigenschaften abstimmt.
Während der Nutzung einer Lok blieben diese Einstellungen unverändert und man erstellt sich eine Lokliste mit den jeweiligen optimierten Einstellungen.
Der Hobbydrillregler arbeitet beispielsweise mit einer Impulstaktfrequenz von leider nur ~ 8 Hz und die geringstmögliche Impulslänge ist zu lang um im Langsamstfahrbereich eine ruckarme Bewegung zu ermöglichen. Bei leichten, haftreifenlosen Fahrzeugen verhilft da noch der Radschlupf zu etwas weniger bockigem Fahrverhalten. Aber mit den von mir angedachten Justiermöglichkeiten wäre die Motorsteuerung in ihrer Auswirkung vergleichbar mit jenen von Decodern, trotzdem eine Lastregelung und Austastlückenauswertung sprich Drehzahlmessung fehlte weil sie in der Auswirkung jener eines Frequenzumrichters bei Asynchronmotoren nahekäme.


Grüße von Markus

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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#18 von Stahlblauberlin , 24.05.2024 08:55

Zitat von 42555 im Beitrag #14
Wenn der Fleischmann-Motor kaum dreht (Rangieren), und Du schießt dann einen 17 V- Impuls hinein, dann ist in diesem Augenblick der Strom nahe dem Blockierstrom des Fleischmann-Motors bei 17 V.
Und der liegt dann im Ampere-Bereich, nicht mehr im mA-Bereich. Genau darum ging es in meinen Messungen.


Die ZEIT und die Induktivität der Wicklung ist der entscheidenden Faktor, Es geht hier nicht um die Betrachtung eines ohmschen Widerstandes und statischer Gleichspannung!
Eine Induktivität bewirkt das der Strom der Spannung verzögert folgt, auf ein mechanisches Modell übertragen:
An einem Schwungrad wird eine Kraft (Spannung) angelegt. Durch die Masse des Schwungrades (Induktivität) wird sich das Schwungrad langsam in Bewegung setzen. Wenn die Kraft nur kurz anliegt wird das Schwungrad sich auch nur wenig beschleunigen. Deshalb wird bei entsprechend kurzen Impulsen der Strom niemals den vollen, durch den ohmschen Widerstand des Motors definierten Blockierstrom erreichen.
Selbst mit alten, mit 50Hz knurrenden Dekodern bleiben beim Anfahren mit entsprechend kurzen Impulsen die Spitzen unter 1A (beim Fleischmann-Motor, da hab ich das mal mit dem Oszi gemessen). Der mittlere Strom so oder so, der liegt an dem Punkt an dem der Motor anläuft (~3% Tastgrad bei 16V am Gleis) bei etwa 20 mA. Der gleiche Motor mit einem PWM-Takt von 3 kHz mit entsprechend kurzen Impulsen angesteuert lässt den Strom bei 1% Tastgrad auf gerade mal auf Spitzen von knapp 200 mA ansteigen, damit setzt sich der Motor (Losbrechmoment!) erst bei etwa 8% Tastgrad in Bewegung. Dabei ist der mittlere Strom (Effektivwert) sogar etwas höher, rund 25 mA habe ich gemessen, bei Spitzen von gut 400 mA. Das ist einer der Gründe warum gerade ältere, robuste Dreipoler mit niedrigen PWM-Takten ein besseres Anfahrverhalten zeigen.
Ein schräggenuteter Roco-Motor läuft bei 3kHz schon früher an, das liegt aber in erster Linie am kleineren Losbrechmoment durch den Trommelkollektor. (Haftreibung Bürste-Kollektor >> Gleitreibung, Hebelverhältnisse Scheibenkollektor - Trommelkollektor).
Bei Glockenankermotoren sieht das bei 50 Hz ganz anders aus, selbst bei 1% Tastgrad erreicht da der Strom schon den durch den ohmschen Widerstand definierten Spitzenstrom, allerdings nur für sehr wenige Impulse weil der Motor sich schon mit dem ersten Impuls anfängt zu drehen (No-Name-China-Glocki).


