Hallo.

Im Rahmen meines Selbstbaudecoders bin ich über ein paar Probleme mit dem Märklin-Motor gekommen und die möchte ich hier diskutieren.

Und zwar besitzt mein Modell einen Scheibenkollektormotor. Dieser soll auch drinnen bleiben. Mir ist bewusst, dass die hier geschilderten Probleme mit einem umgebauten Motor mit Permanentmagent nicht auftreten, aber darum soll es hier nicht gehen.

Mit eingebautem Decoder ergibt sich folgendes Schaltbild:

Entstörkondensatoren sind zwar nötig, wurden aber hier der Einfachheit halber weggelassen.

Der Motor wird per PWM über den Schalter S1 angesteuert. In der Realität ist S1 irgendein Transistor, ist aber hier erst mal relativ. Für die andere Fahrtrichtung wäre an Punkt 4 auch nochmal ein Schalter angeschlossen, der wurde aber auch weggelassen. Zum Schutz der Schalter/Transistoren sind Freilaufdioden notwendig, hier D1 und D2.
Und damit sind wir auch schon bei meinem Problem:
S1 wird nun mit einem PWM-Takt von etwa 1 kHz und einem Tastverhältnis von angenommen 50 % geöffnet und geschlossen.
Wenn S1 geschlossen ist, fließt der Strom an Punkt 1 in den Anker und an Punkt 2 wieder heraus. Dabei ergibt sich dann ein Spannungsabfall von angenommen 5 V. Dann fließt der Strom weiter durch L1 und S1 zur Masse. Zwischen Punkt 2 und 3 ergibt sich dann ein Spannungsabfall von 15 V.
Leider haben wir haber Wechselstrom (wegen der PWM) und aufgrund der gegenläufig gewickelten Feldspule ergibt sich zwischen Punkt 2 und Punkt 4 ein Spannungsabfall von -15 V. Somit hat Punkt 4 ein höheres Potential als die Versorgungsspannung und D2 wird leitfähig.
Dadurch fließen irgendwelche Ströme und man kann den Motor nicht sauber steuern.

Oder habe ich da irgendetwas komplett durcheinander gebracht?
Wie kann man dann ein Sinnvolle Motorsteuerung bauen?

Bernhard

Moijen

Diese Induktionsgeschichte in der "freien" Feldspule ist mir damals beim Versuch, einen konventionellen Lichtwechsel (über den mech. Umschalter einzubauen, dadurch aufgefallen, das die "unbenutzen" Lampen immer mit glimmten/leuchteten)

Das wird auch der Grund sein, warum Märklin bei geregelten Antrieben nach dem gescheitertem 5* Konzept nur noch Gleichstrommotoren verwendet.

Wenn Du das so belassen willst, müsstest Du die Feldspulen beidseitig Freischalten ...ob das geht?

Guten Abend Bernhard,

Zitat von Bernhard84

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Mit eingebautem Decoder ergibt sich folgendes Schaltbild:

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In Deinem Schaltbild sind einige Fehler drin, die den Aufbau nicht auf die gewünschte Weise fahren läßt.
Wenn der Motor ordnungsgemäß mit PWM funktionieren soll, sind fölgende Änderungen notwendig:
a) PWM am Gleis:
Dioden weg lassen, stattdessen das normale Relais drin lassen, Mittelleiter (20V) an Punkt 1 angeschlossen, Rückführung über das Umschaltrelais an die beiden Feldspulen, die ohne Änderung belassen werden können, da nur jeweils eine Spule leitend verbunden ist.

b) PWM mit Dekoder:
Verbindung 1 mit 20V unterbrechen, stattdessen Punkt 1 mit Rückführung verbinden; D1 oder D2 umdrehen und wie gezeigt mit 20V verbinden. Fertig. Die Entstörkondensatoren (auch die zum Chassis) können bleiben.

Im Loktestbereich meiner Internetseiten (siehe sig) sind ein paar Fahrtests von SFCM mit PWM nach Methode a) enthalten. (System ,,I" in den Auswahltabellen)

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

Hallo Stephan-Alexander,

vielen Dank für deine Antwort.

