Persoonlijke instellingen

Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie: verschil tussen versies

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
k
(41 tussenliggende versies door 3 gebruikers niet weergegeven)
Regel 1: Regel 1:
 
{{Koptekst
 
{{Koptekst
 
|Vorige= Seinen aansluiten op wisselspoel
 
|Vorige= Seinen aansluiten op wisselspoel
|Volgende= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie (deel 2)
+
|Volgende= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie naschrift
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|Auteur= Marten Weistra. Presentatie in deze vorm verzorgd door Fred Eikelboom.
 
|Auteur= Marten Weistra. Presentatie in deze vorm verzorgd door Fred Eikelboom.
Regel 7: Regel 7:
 
{{Inhoudsopgave||Klein}}
 
{{Inhoudsopgave||Klein}}
 
<br />
 
<br />
<!--
+
:<big>''Een goede start met een bijzondere pulsbreedte-snelheidsregelaar''</big><br />is een eerdere versie van dit artikel, verschenen in Railhobby 84/12.
Wordt aan gewerkt.
 
 
 
Nog even geduld a.u.b.
 
-->
 
::<big>'''Een goede start met een bijzondere pulsbreedte snelheidsregelaar'''.</big>
 
 
 
  
 
=== Inleiding ===
 
=== Inleiding ===
Een veel realistischer rijden en rangeren met modeltreinen wordt mogelijk zodra u, in plaats van de gewone rijstroomtrafo, gebruik gaat maken van een snelheidsregelaar die werkt volgens het principe van variabele pulsbreedte (pulsbreedtemodulatie). Dergelijke regelaars geven steeds de volle spanning aan de rails, maar dan in de vorm van snel opeenvolgende stoten of pulsen. Bij langzaam rijden duren die pulsen kort en zijn de tussenliggende pauzes relatief lang, bij hogere snelheden juist omgekeerd.
+
Een veel realistischer rijden en rangeren met modeltreinen wordt mogelijk zodra een '''snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie''' (PBM) wordt gebruikt, in plaats van de gewone spanningsregelaar of  "trafo". Dergelijke PBM regelaars geven steeds de volle spanning aan de rails, maar dan in de vorm van snel opeenvolgende pulsen in een vaste frequentie. Bij langzaam rijden duren die pulsen kort en zijn de tussenliggende pauzes relatief lang, bij hogere snelheden is dit juist omgekeerd.
  
Het resultaat dat men met deze kant-en-klaar gekochte, of aan de hand van een publicatie zelf gebouwde, apparaten kan bereiken is soms verbluffend. Toch is er, vooral bij de kleinere schalen, dikwijls nog een aarzelend op gang komen en ook de minimumsnelheid, waarmee zonder haperen kan worden gereden, is niet altijd zo laag als we zouden wensen.
+
Het resultaat dat met deze kant-en-klaar gekochte of aan de hand van een publicatie zelf gebouwde apparaten bereikt kan worden, is soms verbluffend. Toch is er, vooral bij de kleinere schalen, dikwijls nog een aarzelend op gang komen en ook de minimumsnelheid waarmee zonder haperen kan worden gereden, is niet altijd zo laag als gewenst.
  
 +
=== Frequentie ===
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
 
|Bestand= Weistra-regelaar00.gif
 
|Bestand= Weistra-regelaar00.gif
 
|Grootte= 275px
 
|Grootte= 275px
 
|Volgnummer= 01
 
|Volgnummer= 01
|Omschrijving= Twee pulsreeksen met een gelijke relatieve breedte t/T, maar van verschillende<br />frequentie. Beide spanningsvormen hebben dezelfde effectieve waarde, maar de<br />onderste geeft de motor meer tijd om in beweging te komen.
+
|Omschrijving= Twee pulsreeksen met een gelijke relatieve breedte t/T, maar van verschillende frequentie.<br>Beide spanningsvormen hebben dezelfde effectieve waarde, maar de onderste geeft<br>de motor meer tijd om in beweging te komen.
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Type= Schema
 
|Type= Schema
 
|Positie= Rechts
 
|Positie= Rechts
 
}}
 
}}
=== Frequentie ===
 
Uit experimenten blijkt dat dit te maken heeft met de frequentie waarmee de pulsen worden afgegeven. Bij de bekende schakelingen ligt deze frequentie bijna altijd in het gebied van 50 tot 100 Hz, waarmee voornamelijk wordt bereikt dat de trein, ondanks de in stoten aangeboden spanning, bij alle snelheden gelijkmatig en zonder schokken rijdt. Maar kiezen we nu de pulsfrequentie een flink stuk lager, dan blijken diverse modellen nog langzamer en gelijkmatiger te kunnen rijden.
 
  
Dit fraaie resultaat is te begrijpen als we bedenken dat een relatieve pulsduur van 10% bij een frequentie van 20 Hz betekent, dat de motor steeds gedurende vijf milliseconden spanning krijgt, terwijl dat bij een relatief even lange puls met een frequentie van 100 Hz, maar gedurende &eacute;&eacute;n milliseconde het geval is. Het motoranker heeft dus bij lage pulsfrequenties gewoon meer tijd om in beweging te komen, terwijl de lange pauzes er voor zorgen dat de gemiddelde snelheid laag blijft (zie: afbeelding 01).
+
Uit experimenten blijkt dat dit gedrag te maken heeft met de frequentie waarmee de pulsen worden afgegeven. Bij de bekende schakelingen ligt deze bijna altijd in het gebied van 50 tot 100 Hz, waarmee voornamelijk wordt bereikt dat de trein, ondanks de in pulsen aangeboden spanning, bij alle snelheden gelijkmatig en zonder schokken rijdt. Maar kiezen we nu de pulsfrequentie een flink stuk lager, dan blijken diverse modellen nog langzamer en gelijkmatiger te kunnen rijden.
  
Waarom dan toch altijd een hogere frequentie wordt gekozen, wordt duidelijk zodra we de breedte van de laagfrequente pulsen opvoeren: de lok gaat al spoedig zo hevig schokken dat verder versnellen onverantwoord is. Gelukkig is het toch mogelijk van de winst in het gebied van de uiterst lage snelheden te profiteren zonder ongewenste effecten bij hogere snelheden, en wel door van een vaste pulsfrequentie over te gaan op een frequentie die met toenemende pulsbreedte hoger wordt.
+
Dit fraaie resultaat komt doordat een relatieve pulsduur van 10% bij een frequentie van 20 Hz betekent dat de motor steeds gedurende vijf milliseconden spanning krijgt, terwijl dat bij een relatief even lange puls met een frequentie van 100 Hz maar gedurende één milliseconde het geval is. Het motoranker heeft dus bij lage pulsfrequenties meer tijd om in beweging te komen, terwijl de lange pauzes er voor zorgen dat de gemiddelde snelheid laag blijft (afbeelding 01).
  
In de nu te beschrijven schakeling is dat op eenvoudige wijze gerealiseerd door, behalve de pulsbreedte, ook de frequentie afhankelijk te maken van de stand van de regelknop of, bij de versie met be&iuml;nvloeding door spanning, van de grootte van die regelspanning.
+
Waarom dan toch altijd een hogere frequentie wordt gekozen, wordt duidelijk zodra de breedte van de laagfrequente pulsen wordt verhoogd: de loc gaat al spoedig zo hevig schokken dat verder versnellen onverantwoord is. Gelukkig is het toch mogelijk van de winst in het gebied van de uiterst lage snelheden te profiteren zonder ongewenste effecten bij hogere snelheden en wel door van een vaste frequentie over te gaan op een frequentie die met toenemende pulsbreedte hoger wordt.
  
 +
In de Weistraschakeling is dat op eenvoudige wijze gerealiseerd door behalve de pulsbreedte ook de frequentie afhankelijk te maken van de stand van de regelknop of, bij de versie met beïnvloeding door spanning, van de grootte van die regelspanning.
  
 
=== Het schema ===
 
=== Het schema ===
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
|Bestand= Weistra-regelaar01.gif
+
|Bestand= Weistra-regelaar02a.gif
|Grootte= 615px
+
|Grootte= 515px
 
|Volgnummer= 02
 
|Volgnummer= 02
|Omschrijving= Basisschema van de regelaar (voor handbediening)
+
|Omschrijving= Schema van de regelaar voor handbediening, met beveiliging tegen overbelasting d.m.v R9 en T4.<br />D4 voorkomt het afslaan van de oscillator.
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Type= Schema
 
|Type= Schema
|Positie= Links
+
|Positie= Rechts
 
}}
 
}}
Het basisschema van de regelaar voor bediening met de hand ziet u in afbeelding 02. De voedingslijn bevat, behalve de afvlakcondensator (elco) C1 nog een diode D1, waardoor de schakeling zonder gevaar voor schade door verkeerde polariteit kan worden aangesloten op een ompoolbare rijstroomtrafo, en zelfs op de wisselspanningsuitgang (AC) van zo'n trafo, al is in het laatste geval tussen-schakelen van een bruggelijkrichter wel aan te bevelen.
+
Het schema van de regelaar voor bediening met de hand is te zien in afbeelding 02. De voedingslijn bevat behalve de afvlakcondensator (elco) C1 nog een diode D1, waardoor de schakeling geen gevaar loopt als de voedingsbron per ongeluk wordt omgepoold of de aansluitdraden worden verwisseld.
 