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#19 von KDW , 24.05.2024 11:54

...bedenken muss man auch, dass für die thermische Belastung des Motors (im Wesentlichen betrifft das die Wicklung) der Effektivwert des Motorstroms die maßgebliche Größe ist. Bei einem mittels PWM getakteten Strom mit Rechteckpulsen ergibt sich der Effektivwert des Motorstroms aus dem Produkt aus Scheitelwert mal der Quadratwurzel des Tastgrades. Beispielsweise ergibt sich bei einem Scheitelstrom von 1A bei einem Tastgrad von 10% ein Effektivstrom von 1A x Wurzel(0,1) = 0,316A . Das ist also bedeutend mehr als der arithmetische Mittelwert von 1A x 0,1 = 0,1A, was oftmals unterschätzt wird.
Bei Strommessungen von Impulsströmen mit einem Instrument, welches nur den arithmetischen Mittelwert anzeigt, kann man sich somit leicht vermeintlich in Sicherheit wiegen. Immerhin zeigt das Beispiel einen Unterschied von gut 3:1.

Viele Grüße
klaus-Dieter


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#20 von KDW , 24.05.2024 12:01

Kleiner Nachtrag zum besseren Verständnis:
Warum beim Effektivwert die Wurzel aus dem Tastgrad und nicht einfach nur der Tastgrad selbst genommen werden muss, zeigt die folgende Herleitung:

Bild entfernt (keine Rechte)

Viele Grüße
Klaus-Dieter


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#21 von KDW , 24.05.2024 14:10

...und hier noch einmal zum ganz grundsätzlichen Verständnis des Effektivwertes (mit Bitte um Nachsicht für die "hingeschmierte" Abhandlung):

Bild entfernt (keine Rechte)

Anmerkung: Als "Wechselstrom" ist hier ganz allgemein ein sich periodisch verändernder Strom zu verstehen

Viele Grüße
Klaus-Dieter


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RE: Impulsbreitenregler: ist die Spannungshöhe der Impulse reduzierbar?

#22 von 42555 , 24.05.2024 18:38

Guten Abend,
vielen Dank für die ausführlichen Erläuterungen.

Hallo Stahlblauberlin,
nun kommen wir uns ja in unseren Aussagen doch noch deutlich näher.

Du hast genannt (Anfahrströme bei 16 V am Fleischmann-Motor)
50 Hz: knapp 1,0 A
3000 Hz: 0,4 A

Und hast noch einmal begründet, warum bei hohen Frequenzen der Spitzenstrom viel niedriger bleibt.
Die Begründung ist schon klar, aber 3000 Hz zeigen zwar die gravierenden Unterschiede, sind aber doch für die Analog-Fahrpulte irrelevant.

Merkst Du etwas?
Es fehlt in Deinen Zahlen eigentlich eine Mini-Tabelle mit den Spitzenstrom-Meßwerten von Dir, abhängig von der Motordrehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit (bei 16 oder 17 V; 50 Hz mit dem alten Decoder oder 100 Hz wird keinen nennenswerten Unterschied ausmachen).

Im Moment hast Du doch nur den Anfahrstrom mit knapp 1,0 A benannt.
Mit so einer Messung würdest Du eine Geschwindigkeit X finden (bei 16 V), oberhalb derer der Spitzenstrom unter die von Dir genannte Grenze 0,38 A fällt (wobei dann immer noch eine [kleinere] Spannung am Widerstand abfällt).

Und anschließend vergleichen wir das mit meiner Aussage ungefähr ¾ Höchstgeschwindigkeit. Ich selbst habe keinen Oszi.

Sofern die Aussage 20 V aus dem Link weiter oben richtig ist, kann man das dann überschlägig mit berücksichtigen.

Viele Grüße
Uwe


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