Ich habe mich bei der Schaltung für den Dekoder an dieser Seite:
http://www.heise.de/ct/Redaktion/cm/buch/digit_3.html
orientiert und dem Schaltbild für den c80-Dekoder und da ist der Anker vom Motor mit dem Dekoder-Plus verbunden. Die beiden Dioden sind da genauso wie bei mir drin und heißen da D5 und D6. Ich denke mal, dass das im Grunde bei jedem Dekoder ähnlich ist.

Bernhard

Hi,

habs selber digital nicht probiert, habe aber damals zu analogen Zeiten bei 2 Loks eine Schaltungsvariante ausprobiert, indem ich die beiden Feldspulen in Reihe geschaltet habe - d.h. einen Draht am "gemeinsamen" Anschluß am Motorschild mit dem Anschluß der 2. Feldspule oben verbunden. Die Fahreigenschaften der Loks (habe noch die 78 im Hinterkopf) haben sich deutlich verbessert. Bin damals mit einer Impulsbreitensteuerung gefahren und habe umgepolt....3-L-DC.

Da ich bei der Digitalisierung auf Nummer sicher gehen wollte und einen teuer erstandenen C80 bzw. C81 (Typenbezeichnung = DM-Betrag) nicht killen wollte, habe ich dann wieder "konventionell" verdrahtet.....schließlich gabs damals ja keine Schaltbilder. Aber heutzutage müßte es eigentlich mit einem DC-Decoder auch gehen - man muß ja nur die Stromrichtung ändern, und das machen deren Vollbrücken in der Motoransteuerung ja....

Guten Abend Bernhard,

Zitat von Bernhard84

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Ich habe mich bei der Schaltung für den Dekoder an dieser Seite:
http://www.heise.de/ct/Redaktion/cm/buch/digit_3.html
orientiert und dem Schaltbild für den c80-Dekoder und da ist der Anker vom Motor mit dem Dekoder-Plus verbunden. Die beiden Dioden sind da genauso wie bei mir drin und heißen da D5 und D6. Ich denke mal, dass das im Grunde bei jedem Dekoder ähnlich ist.

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vielen Dank für Dein Nachfragen. Die dargestellte Lösung gilt für Reihenschlußmotoren, bei denen die Umschaltung zwischen den beiden Spulen erfolgt. Dennoch sollte dann an Deiner Schaltung der S1-Masse Kontakt links von den Dioden sein und die 20V-Verbindung ausschließlich übeer Anschluß 1 erfolgen. Denn so wie die Zeichnung ist, fährt bei geöffnetem Schalter S1 gar nichts (weil 20V von rechts und links kommt.
Mein Vorschlag bezog sich auf die Kombination gängiger Dekoder für DC-Motoren, bei denen die Motorausgänge zur Fahrtrichtungsumschaltung ihre Polarität wechseln. Mit den von mir beschriebenen Maßnahmen lassen sich dann ebenfalls die Reihenschlußmotoren betreiben.

@Klaus: durch die von Dir beschriebene Maßnahme wird die Windungszahl der Spule verdoppelt. Dadurch vervierfacht sich die Induktivität und die Feldstärke verdoppelt sich. Von der magnet. Sättigung des Spulenkerns ist man noch ziemlich entfernt (bei SFCM im Normalfall tritt dies bei ca. 1,2A; im beschriebenen Umbau bei ca. 0,6A ein), da die normale Stromaufnahme bei ca. 0,35A liegt. Zur Fahrtrichtungsänderung siehe oben.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

Hallo Bernhard84

Bei Tams kann man den Schaltplan des Lokdecoders LD-W-2 alt herunterladen. Dort sieht die reale Ausgangsschaltung dann doch wesentlich komplexer aus.

Hast Du deine PWM schon einmal mit erheblich weniger als 1 kHz versucht?

Hallo Rainer,

Ich habs auch schon mit niedrigerer PWM-Frequenz versucht.
Bei mir dreht sich der Motor auch ganz anständig und die Drehzahl lässt sich auch steuern. Allerdings wird meine Schaltung wärmer als sie sein sollte und das stört mich ein bisschen.