 
Hetzelfde geldt voor het gebruik van een willekeurige 'losse' trafo. Aansluiting op een gestabiliseerde gelijksspanningsbron is uiteraard ook mogelijk. Voor al deze voedingen geldt dat de spanning na D1 niet hoger mag zijn dan 20 Volt.
 
 
 
 
 
 
 
  
''Zaagtand-oscillator''
+
De frequentiebepalende oscillator wordt gevormd door de spanningsdeler R1 t/m R3, waarmee twee niveaus worden vastgelegd, verder door C2 die via R5 wordt opgeladen van het lage naar het hoge niveau en door T1 en T2 die, zodra dit hoge niveau wordt overschreden, in geleiding komen en zeer snel, via stroombegrenzer R4, C2 weer ontladen naar het lage niveau, waarna de uitgangssituatie is hersteld en het spel opnieuw begint.
  
De eigenlijke frequentiebepalende oscillator wordt gevormd door de spanningsdeler R1 t/m R3, waarmee twee spanningsniveaus worden vastgelegd, verder door C2 die via R5 wordt opgeladen van het lage naar het hoge niveau en door T1 en T2 die, zodra dit hoge niveau wordt overschreden, in geleiding komen, en zeer snel, via stroombegrenzer R4, C2 weer ontladen naar het lage niveau, waarna de uitgangssituatie is hersteld en het spel opnieuw begint.
+
Aldus wordt over C2 een exponentiële zaagtand opgewekt, waarvan de frequentie mede wordt bepaald door de grootte van de laadstroom door R5. Doordat R5 is verbonden met de loper van potentiometer P1 en deze loper een zeker spanningsgebied bestrijkt dat bepaald wordt door de keten P1/R6, R7 en D2, kan deze laadstroom en daarmee de zaagtandfrequentie een factor vijf worden gevarieerd door aan P1 te draaien. Met de componentwaarden uit de onderdelenlijst levert dat een  bereik op van ongeveer 20 tot 100 Herz. Van de loper van P1 wordt ook, via instelpotmeter P2, een regelspanning afgeleid. De als comparator geschakelde versterker IC1 vergelijkt deze spanning met die van de zaagtand en stuurt de vermogenstransistor T3 (hier getekend als een gewone transistor maar in feite bestaande uit twee transistoren, een Darlington, twee weerstanden en een beveiligingsdiode in één behuizing) via R8 open gedurende de perioden dat de regelspanning de hoogste van de twee is.
  
Aldus wordt over C2 een exponenti&euml;le zaagtand opgewekt, waarvan de frequentie mede wordt bepaald door de grootte van de laadstroom door R5. Doordat R5 is verbonden met de loper van potentiometer P1, en deze loper een zeker spanningsgebied bestrijkt dat bepaald wordt door de keten P1/R6, R7 en D2, kan deze laadstroom, en daarmee de zaagtandfrequentie, een factor vijf worden gevarieerd door aan P1 te draaien. Met de componentwaarden uit de stuklijst levert dat een  bereik op van ongeveer 20 tot 100 Hz. Van de loper van P1 wordt ook, via instelpotmeter P2, een regelspanning afgeleid. De als comparator geschakelde versterker IC1, vergelijkt deze spanning met die van de zaagtand en stuurt de vermogenstransistor T3 via R8 open gedurende de perioden dat de regelspanning de hoogste van de twee is.
+
Aan de uitgang van de regelaar (punt 'A') verschijnt dan een reeks positieve spanningspulsen die rechtstreeks of via een ompoolschakelaar aan de rails kan worden toegevoerd. (Voor het rijden met wisselspanning staat een geschikte wijze van aansluiting in het artikel 'Märklin elektronisch...?' in Railhobby 82/3.) De pulsen worden breder naarmate de loper van P1 aan een hogere spanning wordt gelegd en omdat tegelijk de aanvankelijk lage frequentie toeneemt, wordt zowel uiterst langzaam 'kruipen' als een soepele overgang naar snel rijden mogelijk. D3 tenslotte beschermt T3 tegen de door het voortdurend in- en uitschakelen van de rijstroom ontstane inductiespanningpieken.
 
 
Aan de uitgang van de regelaar (zie: 'A') verschijnt dan een reeks positieve spanningspulsen die rechtstreeks, of via een ompoolschakelaar, aan de rails kan worden toegevoerd. (wisselstroomrijders vinden een voor hen geschikte wijze van aansluiting in het artikel 'M&auml;rklin elektronisch...?' in RH 82/3). De pulsen worden breder naarmate de loper van P1 aan een hogere spanning wordt gelegd, en omdat tegelijk de aanvankelijk lage frequentie toeneemt, wordt zowel uiterst langzaam 'kruipen' als geleidelijk optrekken en snel rijden mogelijk. D3 tenslotte beschermt T3 tegen de door het schakelen van de rijstroom ontstane inductiespanningpieken.
 
 
 
{{Afbeelding
 
|Bestand= Weistra-regelaar02.gif
 
|Grootte= 615px
 
|Volgnummer= 03
 
|Omschrijving= Schema met beveiliging tegen overbelasting. De spanningsval over R9 brengt T4 in geleiding, waardoor IC1 wordt gedwongen<br />T3 te laten sperren en de stroom geheel wegvalt. D4 voorkomt het afslaan van de oscillator.
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Type= Schema
 
|Positie= Rechts
 
}}
 
  
 
=== Kortsluitbeveiliging ===
 
=== Kortsluitbeveiliging ===
Een ander gevaar dat T3 belaagt is kortsluiting, en de kans daarop is niet te verwaarlozen (ontsporingen, gereedschap op de rails), maar toevoeging van twee onderdelen (zie: R9 en T4 in schema 03), maakt T3 praktisch onverwoestbaar. Zodra nu namelijk de door de regelaar vloeiende stroom een zekere waarde  overschrijd, zal de over R9 ontstane spanningval T4 in geleiding brengen en deze schakelt T3, via IC1, onmiddelijk uit.
+
Een ander gevaar dat T3 belaagt, is kortsluiting (door ontsporingen, gereedschap op de rails), maar de onderdelen R9 en T4 maken T3 praktisch onverwoestbaar. Zodra namelijk de door de regelaar vloeiende stroom een zekere waarde  overschrijdt, zal de over R9 ontstane evenredig grotere spanningval T4 in geleiding brengen, deze schakelt T3 via IC1 onmiddellijk uit.
 
 
Door de nu weggevallen stroom gaat T4 meteen weer dicht (spert), en de regelaar hervat zijn normale functie. Zolang de kortsluiting of overbelasting blijft bestaan herhaalt zich dit snelle aan-uitspelletje. De daarbij optredende zeer kortstondige stroompieken vormen voor T3 geen enkel gevaar. Het is wel noodzakelijk dat de voeding deze stroom kan leveren, en hierbij speelt de reservoirfunctie van C1<sup>a</sup> en C1<sup>b</sup> een belangrijke rol.
 
 
 
De hierboven beschreven schakeling heeft een prettig regelgedrag en om een trein op gang te brengen is het beslist niet nodig dat u P1 subtiel hanteert. De progressief verlopende karakteristiek garandeert een soepel optrekken als deze potentiometer met normale snelheid meteen een flink stuk wordt opgedraaid.
 
  
 +
Door de nu weggevallen stroom spert T4 meteen weer en de regelaar hervat zijn normale functie. Zolang de kortsluiting of overbelasting blijft bestaan herhaalt zich dit snelle aan-uitspelletje. De daarbij optredende zeer kortstondige stroompieken vormen voor T3 geen enkel gevaar. Het is wel noodzakelijk dat de voeding deze stroom kan leveren en hierbij speelt de reservoirfunctie van C1 een belangrijke rol.
  
