Persoonlijke instellingen

Locomotief en treinstelverlichting

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom - Update door Fred Eikelboom


Schakeling van de lampen in de locomotief of het treinstel

Analoog01.gif
Afbeelding: 01
Aansluiting van de lampen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

De locomotief en treinstelverlichting in de simpelste vorm, zoals die in een "analoge" loc geschakeld is. Hierin zitten twee gloeilampjes. De ene zit aan de voorkant van de loc en de andere zit aan de achterkant. Wanneer de plus op het (in rijrichting gezien) rechter wiel staat, geleidt diode A. De elektrische stroom loopt dan vanaf punt C door diode A en de frontlamp naar het linker wiel, waardoor de frontlamp brandt. Wanneer de plus op het linker wiel staat, geleidt diode B. De stroom loopt dan vanaf het linker wiel door diode B en de achterlamp naar punt C, waardoor de achterste lamp (het sluitsein) brandt. De twee diodes zijn van het type 1N4007.

Het nadeel van "analoog" rijden is dat de verlichting alleen op volle sterkte brandt bij volle snelheid van de loc. Zodra de loc lagere spanning krijgt, zal ook de verlichting minder sterk gaan branden. Er zou een anti-knipperschakeling ingebouwd kunnen worden, maar dat is bij een analoge baan vrijwel zinloos omdat de spanning op de rails niet constant aanwezig is.


Basisschakeling voor het aansluiten van lampen op een decoder

Lampen1.gif
Afbeelding: 02
Aansluiting van de lampen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Hoe het werkt

De blauwe draad van de decoder is de gemeenschappelijke plus (+), hierop staat 15 tot 18,5 volt gelijkspanning. De gele of de witte draad liggen - afhankelijk van de rijrichting - via een schakelFET in de decoder aan de min (dit zijn zogenaamde "open Drain" aansluiting). Bij het vooruit rijden brandt dus de ene lamp en bij het achteruitrijden, brandt de andere lamp.

Controleer altijd de spanning van de lampen voor ze op een decoder aan te sluiten. Zitten er standaardlampen in de loc (die berekend zijn op 12 tot 14 volt bij "analoog"), dan zijn er drie mogelijkheden:

  1. vervang de bestaande lampen door lampen die gemaakt zijn voor 16 tot 18 volt, anders raken de bestaande lampen zeer snel defect. Dit komt door de hogere inschakelstroom (vanwege de hogere voedingsspanning loopt er meer stroom door de lamp) en doordat de spanning over de lamp te hoog is.
  2. laat de bestaande lampen zitten en schakel een weerstand van ongeveer 3 ohm/1 watt in serie met de lamp. Hierdoor wordt de inschakelstroom begrensd en tevens wordt de spanning over de lamp tot een lagere waarde teruggebracht. In bovenstaand schema kan die weerstand in de blauwe draad aangebracht worden omdat er hier altijd maar één van de twee lampen brandt. Houd dan wel rekening met het feit dat de weerstand i.v.m. warmteontwikeling niet in de buurt geplaatst wordt van kunststof!
  3. laat de bestaande lampen zitten en regel met een CV-instelling dat de lamp gedimd is (bijvoorbeeld instellen op 75%). Dan branden de lampen door de PWM regeling gemiddeld op minder spanning en stroom.

Deze laatste mogelijkheid houdt wel het risico in dat na het resetten van de decoder de lampen later alsnog defect raken, want dan branden ze weer op volle sterkte. Na een jaar of wat is mogelijk al helemaal vergeten dat de lampen via de decoder gedimd waren. Dan was het bij nader inzien toch beter geweest om de lampen meteen te vervangen.

Vooral die eerdergenoemde inschakelpiek is funest voor gloeilampen. In koude toestand is de weerstand van de gloeidraad erg laag. Op het moment van inschakelen loopt er een hoge stroomsterkte door de gloeidraad (bij benadering is die hogere stroomsterkte tijdens de eerste milliseconden het tien tot vijftienvoudige van de nominale stroomsterkte!!). Pas wanneer de gloeidraad zijn normale werktemperatuur bereikt heeft, zal de gloeilamp de nominale (gespecificeerde) stroom opnemen (bijvoorbeeld 45 mA).

