THEMA: Elektronischer Fahrregler - Moba Trafo Ersatz

Hallo,

schau mal da: https://github.com/mc-b/microSRCP/wiki/Steuerungdigital Das ließ sich iirc auch als analoge Steuerung bauen. Da müsstest Du mal suchen, ich habe mir das nur für digital angesehen gehabt.

Grüße,
RF

Hallo,

ja genau sowas in der Art schwebt mir vor - zum Entwickeln ist sicher ein Motorshield mit L298 brauchbar, da gibt es ja mehrere Varianten am Markt.
Die endgültige Schaltung muss dann mit Gegenspannungen und Kurzschlüssen klar kommen, ohne Schaden zu nehmen.

Grüße, Peter W.

Ich bin mit einem Arduino an einem ähnlichen Projekt.
Die Ausgangstufe ist eine H-Brücke mit einem passiven Tiefpass als Filter.
Die H Brücke gibt dann eine polarisiertes PWM Signal aus. Bei einer Tiefen PWM Frequenz hat man dann einen gepulsten Gleichstrom. (Wird zum anfahren von Dreipolern benötigt)

Bei einer hohen PWM Frequenz hat man einen Gleichstrom mit einer sehr geringen Welligkeit. (Für Glockenankermotoren und bei höheren Geschwindigkeiten)

Gruss,
Matthias

Ich habe "Dekoder am Gleis" Endstufen mit AVRs. Diese werden über das Busprotokol synchronisiert, so daß ein Überfahren von Trennabschnitt zu Trennabschnitt immer mit der nahezu gleichen Spannung erfolgt. Unterschiede in der Spannung ergeben sich nur durch die Strommessung, die mit 1 Ohm in der Speiseleitung hängt. Das führt dann dazu, daß bei großer Stromabnahme durch z.B. mehrere Triebfahrzeuge der Zug auf der Trennstelle von 2 Dekodern versorgt wird und dann die Fuhre ein klein wenig beschleunigt. Der Effekt verstärkt sich dann noch, wenn die Freimeldebausteine ebenfalls mit 1 Ohm in der Leitung hängen. Bei Doppel-Dioden-Messung ist der Effekt deutlich geringer.

Ansonsten ist es wie von euch beschrieben: PWM mit Takt zwischen 30Hz und 25kHz ist da alles möglich. Mit passender Software auf dem Dekoder könnte man auch Digitalsignale erzeugen. Diese wären dann auch von Abschnitt zu Abschnitt Synchron. Allerdings nicht als H-Brücke sondern mit positiver und negativer Spannungsquelle wie bei einer Audio-Endstufe. Die Trennstelle ist dann auch nur einseitig im Gleis ( gemeinsame Masse auf allen Abschnitten ). Prinzipiell kann die Endstufe auch mit einer "analogen" Spannung angesteuert werden, was dann aber recht ordentliche Verluste an den Endstufentransistoren verursacht und einer entsprechenden Kühlung bedarf. Das war ja hier nicht gewünscht.

Als weiteres Feature wird noch eine hochohmige Spannungsquelle mit der richtigen Polarität eingespeist um bei stehenden Zügen die Freimeldung weiter messen zu lassen. Einfach einen Transistor vom Portpin angesteuert, der die jeweilige Spannung über 10k einspeist. .

Schaltung ist allerdings denkbar einfach: Symmetrische Transistorendstufe mit Rückkopplung. Wäre für Audio wegen der nichtlinearen Verzerrungen völlig übel. Aber für die Moba ausreichend.

Eine Speisung der Endstufe mit einem Sinussignal wäre aber nicht möglich, da dann die Gegenkopplung "ausrasten" würde.

Schaltplan hab ich nur als "Kritzelwerk". Baumuster existieren eben derzeit nur auf Lochraster...

Falls gewünscht, kann ich ja mal graben, ob ich die Schaltung irgendwo mal scannen kann...

Gruß
Klaus

Wo ist der Bus?