 
=== Automatisering ===
 
=== Automatisering ===
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
 
|Bestand= Weistra-regelaar03.gif
 
|Bestand= Weistra-regelaar03.gif
|Grootte= 615px
+
|Grootte= 515px
|Volgnummer= 04
+
|Volgnummer= 03
|Omschrijving= Aangepast basisschema, waarbij een aan R13 (punt 'B') aangelegde regelspanning T5 meer of minder doet geleiden.<br />In plaats van met P1 kan de spanning op het knooppunt van R5 en P2 nu vari&euml;ren door aldus de stroom door R6/R10<br />te be&iuml;nvloeden.  
+
|Omschrijving= Aangepast schema met aansluiting (punt 'B') voor een regelspanning. In plaats van met P1 (afbeelding 02) wordt de<br />spanning op het knooppunt van R5 en P2 nu gevarieerd door de stroom door T5 te be&iuml;nvloeden.  
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Bron= Marten Weistra<br /><br />
 
|Type= Schema
 
|Type= Schema
 
|Positie= Rechts
 
|Positie= Rechts
 
}}
 
}}
Voor de liefhebbers van automatisering is een versie ontworpen die reageert op een aangeboden regelspanning en schema 04 toont de wijzigingen in het basisschema die dit mogelijk maken. R10 vervangt P1, en in de plaats van R7 komen R11, R12 en T5, terwijl ook de aansluiting van P2 en R5 is aangepast. De via R13 toegevoerde spanning be&iuml;nvloed de stroom in de keten met T5 en daarmee de 'stand' van de regelaar.
+
Voor de liefhebbers van automatisering is een versie ontworpen die reageert op een aangeboden regelspanning. Afbeelding 03 toont de wijzigingen in het basisschema die dit mogelijk maken. R10 vervangt P1 en in de plaats van R7 komen R11, R12 en T5. De via R13 toegevoerde spanning beïnvloedt de stroom in de keten met T5 en daarmee de 'stand' van de regelaar.
  
Meestal zal deze regelspanning afkomstig zijn van een schakelaar of relais, en maar twee niveaus kennen ('hoog' en 'laag'), waardoor toevoeging van C3 nodig is om de snelheidsveranderingen geleidelijk te maken. Wilt u ook kortsluitbeveiliging, dan kunt u R9 en T4 toevoegen, zoals in schema 03 is aangegeven.<br clear="all" />
+
Meestal zal deze regelspanning afkomstig zijn van een schakelaar of relais en maar twee niveaus kennen ('hoog' en 'laag'), waardoor toevoeging van C3 nodig is om de snelheidsveranderingen geleidelijk te maken.<br clear="all" />
  
 +
{| class="wikitable" style="font-size: 83%;"
 +
! colspan="5" style="background:#E5E4E2;"| Onderdelenlijst
 +
|-
 +
| style="background: #E8E8E8;"| IC1 ||style="background:#E8E8E8;"| &mu;A741 of LM741 (8-pins) + voetje ||||style="background:#E8E8E8;" | R1, R8  ||style="background:#E8E8E8;"| 2k2
 +
|-
 +
| style="background:#E5E4E2;" width="55"| T1, T4, T5 ||style="background:#E5E4E2;"| BC557B of C ||||style="background:#E5E4E2;" width="80"| R2, R3, R6, R7 ||style="background:#E5E4E2;"| 1k
 +
|-
 +
| style="background:#E8E8E8;"| T2 ||style="background:#E8E8E8;"| BC547B ||||style="background:#E8E8E8;"| R4 ||style="background:#E8E8E8;"| 22
 +
|-
 +
| style="background:#E5E4E2;"| T3 ||style="background:#E5E4E2;"| BD676 of equivalent ||||style="background:#E5E4E2;"| R5 ||style="background:#E5E4E2;"| 270k
 +
|-
 +
| style="background:#E8E8E8;"| P1 ||style="background:#E8E8E8;"| Potentiometer 10k lineair ||||style="background:#E8E8E8;"| R9 (a t/m f) ||style="background:#E8E8E8;" | 1 (minimaal 4 stuks monteren)
 +
|-
 +
| style="background:#E5E4E2;"| P2 ||style="background:#E5E4E2;" width="204"| Instelpotentiometer 100k 10 mm liggend ||||style="background:#E5E4E2;"| R10, R13 ||style="background:#E5E4E2;"| 10k
 +
|-
 +
| style="background:#E8E8E8;"| D1, D3 ||style="background:#E8E8E8;"| 1N4001 of equivalent ||||style="background:#E8E8E8;"| R11, R12 ||style="background:#E8E8E8;"| 470
 +
|-
 +
| style="background:#E5E4E2;"| D2, D4 ||style="background:#E5E4E2;"| 1N4148 of equivalent ||||style="background:#E5E4E2;"| C1 ||style="background:#E5E4E2;" width="245" | 2200 &mu;F, 35 V of twee stuks 1000 &mu;F 35 V axiaal
 +
|-
 +
| style="background:#E8E8E8;"|  ||style="background:#E8E8E8;"|  ||||style="background:#E8E8E8;"| C2 ||style="background:#E8E8E8;"| 100 nF MKT
 +
|-
 +
|style="background:#E5E4E2;" |  ||style="background:#E5E4E2;" | Alle weerstanden &frac14; of &#8539; watt. ||||style="background:#E5E4E2;"| C3 ||style="background:#E5E4E2;"| 100 &mu;F of 220 &mu;F, 25 V axiaal 
 +
|}
 +
<small>Tabel 01</small>
  
 
=== De bouw ===
 
=== De bouw ===
Regel 101: Regel 99:
 
|Bestand= Weistra-print01.jpg
 
|Bestand= Weistra-print01.jpg
 
|Grootte= Klein
 
|Grootte= Klein
|Volgnummer= 05
+
|Volgnummer= 04
|Omschrijving= Koperzijde van de print. Na het solderen van de onderdelen, kunnen<br />de koperbanen tegen oxidatie worden beschermd door middel van<br />een transparante coating of vernislaag.  
+
|Omschrijving= Koperzijde van de print. Na het solderen van de onderdelen kunnen<br />de koperbanen tegen oxidatie worden beschermd door middel van<br />een transparante coating of vernislaag.  
|Bron= Marten Weistra/Rail Hobby<br /><br />
+
|Bron= Marten Weistra/Railhobby<br /><br />
 
|Positie= Links
 
|Positie= Links
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
De voor deze regelaar ontworpen print ziet u in afbeelding 05. Het smalle formaat leent zich goed voor paneelmontage en kan ook samen met, de niet op de print zelf aangebrachte, potentiometer P1 en een ompoolschakelaar in een doosje worden ondergebracht.
+
De voor deze regelaar ontworpen print is te zien in afbeelding 04 (zie voor verkrijgbaarheid onder [[Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie#Meer informatie|'Meer informatie']]). Het smalle formaat leent zich goed voor paneelmontage en kan ook samen met de niet op de print zelf aangebrachte potentiometer P1 en een ompoolschakelaar in een doosje worden ondergebracht.
  
De plaats van de onderdelen voor de basisuitvoering kan worden afgeleid uit afbeelding 05. Het is het handigst om met de kleinste onderdelen te beginnen, en de montage te voltooien met het aanbrengen van de elco's. Voor het aanbrengen van het IC(-voetje), de diodes, de transistoren en de elco's is het van belang op de juiste stand te letten, en ook die is nauwkeurig in afbeelding 05 aangegeven.<br />
+
De plaats van de onderdelen voor de uitvoering als handregelaar kan worden afgeleid uit afbeelding 05, terwijl afbeelding 06 de opbouw van de spanninggestuurde versie toont.
De print kunt u bestellen bij psd.nl (zie:'Meer informatie').<br clear="all" />
 
  
 +
Het is het handigst met de kleinste onderdelen te beginnen en de montage te voltooien met het aanbrengen van de elco's. Let goed op de juiste stand van het IC(-voetje), de diodes, de transistors en de elco's, zoals die in beide afbeeldingen duidelijk is aangegeven.<br clear="all" />
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
|Bestand= Weistra-print02a.jpg
+
|Bestand= Weistra-print02.jpg
 
|Grootte= Normaal
 
|Grootte= Normaal
|Volgnummer= 06
+
|Volgnummer= 05
|Omschrijving= Componenten-opstelling voor de basis-uitvoering als handregelaar (zie: schema 02<br />en tabel 03). R10, R11, R12, R13, C3 en T5 worden weggelaten, terwijl de print-<br />aansluitingen worden uitgevoerd zoals hier getekend.   
+
|Omschrijving= Componenten-opstelling voor de uitvoering als handregelaar (afbeelding 02<br />en tabel 01). R10, R11, R12, R13, C3 en T5 worden weggelaten, terwijl de print-<br />aansluitingen worden uitgevoerd zoals hier getekend. R9 bestaat uit minimaal vier<br />parallel geschakelde weerstanden van 1 ohm (= 0,25 ohm), er is plaats voor zes weerstanden (0,17 ohm).   
|Bron= Marten Weistra/Rail Hobby<br /><br />
+
|Bron= Marten Weistra/Railhobby<br /><br />
 
|Positie= Rechts
 
|Positie= Rechts
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
Bovendien zijn enkele componenten voor de duidelijkheid afzonderlijk te zien in afbeelding 10. Als u de pootjes niet te snel achter elkaar heet stookt, mag IC1 ook rechtstreeks, dus zonder voetje, op de print worden vastgezet. Als laatste monteerd u de draden die naar de voeding, de rails of ompoolschakelaar en, afhankelijk van de gekozen versie, naar P1 of de regelspanningsbron leiden, waarbij het verstandig is deze draden te laten uitkomen in een kroonstrip of andere gemakkelijk los te nemen verbinding. Omdat de regelspanning niet hoger mag zijn dan de voedingspanning van de regelaar zelf (max. 20 Volt), is het aan te bevelen deze direct van de print te halen volgens schema 08, waarin 'S' het (relais)wisselcontact is, en R14 een extra weerstand, die nog ter sprake komt.<br />
 
''Let op de aangegeven, voor deze versie noodzakelijke, verbinding tussen twee van de print-aansluitpunten (zie: afbeelding 07 en 08)''.
 