Wanneer de lampen aan één zijde in verbinding staan met het chassis van de loc, moeten de lampen geïsoleerd worden. Indien dit te veel werk is, verdient het aanbeveling de lampen te vervangen door leds en serieweerstand.


Blokschema van een decoder

Werking-decoder01.png
Afbeelding: 03
Blokschema van decoder
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Fabrikanten hebben het over "functie-uitgangen", maar die benaming is niet juist. De juiste benaming is "functie-aansluitingen".

Na de ontdekking van de elektriciteit is door de internationale wetenschappers in 1747 vastgelegd dat stroom altijd van plus naar min loopt. In een later stadium werd echter vastgesteld dat de elektronen van min naar plus lopen. In elektrische- en elektronicaschema's is in de diverse symbolen de stroomrichting met een pijl aangegeven. Kijk bijvoorbeeld naar een transistor of een diode. Hier is met een pijl de stroomrichting aangeduid.

Bij decoders is er een gesloten stroomkring van de blauwe plusdraad, via een gebruiker (lamp of led), naar de min van de decoder. Die verbinding met de min wordt d.m.v. een functietoets in- of uitgeschakeld via een "field effect transistor" (FET) waarvan de source aan de min ligt. De benaming "functie-uitgang(en)" klopt dus niet, want de functieaansluitdraden zijn allemaal "min".

Daar de draden (of decoderaansluitingen) die als functie-aansluiting bedoeld zijn allemaal naar de min (-) geschakeld worden (zie blokschema 03) via een zogenaamde "open drain" aansluiting van een FET, is de benaming "uitgang" niet helemaal correct. "Open drain" betekent dat de "Source" van de (schakel)FET in de decoder aangesloten is aan de min en de "drain" naar buiten gevoerd is d.m.v. een decoderdraad.

Bij functie-aansluitingen loopt de stroom vanaf de blauwe draad, via een gebruiker (lamp/led etc.) door de schakelFET naar de min en dus is die functie-aansluiting een ingang. De pijlen geven aan hoe de stroom loopt. Samengevat: blauw is de "plus" (de voeding), de functie-aansluitingen wit/geel/groen/paars etc. zijn "min" (worden individueel door een FET naar de "min" geschakeld).

Waarschijnlijk noemen de fabrikanten deze functieaansluiting(en) "uitgang", omdat het een draad is die vanaf de decoder-print "naar buiten gaat", om er iets op aan te kunnen sluiten. De benaming "uitgang" is hier echter in tegenspraak met het feit dat de stroom hier "naar binnen" gaat via een (FET).

In het blokschema is er op de hele decoder maar één uitgang: de blauwe draad. De rode en zwarte draden zijn gecombineerde in/uitgangen. De motoraansluitingen zijn ook elk op zich gecombineerde in/uitgangen (de stroom kan in twee richtingen vloeien waardoor de motor, links- of rechtsom draait) en de functie-aansluitingen zijn, zoals hierboven reeds uitgelegd, ingangen.

In het blokschema staan de FET's getekend als echte schakelaars. Dit is hier gedaan om de zaak te verduidelijken. In werkelijkheid zijn het dus FET's (zie rechts-onder in afbeelding 3) die de spanning in- of uitschakelen.

De doorlaatrichting

Een led wordt altijd in de doorlaatrichting aangesloten. Dus, plus van de voedingsspanning, via een serieweerstand, aan de anode en de min van de voedingsspanning aan de kathode. Zie ook het artikel Het aansluiten van leds.

De logische aansluitingen

Er zijn decoders die voorzien zijn van één- of meerdere "logische aansluitingen". Deze "logische aansluitingen" zijn wel echte uitgangen. Hier staat namelijk een spanning van 5 volt op (ten opzichte van de min (nul volt) van de gelijkrichter), wanneer deze actief (ingeschakeld) zijn. In rust is een "logische aansluiting" 0 (nul) volt. Deze aansluitingen moeten echter voorzien worden van een versterker (transistor of FET), omdat deze "logische aansluitingen" maar ongeveer 0,5 tot 1 mA kunnen leveren.


Aansluiting van meerdere lampen op de decoder

Lampen2.gif
Afbeelding: 04
Aansluiting van de lampen op de decoder
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 04 is aangegeven hoe front- en sluitseinen op de decoder kunnen worden aangesloten.