Hallo,

die Idee, das Ausgangssignal per SW umstellbar zu machen, gefällt mir: Sinusoidale Welle mit An-/Abschnittsteuerung, Pulsweitenmodulation mit veränderlicher Frequenz und alternativ Digital.

Grüße, Peter W.

Wenn man diese wirklich aus einer Gleichspannung erzeugen will, dann braucht man leider schon eine ausreichende Kühlung oder man glättet hinter der Endstufe mit einer Drossel, dann hat man aber kaum noch eine Chance auch "digitale" Signale zu erzeugen.

Irgendwas ist ja immer ...

Gruß
Klaus

Ja genau sowas habe ich vor. analog und digital in einem Gerät.Der Ausgang ist ein 1 Bit Digital analog Wandler. Im Prinzip kann man damit jedes beliebige Signal erzeugen.
Für das Digitalsignal muss dann der Tiefpass weggeschaltet werden. Das kann über ein Relais geschehen.
Dann die einzelnen Module mittels CBUS verbinden. Ziel ist eine Universelle Blocksteuerung für den Modulbetrieb.
Belegmeldung kann man auch bequem über die Strohmessung der H Brücke erledigen und funktioniert für DCC und Analogbetrieb.

Gruss,
Matthias

Das ist mir bisweilen nicht gelungen, da die Ströme ja doch sehr unterschiedlich ausfallen. Gerade bei kleiner Fahrspannung und nur noch einer Achse ( 10k ) "merkt" man da nicht mehr viel. Welche Lösung hast Du da konkret verbaut, bzw. wie sind die Erkennungskriterien festgelegt?

Danke
Klaus

Hallo Matthias, hört sich an wie ALAN
bin ja schon weg

Hallo Leute,

irgendwie erinnerern mich die letzten Einträge an die Beschreibung von ALAN...

Aber trotzdem sehr interessant!


Und mit _zwei_ Endstufen, jede für ihren Zweck (analog, digital) optimiert, die wechslseitig nach Bedarf eingeschaltet werden können? So aufwändig/teuer dürfte das nicht sein, oder? Bzw. man könnte sowas doch modular konzipieren oder nur das benötigte bestücken -- ist nur so eine Idee...

Viele Grüße
Michael

PS: Robert / E-Sig hatte die gleiche Assoziation

Angenommen man nimmt nur eine Drossel als Tiefpass, so kann man den mit einem Schliesser (Relais oder Schalter) ganz einfach überbrücken.



Ehrlich gesagt habe ich mich bis jetzt mit der Detektion von Loks zufriedengegeben. Bei 12V gibt es bei 10k gerade mal 1.2mA. Dies ist sicher anspruchsvoll zu detektieren ohne dass es zu Fehlmeldungen kommt.



Die Idee ist die ähnlich. Nur will ich auf CBUS von MERG aufbauen. Da gibt es schon Komponenten von MERG und GCA(Rocrail) und ein Brain braucht es nicht.

Gruss,
Matthias

Und bei vielleicht 3 oder 4 Volt entsprechend noch weniger. Genau an der Stelle bin ich dann gescheitert. Da reichte dann das allgemeine Rauschen in der sehr mit Störstrahlung aller möglichen Frequenzen verseuchten Umgebung aus, mir an jeder beliebigen Stelle eine Falsch-Belegtmeldung zu erzeugen. Daher bin ich wieder auf die Diodenstrecke gegangen.



Wäre mir zu aufwendig. Da wäre ich eher geneigt die Kühlung prinzipiell vorzusehen, was ich auch so praktiziere. Es sitzen jeweils 8 Ausgangstransistoren auf einem Kühlblech. Die "Vermutung" ist hierbei einfach, daß nie alle Endstufen gleichzeitig heizen. Zudem werden die Transistoren dann gleich über das Gehäuse mit der Spannung versorgt (TO220).