  
In afbeelding 06 is de plaats te zien van alle componenten, zoals in schema 03 en 04 aangegeven is.<br clear="all" />
+
Bovendien zijn enkele componenten voor de duidelijkheid afzonderlijk te zien in afbeelding 08. Als laatste worden de draden die naar de voeding, de rails of ompoolschakelaar gemonteerd die, afhankelijk van de gekozen versie, naar P1 of de regelspanningsbron leiden, waarbij het verstandig is deze draden te laten uitkomen in een kroonstrip of andere gemakkelijk los te nemen verbinding. Omdat de regelspanning niet hoger mag zijn dan de voedingsspanning van de regelaar zelf, is het aan te bevelen deze direct van de print te halen volgens afbeelding 07, waarin 'S' het (relais)wisselcontact is en R14 een extra weerstand die nog ter sprake komt.<br />
 +
''Let op de voor deze versie noodzakelijke verbinding tussen twee van de print-aansluitpunten (afbeelding 06 en 07).''
  
 +
=== Voeding ===
 +
Door de aanwezigheid van diode D1 kan de schakeling rechtstreeks worden aangesloten op een regelbare rijstroomtrafo (gelijkspanning of wisselspanning), op de extra wisselspanninguitgang (AC) van zo een trafo, of op een passende willekeurige andere transformator. Bij keuze voor een wisselspanningsbron is het opnemen van een bruggelijkrichter tussen voeding en schakeling aan te bevelen. Omdat de hoogte van de rijstroompulsen (en daarmee de snelheid) bij deze niet-gestabiliseerde voedingen varieert met de belasting (hoeveelheid stroom), kan onderlinge beïnvloeding alleen worden voorkomen door slechts één regelaar per trafo aan te sluiten of door de regelaars alleen beurtelings te gebruiken. Deze beperking doet zich niet voor bij gestabiliseerde voedingen; hierbij mogen zoveel regelaars gelijktijdig worden aangesloten en tegelijk gebruikt als de capaciteit van het voedingsapparaat toelaat.
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
|Bestand= Weistra-print03.jpg
+
|Bestand= Weistra-print03a.jpg
 
|Grootte= Normaal
 
|Grootte= Normaal
|Volgnummer= 07
+
|Volgnummer= 06
|Omschrijving= Componenten-opstelling voor de geautomatiseerde uitvoering. P1 en R7 worden niet<br />gebruikt. De print-aansluitingen worden uitgevoerd zoals hier en in afbeelding 11<br />getekend. R9 bestaat uit meer de &eacute;&eacute;n onderdeel. Er is plaats voor zes parallel<br />geschakelde weerstanden van 1 &Omega. Het typeopschrift van T3 is naar de<br />aansluitzijde van de print gericht.
+
|Omschrijving= Componenten-opstelling voor de geautomatiseerde uitvoering. P1 en R7 worden<br />weggelaten. R9 bestaat uit minimaal vier parallel geschakelde weerstanden van 1 ohm<br />(er is plaats voor zes). De bedrading rond de regelspanningsingang is uitgewerkt in<br />
|Bron= Marten Weistra/Rail Hobby<br /><br />
+
afbeelding 07.
|Positie= Rechts
+
|Bron= Marten Weistra/Railhobby<br /><br />
 +
|Positie= Rechts  
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
 +
Voor een zo groot mogelijk regelbereik is het van belang de voedingsspanning niet hoger te kiezen dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid. Dus maximaal 8 volt voor schaal Z, 10 tot 12 volt voor schaal N en TT en voor schaal HO ten hoogste 14 volt. Bij gestabiliseerde voedingen zal de geleverde spanning meestal eenvoudig instelbaar, of in ieder geval aan te passen zijn.
 +
 +
Bij de overige opties ligt het vaak wat lastiger. Een rijstroomtrafo kan met de draaiknop op een geschikte waarde worden ingesteld, maar bij trafo’s met een te hoge vaste spanning moeten een aantal in serie geschakelde diodes (type
 +
1N4001 of equivalent) opgenomen worden tussen de pluszijde van de bruggelijkrichter en de voedingsaansluiting van de print. Per diode wordt ongeveer 0,6 volt 'weggewerkt'.
  
 
=== Afregeling ===
 
=== Afregeling ===
Draai P1 en P2 (deze laatste met een schroevendraaiertje) helemaal rechts-om en sluit de regelaar aan op een nog niet ingeschakelde voeding of rijtrafo en op de rails. Als testtraject kan het beste een ovaal of een rondlopend gedeelte van uw baan worden gebruikt. Plaats een niet te kleine loc op de rails, schakel de trafo in, en voer de spanning op tot ongeveer driekwart van de maximale waarde. Als de locomotief nu nog niet rijdt, gebruikt u naar alle waarschijnlijkheid een ompoolbare rijtrafo en dient deze in de andere rijrichting te worden geschakeld.Nadat met de regelknop van de regelknop van de trafo een realistische topsnelheid is gekozen, wordt P2 ongeveer in de middenstand gezet, en P1 links-om dichtgedraaid. De lok staat dan geheel of nagenoeg stil. De bedoeling is nu dat vanuit deze stand P2 zodanig wordt ingesteld dat, de loc niet alleen net niet rijdt, maar ook niet hoorbaar pulsen ontvangt. Een alternatieve is die, waarbij de loc nog juist wel rijdt, en het stopzetten gebeurt door middel van een tussen regelaar en rails geplaatste ompoolschakelaar met middenpositie.
 
 
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
|Bestand= Weistra-regelaar04.jpg
+
|Bestand= Weistra-regelaar04a.jpg
|Grootte= 200px
+
|Grootte= 245px
|Volgnummer= 08
+
|Volgnummer= 07
|Omschrijving= Aansluiting voor de versie met spanningssturing,<br />waarbij de regelspanning via schakelaar 'S' wordt<br />afgeleid van de voedingsspanning van de print.<br />Met R14 kan het optrekken en afremmen nog<br />extra worden vertraagd. Het tweede en derde<br />aansluitpunt van de print worden met een<br />draadbrug doorverbonden.  
+
|Omschrijving= Aansluiting voor de versie met spanningssturing,<br />waarbij de regelspanning via schakelaar 'S' wordt<br />afgeleid van de voedingsspanning van de print.<br />Met R14 (0..100 k&Omega;) kan het optrekken en afremmen<br />nog extra worden vertraagd. Het tweede en derde<br />aansluitpunt van de print worden met een<br />draadbrug doorverbonden.  
|Bron= Marten Weistra/Rail Hobby<br /><br />
+
|Bron= Marten Weistra/Railhobby<br /><br />
 
|Positie= Links
 
|Positie= Links
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
Voor de met spanning ingestelde versie (volgens schema 04) verloopt de procedure overeenkomstig, alleen wordt nu, in plaats van met P1, gewerkt met de regelspannings-ingang ('B') die voor het instellen van de topsnelheid wordt verbonden met de hoogst toegestane spanning, en voor het afregelen van P2 met het nul-niveau van de schakeling, zoals aangegeven in schema 08. Met de aldaar getekende externe weerstand R14 kan het tempo van optrekken en afremmen naar eigen smaak worden gekozen, waarbij een waarde van 100K als praktische bovengrens kan worden beschouwd, afhankelijk van de stroomversterkingsfactor van T5. Voor nog langzamere snelheidsveranderingen, kan C3 worden verhoogd naar 220 &mu;F/25V. Overigens dient u er bij deze versie op bedacht te zijn dat, ook met een niet aangesloten regel-ingang, uw trein langzaam maar zeker zal beginnen te rijden, tengevolge van het opladen van C3 door de basisstroom van T5.  
+
Draai P1 linksom dicht, zet P2 met een schroevendraaiertje in de middenstand en sluit de regelaar aan op een nog niet ingeschakelde voeding of rijtrafo en een test-ovaal of rondlopend deel van de baan. Plaats een bedrijfszekere loc op de rails, schakel de voeding of trafo in en draai P1 een stukje op. Als de loc niet op gang komt, is mogelijk de voeding omgekeerd aangesloten of is een ompoolbare rijstroomtrafo gebruikt en dient deze in de andere rijrichting te worden geschakeld. Rijdt het model inmiddels wel, draai dan P1 vol open en pas de voedingsbron zodanig aan dat een bij de schaal van het model passende topsnelheid wordt bereikt. De op deze wijze gevonden instelling zal niet veel afwijken van de hierboven onder 'Voeding' aanbevolen waarden, zodat nameten niet echt nodig is. Dat bij niet-gestabiliseerde voedingsbronnen de spanning bij langzaam rijden en stilstaan iets oploopt, is geen bezwaar.
<br clear="all" />
+
 
 +
Als hierna P1 weer linksom wordt dichtgedraaid, zal de loc zeer langzaam rijden of misschien al stilstaan. Ten slotte wordt P2 zodanig ingesteld dat met een klein beetje reserve de loc niet alleen net niet rijdt, maar ook niet hoorbaar pulsen ontvangt. Het potmetertje moet na deze procedure nog steeds dicht bij het midden staan. Schakel bij een duidelijke afwijking de voeding uit, vervang IC1 door een ander exemplaar en herhaal de afregeling.
  