De lampen worden allen met één zijde aan de blauwe draad (de plusaansluiting van de decoder) aangesloten. De andere aansluitingen van de lampen worden via de gele of witte min-draad naar de min geschakeld. Aan de voorzijde van de loc moet de witte (of gele) lamp voor de frontseinen op de witte draad aangesloten zijn en de rode lamp op de gele draad. Aan de achterzijde van de loc moet de witte (of gele) lamp op de gele draad aangesloten zijn en de rode lamp op de witte draad. Nu zal de verlichting op de juiste wijze omschakelen bij veranderen van rijrichting.

Mocht de verlichting maar heel even gaan branden, terwijl de lampen heel zijn, dan bestaat de kans dat er te veel stroom door de lampen loopt en de decoder de stroom begrenst (wat inhoudt dat de beveiliging aanspreekt. Dit is te zien aan het knipperen van de verlichting met een interval van één seconde.

Oplossing: lampen toepassen die minder stroom nodig hebben dan het maximum dat de decoder mag en/of kan leveren. Bijvoorbeeld: de rode en gele lamp trekken samen 122 mA. De decoder mag max. maar 100 mA leveren. Er moeten dan lampen gebruikt worden die per stuk niet meer dan 45 mA opnemen.

Mochten dergelijke lampen niet verkrijgbaar zijn, dan is dit op te lossen door in serie met de lampen een weerstand op te nemen van ongeveer 22 ohm/1 watt (waarde proefondervindelijk vaststellen). Hierdoor wordt de inschakelstroompiek begrensd en is er een grotere kans dat het licht wel brandt. Pas dan wel op dat de weerstand niet in de buurt van de kunststof kap komt, want wanneer die weerstand heet wordt, is er een grote kans dat de kunststof van de kap smelt!


Schakelbare sluitseinen met lampen

Schakelbare-sluitlampen01.gif
Afbeelding: 05
Aansluiting van de sluitseinen op de decoder
Schema gemaakt door: Karst Drenth

D.m.v. een aantal transistoren is het mogelijk de sluitseinen uitschakelbaar te maken.

Hoe het werkt

Bij het drukken op F0 gaan de front- en sluitseinen rijrichtingafhankelijk aan. Wanneer dan toets F1 niet ingeschakeld is, ligt het knooppunt R3/R4/Basis van T3 via R3 aan een positieve spanning. Hierdoor geleidt T3. Daardoor krijgen T1 en T2, via de diodes D1 en D2, een stuurspanning op de basis. T1 en T2 zijn dan in geleiding en het rode sluitsein brandt, afhankelijk van de rijrichting.

Bij drukken op F1 komt de groene draad aan de min te liggen en wordt de spanning op het knooppunt R3/R4/Basis T3 zo laag dat T3 uit geleiding gaat (spert). Daardoor krijgen T1 en T2 geen stuurspanning meer en gaan ook uit geleiding. Daardoor gaat het rode sluitsein uit.

Schakelmogelijkheden:

  • F0 = frontseinen en sluitseinen aan (rijrichtingafhankelijk);
  • F0 en F1 = frontseinen aan en sluitseinen uit (rijrichtingafhankelijk).



Aansluiten van leds in de locomotief of het treinstel

Leds1.gif
Afbeelding: 06
Basisschakeling voor aansluiten van leds op de decoder
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

De verlichting met leds in zijn simpelste vorm met twee leds (zie schema 06). De ene led zit aan de voorkant van de loc, en de andere aan de achterkant.

Hoe het werkt

Op de blauwe draad van de decoder staat 16 tot 18 volt. In de blauwe draad is weerstand R1 aangebracht. Deze dient om de stroom door de afzonderlijke leds te begrenzen tot een veilige waarde (lees: maximaal toelaatbare stroom door de led). Het berekenen van de waarde van R1 kan volgens de formule in het artikel Minimale led serieweerstand berekenen.

De gele óf de witte draad ligt, afhankelijk van de rijrichting, via de schakeltransistor in de decoder, aan min (de min-aansluiting van de gelijkrichter in de decoder). Bij het vooruit rijden brandt de ene led en bij het achteruitrijden brandt de andere led. Dus bij het vooruitrijden loopt de stroom voor de linker led door weerstand R1 en bij het achteruit rijden loopt de stroom voor de rechter led ook door weerstand R1. Maar nooit door twee leds tegelijkertijd. Dat is de reden waarom hier maar één weerstand gebruikt is.