Beim Tams LD-W-2 funktioniert das irgendwie anders. Ich hab mir die Anleitung auch schon mal angeschaut, ich bin aber noch nicht dahinter gekommen. Der Motor wir da mit insgesamt 4 Kabeln angeschlossen und nicht wie bei mir mit 3.

Wenn du dir den Tams LD-W-1 anschaust, ist das Ganze schon einfacher und schaut dann auch so aus wie bei mir. (wenn man sich den Teil für DC-Motoren wegdenkt).

Bernhard

Hallo Bernhard,

bei Dr. König kann man die Schaltpläne des Delta-Decoders aufrufen.

Die Motoransteuerung beim Delta-Decoder ist weitgehend identisch mit Deiner Schaltung, allerdings liegt parallel zu den beiden Schalttransistoren noch jeweils eine Diode. Vielleicht wird damit die Wärmebildung etwas reduziert.

Die hier wiederholt vorgetragene Behauptung, Deine Schaltung sei falsch und funktioniere nicht, kann ich deshalb nicht nachvollziehen.

Hallo Rainer,

vielen Dank für den Hinweis. Ich werde das mal ausprobieren. Ich kann mir aber im moment gerade nicht vorstellen, dass das etwas an dem Problem ändert.

Und ich bin mir auch relativ sicher, dass meine Schaltung so funktioniert. Allerdings ist sie halt nicht optimal.

Bernhard

Guten Abend Bernhard und Rainer,

vor einigen Jahren habe ich nach einer Lösung für das Problem erhitzter Endstufen im Impulsbetrieb gesucht. Die Schaltung ist eine erweiterte astabile Kippschaltung, deren Transistoren eine Kaskade von BD709 und BDW33 ansteuern. Dieser abenteuerliche Aufbau (jpg geht nicht mehr, und ich weiß nicht, ob das Bild noch existiert?) ist das Ergebnis einiger Versuche zur Steuerung der Modelle mit PWM am Gleis, wobei nur die letzte Version funktionierte:
1.) PWM-Taktung der Masse (so wie in Bernhards Bild, bloß ohne Dioden), Umschaltung via Relais
2.) PWM-Taktung von U_b mit Schutzdiode für die Endstufe (Modelle nicht kontrollierbar)
3.) PWM-Taktung von U_b ohne Schutzdiode

Um auf Deine Schaltung einzugehen, Bernhard, folgende Skizze:
PWM mit Reihenschlußmotor
Es gibt zwei Möglichkeiten den Reihenschlußmotor anzusteuern: so wie abgebildet (dieser Version nutze ich selbst). Hier wird die PWM von Punkt 1 über 2 direkt an den Läufer gegeben. Am Punkt 3 geht es in die Feldspule, die mit S1 entsprechend ausgewählt ist, und schließlich führt der Strom über 4 nach 5 zur Rückführung. Eine Entstörung auf der Masseseite ist hier nicht notwendig, da die Ständerspulen mit ca. 4mH bereits für die Entstörung selbst sorgen. Lediglich auf der Eingangsseite (PWM-Endstufe) müßte Letztere, wenn sie empfindlich ist, geeignete Maßnahmen haben.
Auf diese Weise bekomme ich für meine Endstufe (BDW33) übertemperaturen zwischen 5°C (Beim Betrieb mit Faulhabermotoren in den Modellen), 10°C (DCM) 25°C (SFCM) bis hin zu 100°C bei den SLFCM1 mit den alten Triebwagen und 10 Glühbirnen. Modelle mit eingebautem Dekoder und PWM-analogeignung haben kaum eine merkliche Erwärmung der Dekoderendstufen.
Die zweite Möglichkeit ist ein Austausch von PWM und GND in der gezeigten Schaltung. Damit erzeugt man Signale, die zuerst mit den Feldspulen verformt werden ehe sie am Läufer ankommen. Ferner ist dann auch das ,,Massesignal" deutlich mit den Kommutationssignalen verschmutzt und kann somit die Elektronik beeinträchtigen.