 +
De op spanning reagerende versie gaat op vergelijkbare wijze, alleen wordt nu in plaats van met P1 gewerkt met het aansluitpunt 'B'. Voor het instellen van de schaalzuivere topsnelheid wordt dit punt eerst verbonden met de plus-zijde van de schakeling en daarna, voor het afregelen van P2, met het nul-niveau, zoals aangegeven in afbeelding 07. Met de aldaar getekende externe weerstand R14 kan het tempo van optrekken en afremmen naar eigen smaak worden gekozen, waarbij een waarde van 100 k&Omega; als praktische bovengrens kan worden beschouwd. Voor nog langzamere snelheidsveranderingen kan de waarde van C3 worden verhoogd naar 220 &mu;F. Overigens moet men er bij deze versie op bedacht zijn dat met een niet-aangesloten regelspanningsingang de trein toch langzaam maar zeker zal beginnen te rijden ten gevolge van het opladen van C3 door de basisstroom van T5.<br clear="all" />
  
 
=== Kortsluitproef ===
 
=== Kortsluitproef ===
De goede werking van de beveiligingschakeling wordt gecontroleerd door even kortsluiting te maken tussen de spoorstaven (of, voor de M&auml;rklinisten, tussen een spoorstaaf en de middengeleider). Een rijdende loc zal onmiddellijk stoppen, maar moet weer op gang komen zodra de kortsluiting wordt opgeheven, ook als de overbelasting langdurig is geweest. Tijdens deze proef mag T3 niet worden aangeraakt, omdat dit de schakelsnelheid van de transistor nadelig zou be&iuml;nvloeden, met aanzienlijke warmteontwikkeling als gevolg. Bij een aantal locomotieven met een hoog stroomverbruik, en ook bij het trekken van een aantal rijtuigen met verlichting, kan de beveiliging al direct bij het wegrijden reageren, wat hoorbaar is aan een hoog bijgeluidje uit de motor. Ter vergelijking kunt u het geluid doen ontstaan door twee modellen tegelijk langzaam op &eacute;&eacute;n regelaar te laten rijden. Door aan R9 nog &eacute;&eacute;n of twee weerstanden van 1 &Omega; (Ohm) toe te voegen, wordt de beveiliging ongevoeliger gemaakt.
+
De goede werking van de beveiliging wordt gecontroleerd door even kortsluiting te maken tussen de spoorstaven (of tussen een spoorstaaf en de middengeleider). Een rijdende loc zal onmiddellijk stoppen maar moet weer op gang komen zodra de kortsluiting wordt opgeheven, ook als de overbelasting langdurig is geweest.
 
+
{| class="wikitable"
{| class="wikitable" style="font-size: 83%;"
+
| valign='center'| [[Bestand:Let-op.jpg|50px|center]]<small> '''LET OP'''</small>||valign='top'|'''Tijdens deze proef mag T3 niet worden aangeraakt, omdat dit de schakelsnelheid van de transistor nadelig zou beïnvloeden, met aanzienlijke warmteontwikkeling als gevolg.'''
! colspan="5" style="background:#E5E4E2;"| Onderdelenlijstje
 
|-
 
| style="background: #E8E8E8;"| IC1 ||style="background:#E8E8E8;"| &mu;A741 (8-pins) ||||style="background:#E8E8E8;" width="24"| R1, R8  ||style="background:#E8E8E8;"| 2K2
 
|-
 
| style="background:#E5E4E2;"| T1, T4, T5 ||style="background:#E5E4E2;"| BC557B of C ||||style="background:#E5E4E2;" width="87"| R2, R3, R6, R7  ||style="background:#E5E4E2;"| 1K
 
|-
 
| style="background:#E8E8E8;"| T2 ||style="background:#E8E8E8;"| BC547B ||||style="background:#E8E8E8;"| R4 ||style="background:#E8E8E8;"| 22R
 
|-
 
| style="background:#E5E4E2;"| T3 ||style="background:#E5E4E2;"| BD676, 678, 680, 682 of 684 ||||style="background:#E5E4E2;"| R5  ||style="background:#E5E4E2;"| 270K
 
|-
 
| style="background:#E8E8E8;"| P1 ||style="background:#E8E8E8;"| Potentiometer 10K lineair ||||style="background:#E8E8E8;"| R9 (a t/m f)    ||style="background:#E8E8E8;" width="100"| 1R (zes stuks)
 
 
|-
 
|-
| style="background:#E5E4E2;"| P2 ||style="background:#E5E4E2;" width="191"| Instelpotentiometer 10K 10mm. liggend ||||style="background:#E5E4E2;"| R10, R13 ||style="background:#E5E4E2;"| 10K
 
|-
 
| style="background:#E8E8E8;"| D1, D3 ||style="background:#E8E8E8;"| 1N4001 ||||style="background:#E8E8E8;"| R11, R12 ||style="background:#E8E8E8;"| 470R
 
|-
 
| style="background:#E5E4E2;" width="67"| D2, D4 ||style="background:#E5E4E2;"| 1N4148 ||||style="background:#E5E4E2;"| C1<sup>a</sup>, C1<sup>b</sup> ||style="background:#E5E4E2;"| 1000 &mu;F 35V of 40V   
 
|-
 
| style="background:#E8E8E8;"|  ||style="background:#E8E8E8;"|  ||||style="background:#E8E8E8;"| C2 ||style="background:#E8E8E8;"| MKT, 100nF
 
|-
 
|style="background:#E5E4E2;" width="58"|  ||style="background:#E5E4E2;" width="121"| Alle weerstanden &frac14; of &#8539; Watt ||||style="background:#E5E4E2;"| C3 ||style="background:#E5E4E2;"| 100 &mdash; 220 &mu;F 25V 
 
 
|}
 
|}
<small>Tabel 09</small>
+
Bij een aantal locomotieven met een hoog stroomverbruik en ook bij het trekken van rijtuigen met verlichting kan de beveiliging al direct bij het wegrijden reageren, wat soms hoorbaar is aan een hoog bijgeluid uit de motor. Door aan R9 nog één of twee weerstanden van 1 ohm toe te voegen, wordt de beveiliging ongevoeliger gemaakt.
  
  
Regel 185: Regel 169:
 
|Bestand= Weistra-regelaar05.jpg
 
|Bestand= Weistra-regelaar05.jpg
 
|Grootte= 245px
 
|Grootte= 245px
|Volgnummer= 10
+
|Volgnummer= 08
 
|Omschrijving= Aanzichten en aansluiting van enkele componenten
 
|Omschrijving= Aanzichten en aansluiting van enkele componenten
|Bron= Marten Weistra/Rail Hobby<br /><br />
+
|Bron= Marten Weistra/Railhobby<br /><br />
|Positie= Links
 
 
|Positie= Rechts
 
|Positie= Rechts
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
Er zijn een paar dingen die u moet weten om pulsbreedteregelaars probleemloos te kunnen toepassen. Het belangrijkste verschil met gewone regelaars werd al genoemd, nl. dat ook bij lage snelheden periodiek de volle spanning op de rails staat. Omdat de door de motor opgewekte tegenspanning dan nog erg laag is, resulteert dat in forse stroomstoten, waarbij piekwaarden van driemaal die welke optreden bij het rijden op gewone trafo's geen uitzondering zijn.
+
Er zijn een paar dingen die bekend moeten zijn om pulsbreedteregelaars probleemloos te kunnen toepassen. Het belangrijkste verschil met gewone regelaars werd al genoemd, namelijk dat ook bij lage snelheden periodiek de volle spanning op de rails staat. Omdat de door de motor opgewekte tegenspanning dan nog erg laag is, resulteert dat in forse stroomstoten waarbij piekwaarden van driemaal die welke optreden bij het rijden op gewone trafo's geen uitzondering zijn.
  