Het doel van de serieweerstand

De serieweerstand zorgt er voor dat de maximaal toelaatbare stroomsterkte door de led niet wordt overschreden. Gebeurt dit wel, dan gaat de led zonder enige waarschuwing meteen stuk. De door de fabrikant opgegeven maximale doorlaatstroom van de gangbare leds is ongeveer 20 mA. Deze stroomsterkte (en daarmee de lichtopbrengst) is echter veel te hoog, de leds werken dan als verstraler's. Bij het berekenen van de waarde van de serieweerstand kan dus prima met een lagere stroomsterkte gerekend worden, de gangbare "high efficieny" leds geven bij minder dan 20 mA een zee van licht. Ga uit van bijvoorbeeld een stroomsterkte van 6 mA voor de frontseinen en 4 mA voor de sluitseinen. Bereken dan met de Wet van Ohm aan de hand van deze stroomsterkten de waarde van de serieweerstand.


De praktijk

De schakelingen 05 en 07 t/m 10 zijn oplossingen voor oudere decoders die alleen een Aux1 en Aux2 aansluiting hebben. Hetzelfde is met de nieuwste generatie decoders (o.a. LoPi4 en LoPi5) vaak te verwezenlijken via Function Mapping.

De in de schema's vermelde weerstandswaarden zijn richtwaarden. De berekening van de waarde van de serieweerstanden van de leds staat in het artikel Minimale led serieweerstand berekenen. Wanneer de verlichting te fel is, kan altijd een hogere weerstandswaarde worden genomen.


Schakelbare sluitseinen

SluitLED-2Func.png
Afbeelding: 07
Aansluiting sluitseinen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1, R4 6k8
R2, R3 8k2
Tabel: 01
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Er kunnen meerdere schakelbare sluitseinen gemaakt worden met behulp van twee functieaansluitingen (zie schema 11). Door de voorste rode leds aan de groene functieaansluiting te koppelen en de achterste rode leds aan de paarse, zijn de sluitseinen schakelbaar. Wanneer de loc vooruit moet rijden met ingeschakelde sluitseinen, dan moet op de centrale toets F1 worden gedrukt. Wanneer de loc achteruit moet rijden met ingeschakelde sluitseinen, moet toets F1 worden uitgeschakeld en toets F2 ingeschakeld.

Dat werkt echter niet zo handig... maar met functiemapping is daar iets aan te doen. Bij een aantal nieuwere decoders is het zo in te stellen dat toets F1 of F2 gekoppeld zijn aan toets F0. Dan zullen de sluitseinen automatisch rijrichtingafhankelijk branden.

Leds-schakelbaar01.png
Afbeelding: 08
Automatische omschakeling sluitseinen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1, R4 6k8
R2, R3 8k2
Tabel: 02
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

In afbeelding 08 wordt een uitbreiding van de voorgaande schakeling getoond. Dit is een handigere aanpak om de sluitseinen uitschakelbaar te maken, automatisch gekoppeld aan de rijrichting. Hier is, in tegenstelling tot het voorgaande schema, maar één functieaansluiting nodig. Wanneer er op toets F1 gedrukt wordt, zal het knooppunt rode led/weerstand via de diode naar min geschakeld worden. Hierdoor krijgen de rode leds te weinig spanning en doven de sluitseinen. De twee diodes zijn van het type 1N4148.

De waarden van de serieweerstanden van de rode leds zijn hoger gekozen dan de waarden van de serieweerstanden van de gele leds, omdat de sluitseinen niet zo fel hoeven te branden.


Schakelbare sluitseinen en rangeerseinen

Leds-schakelbaar02.png
Afbeelding: 09
Frontseinen schakelbaar t.b.v. rangeerseinen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1, R5 6k8
R2, R4 8k2
R3, R6 390R
Tabel: 03
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

In afbeelding 09 wordt een verdere uitbreiding van de voorgaande schakeling getoond. Wanneer de andere functieaansluiting op de getoonde wijze op de frontseinen wordt aangesloten, zijn de sluitseinen uit te schakelen (rijrichtingafhankelijk door op toets F1 te drukken.