Was mich ferner an Deiner Beschreibung irritierte, Bernhard, ist folgene Passage:

Zitat von Bernhard84

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Leider haben wir haber Wechselstrom (wegen der PWM)

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Wenn die PWM reine Wechselspannung (ohne DC-Anteil) wäre, dann liefe der Motor bei f>1kHz nicht mehr.
Meine Schaltung oben ist eine reine DC-Impulsschaltung ohne Polaritätsumkehr bei f=6,6kHz. Da die zweite Feldspule in diesem Aufbau gar keine Verbindung mit dem Stromkreis hat, kann die dort induzierte Spannung auch keinen Einfluß haben.
BTW: Die Spannungsabfälle sind genau umgekehrt:
bei 12V fallen über die Feldspule ca. 1,2V ab, der Rest liegt am Läufer (ca. 0,3A Stromaufnahme, 4 Ohm Ständerwiderstand, SFCM). Ursache hierfür ist die Gegenspannung (EMK oder Umlaufspannung genannt), die den Läufer veranlaßt, sich zu drehen. Der Spannungsverlust am Läufer durch den Stromfluß beträgt ebenfalls ca. 1,5V (ca. 5 Ohm Läuferwiderstand bei SFCM).

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

Hallo SAH

Zitat von SAH

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... Damit erzeugt man Signale, die zuerst mit den Feldspulen verformt werden ehe sie am Läufer ankommen.

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Das klingt Nobelpreisverdächtig.
Wie war das noch mit dem Strom in einer Reihenschaltung, ist der nicht überall gleich!? Wie groß war noch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Stroms in einem elektrischen Leiter? Kann man da von "zuerst" reden?

Denk noch mal darüber nach.

Gruß
tfi

Hallo Stephan-Alexander

Zitat von SAH

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Was mich ferner an Deiner Beschreibung irritierte, Bernhard, ist folgene Passage:

Zitat von Bernhard84

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Leider haben wir haber Wechselstrom (wegen der PWM)

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Wenn die PWM reine Wechselspannung (ohne DC-Anteil) wäre, dann liefe der Motor bei f>1kHz nicht mehr.

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Da ist natürlich noch ein Gleichstromanteil überlagert. Für die die induktion der Spannung im zweiten Teil der Feldspule ist aber rein der Wechselstromanteil verantwortlich.

Danke für die Angaben zur Spannung in den einzelnen Teilen. Ich werde versuchen, dass ich am Wochenende ein paar Bilder mit dem Oszi mache.

Mein Problem ist halt, dass man mit elektronischen Schaltern keinen "richtigen" Schalter wie deinen S1 machen kann. Und deshalb ist die induzierte Spannung im bei dir frei liegenden teil der Feldspule doch von Bedeutung.

Bernhard

Guten Abend Bernhard,

Zitat von Bernhard84

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Mein Problem ist halt, dass man mit elektronischen Schaltern keinen "richtigen" Schalter wie deinen S1 machen kann. Und deshalb ist die induzierte Spannung im bei dir frei liegenden teil der Feldspule doch von Bedeutung.

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auf welche Weise erzeugst Du die PWM?
Bzgl. des Umschalters könnte man auch ein Miniaturrelais (bistabil) benutzen, doch das wird wohl zu groß sein, oder?

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

Hallo zusammen,

wenn das Relais zu gross ist:

Eine zeitgenössische Lösung wären paarweise MosFet "DualFet", die es auch in einem einzigen SMD-IC (8 beinig) gibt. Solche schalten schnell und ohne Mechanik wie ein Transistor , und mit Leistung wie auch geringer Verlustleitung (kaum Wärme) eines Relais.

Schwieriger als bei den schon traditionellen Techniken (Transistor oder Relais) ist vor allem die korrekte Auswahl und Dimensioniserung , und die Handhabung wie Montage, die vorzugsweise auf nicht zu kleinen Leiterbahnen der Bestückungseite passiert.

Mit genügend Hang, Zeit und Geduld für High-Tech und Platinendesign sollte das zu schaffen sein. Die Bauteile sind mittlerweile sehr günstig, die "Fertigung" zugegeben eher etwas für Roboter.

Viele Grüsse
Frank