Dat dit overigens niet hoeft te leiden tot motorschade, blijkt uit de jarenlange gunstige ervaring die velen al met het rijden op pulsen hebben. Niettemin blijft het raadzaam de hoogte van de voedingsspanning niet groter te nemen, dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid en vooral een stilstaande loc niet langdurig met pulsen te belasten, teneinde de warmteproductie in de motorwikkelingen en op de overgang tussen koolborstel en commutator (de collector) te beperken.
+
Dat dit niet hoeft te leiden tot schade blijkt uit de jarenlange gunstige ervaring die velen al met het rijden op pulsen hebben. Een voorwaarde is wel dat de modellen zijn uitgerust met de gebruikelijke motor met ijzeren anker, want klokankermotoren zoals van Faulhaber zijn totaal ongeschikt voor laagfrequent pulserende voeding. Niettemin blijft het raadzaam de hoogte van de voedingsspanning niet groter te nemen dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid en vooral een stilstaande loc niet langdurig met pulsen te belasten.
  
Een direct gevolg van die grote stroom, is de aanzienlijke kracht waarmee de wielen tijdens het langzaam rijden worden aangedreven, wat bij erg kleine en lichte loc's zichtbaar slippen van de wielen kan veroorzaken. Meestal betreft het langzame rangeerloc's, zodat er geen bezwaar is in zulke gevallen de voedingsspanning nog wat lager in te stellen, om daarmee de slip op te heffen.
+
De meeste bekende pulsbreedteregelaars veroorzaken een zoemtoon in de motor, maar hier horen we bij lage snelheden een meer tikkend geluid. De sterkte ervan hangt af van de constructie van de aandrijving en de daarin gebruikte materialen, van de hoogte van de voedingsspanning en ook enigszins van de schaal. Zo blijken grote en zware modellen meestal het minst rumoerig, maar ook in schaal N of Z is het geluid zelden storend.
  
De meeste bekende pulsbreedteregelaars veroorzaken een zoemtoon in de motor, maar hier horen we bij lage snelheden een meer tikkend geluid. De sterkte ervan hangt af van de constructie van de aandrijving en de erin gebruikte materialen, van de hoogte van de voedingsspanning en ook enigszins van de gebruikte schaal. Zo blijken modellen in de grotere schalen meestal het minst rumoerig, maar ook in schaal N en Z is het geluid zelden storend.
+
De schakeling maakt het in principe mogelijk een trein tot op de millimeter nauwkeurig te besturen. In de praktijk zal dat niet altijd lukken, want er zijn nu eenmaal modellen die ten gevolge van een gebrekkige mechanische opzet (aandrijving, stroomafname) met geen enkele regelaar tot een behoorlijk rijgedrag zijn te brengen. Zeker is wel dat alle modellen, zelfs met perfect materieel en een ideale regelaar, afhankelijk blijven van goed gelegde, schone rails om voorbeeldgetrouw te kunnen rijden met schaalsnelheden van slechts enkele kilometers per uur.
  
Een onderdeel waar u nog mee kunt experimenteren, is de frequentiebepalende condensator C2. De aangegeven waarde van 100 nF levert goede resultaten, maar bij vergroting tot 120 nF of verkleining tot 82 nF kunnen bepaalde loc's nog beter blijken te lopen. Overigens zullen er altijd modellen zijn die, tengevolge van een gebrekkige mechanische opzet, met geen enkele regelaar tot een behoorlijk rijgedrag zijn te brengen. En zelfs met perfect materieel en een ideale regelaar blijven in ieder geval goed gelegde, schone rails een absolute noodzaak voor het rijden met schaalsnelheden van slechts enkele kilometers per uur.
+
Marten Weistra, december 2013.
  
Marten P. Weistra. Oktober 1984.
 
 
 
<small>Op de volgende pagina staat een aanvulling op dit artikel (zie: 'Meer informatie').</small>
 
  
 +
<small>Op de volgende pagina staat een aanvulling op dit artikel (zie: [[Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie#Meer informatie|'Meer informatie']]).</small>
 
{{Linkssectie begin
 
{{Linkssectie begin
 
|Box= AlleenInfo
 
|Box= AlleenInfo
Regel 222: Regel 202:
 
}}
 
}}
 
{{Link intern
 
{{Link intern
|Link= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie (deel 2)
+
|Link= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie naschrift
|Linknaam= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie (deel 2)
+
|Linknaam= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie naschrift
 
}}
 
}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
Regel 229: Regel 209:
 
|Koptekst= Externe website:
 
|Koptekst= Externe website:
 
}}
 
}}
{{Link extern
+
{{Link Algemeen-Meerkeuze
|Omschrijving= psd.nl
+
|Volgnr= 357 <!-- psd.nl -->
|Link= http://www.psd.nl/webwinkel/wwwroot/products.php?group_id=278
+
|ExtraInfo= Losse print voor de rijregelaar.
|ExtraInfo= Losse print voor de rijregelaar
 
 
}}
 
}}
 
{{Linkssectie einde}}
 
{{Linkssectie einde}}
 
 
{{Appendix
 
{{Appendix
 
|1= bron
 
|1= bron
 
|2=
 
|2=
 
* Marten Pieter Weistra
 
* Marten Pieter Weistra
* Maandblad [http://www.railhobby.nl Rail Hobby], 1984, no:10. Met dank aan Ruurd de Jong.
+
* Maandblad [http://www.railhobby.nl Railhobby], 1984, no:10. Met dank aan Ruurd de Jong.
 
|LetterGrootte= 75%
 
|LetterGrootte= 75%
 
|KaderBreedte= 100%
 
|KaderBreedte= 100%
 
}}
 
}}
 
 
 
{{Gerelateerde termen
 
{{Gerelateerde termen
|Termen= Marklin, Maerklin, Mærklin
+
|Termen= Marklin, Maerklin, Märklin
 
}}
 
}}
 
 
{{Voettekst
 
{{Voettekst
 
|Vorige= Seinen aansluiten op wisselspoel
 
|Vorige= Seinen aansluiten op wisselspoel
|Volgende= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie (deel 2)
+
|Volgende= Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie naschrift
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
}}
+
}}{| width= "100%"
 
+
|- valign= "top"
 +
! scope= "row" width="80%" |
 +
| <small><small>Laatste wijziging: 9 okt 2017 12:19 (CEST)</small></small>
 +
|}
 
[[Categorie: Alles|S]]
 
[[Categorie: Alles|S]]
 
[[Categorie: Artikel|Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie]]
 
[[Categorie: Artikel|Snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie]]
Regel 263: Regel 241:
 
[[Categorie: Elektronica analoog|S]]
 
[[Categorie: Elektronica analoog|S]]
 
[[Categorie: Praktijk|S]]
 
[[Categorie: Praktijk|S]]
 +
[[Categorie: Technieken|S]]
 
[[Categorie: Marten Weistra|S]]
 
[[Categorie: Marten Weistra|S]]
 
[[Categorie: Fred Eikelboom|S]]
 
[[Categorie: Fred Eikelboom|S]]

Versie van 19 okt 2019 om 13:09

Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Marten Weistra. Presentatie in deze vorm verzorgd door Fred Eikelboom.



Een goede start met een bijzondere pulsbreedte-snelheidsregelaar
is een eerdere versie van dit artikel, verschenen in Railhobby 84/12.

Inleiding

Een veel realistischer rijden en rangeren met modeltreinen wordt mogelijk zodra een snelheidsregelaar met pulsbreedtemodulatie (PBM) wordt gebruikt, in plaats van de gewone spanningsregelaar of "trafo". Dergelijke PBM regelaars geven steeds de volle spanning aan de rails, maar dan in de vorm van snel opeenvolgende pulsen in een vaste frequentie. Bij langzaam rijden duren die pulsen kort en zijn de tussenliggende pauzes relatief lang, bij hogere snelheden is dit juist omgekeerd.

Het resultaat dat met deze kant-en-klaar gekochte of aan de hand van een publicatie zelf gebouwde apparaten bereikt kan worden, is soms verbluffend. Toch is er, vooral bij de kleinere schalen, dikwijls nog een aarzelend op gang komen en ook de minimumsnelheid waarmee zonder haperen kan worden gereden, is niet altijd zo laag als gewenst.

Frequentie

Weistra-regelaar00.gif
Afbeelding: 01
Twee pulsreeksen met een gelijke relatieve breedte t/T, maar van verschillende frequentie.
Beide spanningsvormen hebben dezelfde effectieve waarde, maar de onderste geeft
de motor meer tijd om in beweging te komen.
Bron: Marten Weistra


Uit experimenten blijkt dat dit gedrag te maken heeft met de frequentie waarmee de pulsen worden afgegeven. Bij de bekende schakelingen ligt deze bijna altijd in het gebied van 50 tot 100 Hz, waarmee voornamelijk wordt bereikt dat de trein, ondanks de in pulsen aangeboden spanning, bij alle snelheden gelijkmatig en zonder schokken rijdt. Maar kiezen we nu de pulsfrequentie een flink stuk lager, dan blijken diverse modellen nog langzamer en gelijkmatiger te kunnen rijden.