Door op toets F2 te drukken komen de knooppunten kathode/anode van de gele leds aan min te liggen, waardoor aan weerszijden maar één witte led blijft branden (rijrichtingafhankelijk). Door de diode tussen functieaansluiting F1 en F2 worden, bij het drukken op toets F2, de knooppunten van de rode leds/weerstand via de diodes naar de min geschakeld. Hierdoor krijgen de rode leds te weinig spanning en daardoor gaan ook de sluitseinen uit. Op deze wijze zijn er door het drukken op toets F2 aan weerszijden rangeerseinen.

Schakelmogelijkheden:

  • F0 = frontseinen en sluitseinen aan (rijrichtingafhankelijk);
  • F0 en F1 = frontseinen aan en sluitseinen uit (rijrichtingafhankelijk);
  • F0 en F2 = 1 led van frontseinen aan weerszijden aan en sluitseinen uit (rangeerseinen);
  • bij op F2 drukken maakt de stand van F1 niets uit;
  • wanneer F0 niet actief is, dan werkt verlichting d.m.v. F1 en F2 ook niet.

De weerstanden tussen de leds en de diodes zijn om het verschil in verlichtingsterkte van de gele leds te compenseren. Het maakt namelijk uit of de stroom door de onderste gele led via de andere gele led loopt of via de diode. De vijf diodes zijn van het type 1N4148.

Leds-schakelbaar03.png
Afbeelding: 10
Extra frontseinen toegevoegd
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1, R5 4k7
R2, R4 8k2
R3, R6 270R
Tabel: 04
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Afbeelding 10 is wederom een uitbreiding van de voorgaande schakeling. Hier zijn drie frontseinen te schakelen. De serieweerstanden van de gele leds krijgen hier een lagere waarde, omdat er nu drie leds in serie staan. Ook de weerstanden tussen de leds en de diodes krijgen een andere (hogere) waarde.


Aansluitmogelijkheden leds

Leds2.gif
Afbeelding: 11
De leds parallel aansluiten op de decoder
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1-R2-R7-R8 8k2
R3-R4-R5-R6 9k1
Tabel: 05
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema's 11 en 12 is aangegeven hoe de front- en sluitseinen op de decoder kunnen worden aangesloten. De weerstanden worden allen op de blauwe draad (de gemeenschappelijke plus) aangesloten. De anodes van de leds worden met de weerstanden verbonden. De kathodes van de leds worden via de gele of witte draad aan de min geschakeld. Voor informatie over de anode en de kathode van een led, zie het artikel Het aansluiten van leds.

Leds6.png
Afbeelding: 12
De leds in serie aansluiten op de decoder
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom


Onderdelenlijst
R1a-R1b 5k6
R2a-R2b 6k8
Tabel: 06
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Aan de voorzijde van de loc moeten de beide frontseinen op de witte draad aangesloten zijn en de beide rode sluitseinen op de gele draad. Aan de achterzijde van de loc moeten de beide frontseinen op de gele draad aangesloten zijn en de beide rode sluitseinen op de witte draad. Nu zal de verlichting op de juiste wijze omschakelen bij veranderen van rijrichting. De weerstanden van de sluitseinen hebben een grotere waarde dan de weerstanden van de frontseinen, omdat de sluitseinen geen verstralers hoeven te zijn.

De leds kunnen eventueel parallel, zoals in schema 13, of in serie, zoals in schema 14. Het ligt er maar net aan wat in de loc het beste uitkomt qua ruimte.


De volgorde van de leds

Leds3.gif
Afbeelding: 13
Volgorde van weerstand en led
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1-R2 8k2
R3-R4 9k1
Tabel: 07
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Leds5.gif
Afbeelding: 14
Andere volgorde van weerstand en leds
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
R1 5k6
R2 6k8
Tabel: 08
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

De volgorde van een led en de bijbehorende weerstand maakt niets uit. Andersom kan ook, zie afbeelding 13 en 14. Ligt er maar net aan wat het beste uitkomt. Natuurlijk wel op voorwaarde dat er verder geen aftakkingen zijn.


Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over de basisbeginselen van function mapping.
over function mapping.
met uitleg over function mapping.
over de mapping-instellingen voor verlichting.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 6 jul 2024 10:58 (CET)