Dit fraaie resultaat komt doordat een relatieve pulsduur van 10% bij een frequentie van 20 Hz betekent dat de motor steeds gedurende vijf milliseconden spanning krijgt, terwijl dat bij een relatief even lange puls met een frequentie van 100 Hz maar gedurende één milliseconde het geval is. Het motoranker heeft dus bij lage pulsfrequenties meer tijd om in beweging te komen, terwijl de lange pauzes er voor zorgen dat de gemiddelde snelheid laag blijft (afbeelding 01).

Waarom dan toch altijd een hogere frequentie wordt gekozen, wordt duidelijk zodra de breedte van de laagfrequente pulsen wordt verhoogd: de loc gaat al spoedig zo hevig schokken dat verder versnellen onverantwoord is. Gelukkig is het toch mogelijk van de winst in het gebied van de uiterst lage snelheden te profiteren zonder ongewenste effecten bij hogere snelheden en wel door van een vaste frequentie over te gaan op een frequentie die met toenemende pulsbreedte hoger wordt.

In de Weistraschakeling is dat op eenvoudige wijze gerealiseerd door behalve de pulsbreedte ook de frequentie afhankelijk te maken van de stand van de regelknop of, bij de versie met beïnvloeding door spanning, van de grootte van die regelspanning.

Het schema

Weistra-regelaar02a.gif
Afbeelding: 02
Schema van de regelaar voor handbediening, met beveiliging tegen overbelasting d.m.v R9 en T4.
D4 voorkomt het afslaan van de oscillator.
Bron: Marten Weistra

Het schema van de regelaar voor bediening met de hand is te zien in afbeelding 02. De voedingslijn bevat behalve de afvlakcondensator (elco) C1 nog een diode D1, waardoor de schakeling geen gevaar loopt als de voedingsbron per ongeluk wordt omgepoold of de aansluitdraden worden verwisseld.

De frequentiebepalende oscillator wordt gevormd door de spanningsdeler R1 t/m R3, waarmee twee niveaus worden vastgelegd, verder door C2 die via R5 wordt opgeladen van het lage naar het hoge niveau en door T1 en T2 die, zodra dit hoge niveau wordt overschreden, in geleiding komen en zeer snel, via stroombegrenzer R4, C2 weer ontladen naar het lage niveau, waarna de uitgangssituatie is hersteld en het spel opnieuw begint.

Aldus wordt over C2 een exponentiële zaagtand opgewekt, waarvan de frequentie mede wordt bepaald door de grootte van de laadstroom door R5. Doordat R5 is verbonden met de loper van potentiometer P1 en deze loper een zeker spanningsgebied bestrijkt dat bepaald wordt door de keten P1/R6, R7 en D2, kan deze laadstroom en daarmee de zaagtandfrequentie een factor vijf worden gevarieerd door aan P1 te draaien. Met de componentwaarden uit de onderdelenlijst levert dat een bereik op van ongeveer 20 tot 100 Herz. Van de loper van P1 wordt ook, via instelpotmeter P2, een regelspanning afgeleid. De als comparator geschakelde versterker IC1 vergelijkt deze spanning met die van de zaagtand en stuurt de vermogenstransistor T3 (hier getekend als een gewone transistor maar in feite bestaande uit twee transistoren, een Darlington, twee weerstanden en een beveiligingsdiode in één behuizing) via R8 open gedurende de perioden dat de regelspanning de hoogste van de twee is.

Aan de uitgang van de regelaar (punt 'A') verschijnt dan een reeks positieve spanningspulsen die rechtstreeks of via een ompoolschakelaar aan de rails kan worden toegevoerd. (Voor het rijden met wisselspanning staat een geschikte wijze van aansluiting in het artikel 'Märklin elektronisch...?' in Railhobby 82/3.) De pulsen worden breder naarmate de loper van P1 aan een hogere spanning wordt gelegd en omdat tegelijk de aanvankelijk lage frequentie toeneemt, wordt zowel uiterst langzaam 'kruipen' als een soepele overgang naar snel rijden mogelijk. D3 tenslotte beschermt T3 tegen de door het voortdurend in- en uitschakelen van de rijstroom ontstane inductiespanningpieken.

Kortsluitbeveiliging

Een ander gevaar dat T3 belaagt, is kortsluiting (door ontsporingen, gereedschap op de rails), maar de onderdelen R9 en T4 maken T3 praktisch onverwoestbaar. Zodra namelijk de door de regelaar vloeiende stroom een zekere waarde overschrijdt, zal de over R9 ontstane evenredig grotere spanningval T4 in geleiding brengen, deze schakelt T3 via IC1 onmiddellijk uit.

Door de nu weggevallen stroom spert T4 meteen weer en de regelaar hervat zijn normale functie. Zolang de kortsluiting of overbelasting blijft bestaan herhaalt zich dit snelle aan-uitspelletje. De daarbij optredende zeer kortstondige stroompieken vormen voor T3 geen enkel gevaar. Het is wel noodzakelijk dat de voeding deze stroom kan leveren en hierbij speelt de reservoirfunctie van C1 een belangrijke rol.

Automatisering

Weistra-regelaar03.gif
Afbeelding: 03
Aangepast schema met aansluiting (punt 'B') voor een regelspanning. In plaats van met P1 (afbeelding 02) wordt de
spanning op het knooppunt van R5 en P2 nu gevarieerd door de stroom door T5 te beïnvloeden.
Bron: Marten Weistra

Voor de liefhebbers van automatisering is een versie ontworpen die reageert op een aangeboden regelspanning. Afbeelding 03 toont de wijzigingen in het basisschema die dit mogelijk maken. R10 vervangt P1 en in de plaats van R7 komen R11, R12 en T5. De via R13 toegevoerde spanning beïnvloedt de stroom in de keten met T5 en daarmee de 'stand' van de regelaar.

Meestal zal deze regelspanning afkomstig zijn van een schakelaar of relais en maar twee niveaus kennen ('hoog' en 'laag'), waardoor toevoeging van C3 nodig is om de snelheidsveranderingen geleidelijk te maken.

Onderdelenlijst
IC1 μA741 of LM741 (8-pins) + voetje R1, R8 2k2
T1, T4, T5 BC557B of C R2, R3, R6, R7 1k
T2 BC547B R4 22
T3 BD676 of equivalent R5 270k
P1 Potentiometer 10k lineair R9 (a t/m f) 1 (minimaal 4 stuks monteren)
P2 Instelpotentiometer 100k 10 mm liggend R10, R13 10k
D1, D3 1N4001 of equivalent R11, R12 470
D2, D4 1N4148 of equivalent C1 2200 μF, 35 V of twee stuks 1000 μF 35 V axiaal
C2 100 nF MKT
Alle weerstanden ¼ of ⅛ watt. C3 100 μF of 220 μF, 25 V axiaal

Tabel 01

De bouw

Weistra-print01.jpg
Afbeelding: 04
Koperzijde van de print. Na het solderen van de onderdelen kunnen
de koperbanen tegen oxidatie worden beschermd door middel van
een transparante coating of vernislaag.
Bron: Marten Weistra/Railhobby

De voor deze regelaar ontworpen print is te zien in afbeelding 04 (zie voor verkrijgbaarheid onder 'Meer informatie'). Het smalle formaat leent zich goed voor paneelmontage en kan ook samen met de niet op de print zelf aangebrachte potentiometer P1 en een ompoolschakelaar in een doosje worden ondergebracht.

De plaats van de onderdelen voor de uitvoering als handregelaar kan worden afgeleid uit afbeelding 05, terwijl afbeelding 06 de opbouw van de spanninggestuurde versie toont.

Het is het handigst met de kleinste onderdelen te beginnen en de montage te voltooien met het aanbrengen van de elco's. Let goed op de juiste stand van het IC(-voetje), de diodes, de transistors en de elco's, zoals die in beide afbeeldingen duidelijk is aangegeven.

Weistra-print02.jpg
Afbeelding: 05
Componenten-opstelling voor de uitvoering als handregelaar (afbeelding 02
en tabel 01). R10, R11, R12, R13, C3 en T5 worden weggelaten, terwijl de print-
aansluitingen worden uitgevoerd zoals hier getekend. R9 bestaat uit minimaal vier
parallel geschakelde weerstanden van 1 ohm (= 0,25 ohm), er is plaats voor zes weerstanden (0,17 ohm).
Bron: Marten Weistra/Railhobby


Bovendien zijn enkele componenten voor de duidelijkheid afzonderlijk te zien in afbeelding 08. Als laatste worden de draden die naar de voeding, de rails of ompoolschakelaar gemonteerd die, afhankelijk van de gekozen versie, naar P1 of de regelspanningsbron leiden, waarbij het verstandig is deze draden te laten uitkomen in een kroonstrip of andere gemakkelijk los te nemen verbinding. Omdat de regelspanning niet hoger mag zijn dan de voedingsspanning van de regelaar zelf, is het aan te bevelen deze direct van de print te halen volgens afbeelding 07, waarin 'S' het (relais)wisselcontact is en R14 een extra weerstand die nog ter sprake komt.
Let op de voor deze versie noodzakelijke verbinding tussen twee van de print-aansluitpunten (afbeelding 06 en 07).

Voeding

Door de aanwezigheid van diode D1 kan de schakeling rechtstreeks worden aangesloten op een regelbare rijstroomtrafo (gelijkspanning of wisselspanning), op de extra wisselspanninguitgang (AC) van zo een trafo, of op een passende willekeurige andere transformator. Bij keuze voor een wisselspanningsbron is het opnemen van een bruggelijkrichter tussen voeding en schakeling aan te bevelen. Omdat de hoogte van de rijstroompulsen (en daarmee de snelheid) bij deze niet-gestabiliseerde voedingen varieert met de belasting (hoeveelheid stroom), kan onderlinge beïnvloeding alleen worden voorkomen door slechts één regelaar per trafo aan te sluiten of door de regelaars alleen beurtelings te gebruiken. Deze beperking doet zich niet voor bij gestabiliseerde voedingen; hierbij mogen zoveel regelaars gelijktijdig worden aangesloten en tegelijk gebruikt als de capaciteit van het voedingsapparaat toelaat.

Weistra-print03a.jpg
Afbeelding: 06
Componenten-opstelling voor de geautomatiseerde uitvoering. P1 en R7 worden
weggelaten. R9 bestaat uit minimaal vier parallel geschakelde weerstanden van 1 ohm
(er is plaats voor zes). De bedrading rond de regelspanningsingang is uitgewerkt in

afbeelding 07.

Bron: Marten Weistra/Railhobby

Voor een zo groot mogelijk regelbereik is het van belang de voedingsspanning niet hoger te kiezen dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid. Dus maximaal 8 volt voor schaal Z, 10 tot 12 volt voor schaal N en TT en voor schaal HO ten hoogste 14 volt. Bij gestabiliseerde voedingen zal de geleverde spanning meestal eenvoudig instelbaar, of in ieder geval aan te passen zijn.

Bij de overige opties ligt het vaak wat lastiger. Een rijstroomtrafo kan met de draaiknop op een geschikte waarde worden ingesteld, maar bij trafo’s met een te hoge vaste spanning moeten een aantal in serie geschakelde diodes (type 1N4001 of equivalent) opgenomen worden tussen de pluszijde van de bruggelijkrichter en de voedingsaansluiting van de print. Per diode wordt ongeveer 0,6 volt 'weggewerkt'.

Afregeling

Weistra-regelaar04a.jpg
Afbeelding: 07
Aansluiting voor de versie met spanningssturing,
waarbij de regelspanning via schakelaar 'S' wordt
afgeleid van de voedingsspanning van de print.
Met R14 (0..100 kΩ) kan het optrekken en afremmen
nog extra worden vertraagd. Het tweede en derde
aansluitpunt van de print worden met een
draadbrug doorverbonden.
Bron: Marten Weistra/Railhobby

Draai P1 linksom dicht, zet P2 met een schroevendraaiertje in de middenstand en sluit de regelaar aan op een nog niet ingeschakelde voeding of rijtrafo en een test-ovaal of rondlopend deel van de baan. Plaats een bedrijfszekere loc op de rails, schakel de voeding of trafo in en draai P1 een stukje op. Als de loc niet op gang komt, is mogelijk de voeding omgekeerd aangesloten of is een ompoolbare rijstroomtrafo gebruikt en dient deze in de andere rijrichting te worden geschakeld. Rijdt het model inmiddels wel, draai dan P1 vol open en pas de voedingsbron zodanig aan dat een bij de schaal van het model passende topsnelheid wordt bereikt. De op deze wijze gevonden instelling zal niet veel afwijken van de hierboven onder 'Voeding' aanbevolen waarden, zodat nameten niet echt nodig is. Dat bij niet-gestabiliseerde voedingsbronnen de spanning bij langzaam rijden en stilstaan iets oploopt, is geen bezwaar.

Als hierna P1 weer linksom wordt dichtgedraaid, zal de loc zeer langzaam rijden of misschien al stilstaan. Ten slotte wordt P2 zodanig ingesteld dat met een klein beetje reserve de loc niet alleen net niet rijdt, maar ook niet hoorbaar pulsen ontvangt. Het potmetertje moet na deze procedure nog steeds dicht bij het midden staan. Schakel bij een duidelijke afwijking de voeding uit, vervang IC1 door een ander exemplaar en herhaal de afregeling.

De op spanning reagerende versie gaat op vergelijkbare wijze, alleen wordt nu in plaats van met P1 gewerkt met het aansluitpunt 'B'. Voor het instellen van de schaalzuivere topsnelheid wordt dit punt eerst verbonden met de plus-zijde van de schakeling en daarna, voor het afregelen van P2, met het nul-niveau, zoals aangegeven in afbeelding 07. Met de aldaar getekende externe weerstand R14 kan het tempo van optrekken en afremmen naar eigen smaak worden gekozen, waarbij een waarde van 100 kΩ als praktische bovengrens kan worden beschouwd. Voor nog langzamere snelheidsveranderingen kan de waarde van C3 worden verhoogd naar 220 μF. Overigens moet men er bij deze versie op bedacht zijn dat met een niet-aangesloten regelspanningsingang de trein toch langzaam maar zeker zal beginnen te rijden ten gevolge van het opladen van C3 door de basisstroom van T5.

Kortsluitproef

De goede werking van de beveiliging wordt gecontroleerd door even kortsluiting te maken tussen de spoorstaven (of tussen een spoorstaaf en de middengeleider). Een rijdende loc zal onmiddellijk stoppen maar moet weer op gang komen zodra de kortsluiting wordt opgeheven, ook als de overbelasting langdurig is geweest.

Let-op.jpg
LET OP
Tijdens deze proef mag T3 niet worden aangeraakt, omdat dit de schakelsnelheid van de transistor nadelig zou beïnvloeden, met aanzienlijke warmteontwikkeling als gevolg.

Bij een aantal locomotieven met een hoog stroomverbruik en ook bij het trekken van rijtuigen met verlichting kan de beveiliging al direct bij het wegrijden reageren, wat soms hoorbaar is aan een hoog bijgeluid uit de motor. Door aan R9 nog één of twee weerstanden van 1 ohm toe te voegen, wordt de beveiliging ongevoeliger gemaakt.


De regelaar in de praktijk

Weistra-regelaar05.jpg
Afbeelding: 08
Aanzichten en aansluiting van enkele componenten
Bron: Marten Weistra/Railhobby

Er zijn een paar dingen die bekend moeten zijn om pulsbreedteregelaars probleemloos te kunnen toepassen. Het belangrijkste verschil met gewone regelaars werd al genoemd, namelijk dat ook bij lage snelheden periodiek de volle spanning op de rails staat. Omdat de door de motor opgewekte tegenspanning dan nog erg laag is, resulteert dat in forse stroomstoten waarbij piekwaarden van driemaal die welke optreden bij het rijden op gewone trafo's geen uitzondering zijn.

Dat dit niet hoeft te leiden tot schade blijkt uit de jarenlange gunstige ervaring die velen al met het rijden op pulsen hebben. Een voorwaarde is wel dat de modellen zijn uitgerust met de gebruikelijke motor met ijzeren anker, want klokankermotoren zoals van Faulhaber zijn totaal ongeschikt voor laagfrequent pulserende voeding. Niettemin blijft het raadzaam de hoogte van de voedingsspanning niet groter te nemen dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid en vooral een stilstaande loc niet langdurig met pulsen te belasten.

De meeste bekende pulsbreedteregelaars veroorzaken een zoemtoon in de motor, maar hier horen we bij lage snelheden een meer tikkend geluid. De sterkte ervan hangt af van de constructie van de aandrijving en de daarin gebruikte materialen, van de hoogte van de voedingsspanning en ook enigszins van de schaal. Zo blijken grote en zware modellen meestal het minst rumoerig, maar ook in schaal N of Z is het geluid zelden storend.

De schakeling maakt het in principe mogelijk een trein tot op de millimeter nauwkeurig te besturen. In de praktijk zal dat niet altijd lukken, want er zijn nu eenmaal modellen die ten gevolge van een gebrekkige mechanische opzet (aandrijving, stroomafname) met geen enkele regelaar tot een behoorlijk rijgedrag zijn te brengen. Zeker is wel dat alle modellen, zelfs met perfect materieel en een ideale regelaar, afhankelijk blijven van goed gelegde, schone rails om voorbeeldgetrouw te kunnen rijden met schaalsnelheden van slechts enkele kilometers per uur.

Marten Weistra, december 2013.


Op de volgende pagina staat een aanvulling op dit artikel (zie: 'Meer informatie').


Meer informatie

Encyclopedie:
Externe website:
Losse print voor de rijregelaar.


Bronnen
  • Marten Pieter Weistra
  • Maandblad Railhobby, 1984, no:10. Met dank aan Ruurd de Jong.

Gerelateerde termen: Marklin, Maerklin, Märklin



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

Laatste wijziging: 9 okt 2017 12:19 (CEST)