Zu Alan: Die Idee ist offenbar schon viel älter, denn sie wird in diversen Hobbykellern schon praktiziert. Eine grafische Oberfläche auch per WEB-Interface bereit zu stellen, bekommt man bei gnome/gtk bereits geschenkt. Die Anwendung wird einfach anstatt gegen einen X-Server gegen einen entsprechenden "anderen" Server gestartet. Das Feature bekommt man geschenkt, man kann es nicht einmal "rauskompilieren"

Gruß
Klaus

Hallo Peter (und andere),

ich habe das einmal überflogen. Richtig, Kurvenform und Phasenlage können für Bocksprünge verantwortlich sein. Wer eine fertige Lösung kaufen will (ich habe gelesen, dass Du genau das nicht lesen willst), der greift zum Heißwolf-Regler. Dort gibt es die Synchronisierung zur Bocksprungvermeidung.

Vor ca. 40 Jahren habe ich eine Phasenanschnittsteuerung in einer Zigarrenkiste gebaut. Transformator -> Graetzgleichrichter -> Thyristor -> Polwendeschalter mit Mittelstellung (Aus). Funktionierte einfach und sicher, keine Probleme. Mehr braucht im Grund kein Mensch. Aber: Wir wollen ja gut langsam fahren, gerade weil uns die Digitaliker immer erklären, dass sie das angeblich besser können. Dabei kochen die auch nur mit Wasser und setzen eine Impulsbreitensteuerung ein.

Die einfachen Impulsbreitensteuerungen mit nur einem NE555 haben ein Problem: Man kann zwar sehr langsam fahren, aber nicht wirklich anhalten. Mit kleinen Schaltungstricks kriegt man das allerdings hin. Bei mehreren Stromkreisen muss man die Multivibratoren synchronisieren. Das geht recht gut, man nimmt einen als Pulsgeber, der alle anderen triggert. (So macht es vermutlich auch der Heißwolf).

Einen Mikrocontroller braucht man nicht. Als der Arduino noch neu für mich war, baute ich trotzdem so etwas experimentell auf: Ein Poti am Analogeingang gibt die Geschwindigkeit vor: 255=Vollgas voraus, 125-130=Halt, 0=Vollgas rückwärts. Ein Timer erzeugt Interrupts in einem festen Raster, ein zweiter Timer dann Pulse mit variabler Breite. Die Impulse wurden über Optokoppler von einem 2N3055 mit Leistung versehen. Mit der Software lassen sich dann Anfahr- und Bremsverzögerungen realisieren. Die Umschaltung der Polarität erfolgte mittels Relais. Eine H-Brücke hielt ich für verzichtbar. Mit einem Arduiono kann man so 4 Ausgangskreise betreiben. (Der Arduino hat zwar nicht so viele Timer, aber man kann ja auch intelligent planen und den variablen Timer auf die Differenzzeit zum nächsten Regler programmieren.)

Ich hoffe, das reicht als Anregung.

Viele Grüße
Zwengelmann

Hallo,

bei An-/Abschnittsverfahren brauche ich eigentlich nur 1 Timer und n Vergleichsregister. Bei 100 Hz kann man das bestimmt in Software machen. Man könnte auch mit einem signed Byte rechnen:
-1 ... -126 = Rückwärts
0 ... Halt
+1 ... +127 = Vorwärts

De facto entspricht das DCC mit 128 FS.

Grüße, Peter W.

Hallo Peter,

ich muss jetzt weg und habe leider in den nächsten Tagen auch keine Zeit für technische Diskussionen, obwohl ich gerade hier größtes Interesse habe...

Der ADC liefert Werte von 0 bis 255. Je nach Poti wird u.U. weder 0, noch 255 erreicht sondern vielleicht nur 5 bis 250. Um den Zug wirklich zum Stillstand zu bringen und eine eindeutige 0 zu haben, würde ich empfehlen, einen breiteren Bereich für "Stillstand" vorzusehen. Exakt die Mitte wird mit einem normalen Poti schwierig zu treffen sein. Alternativ 0 bis Vollgas und Polwendeschalter/-taster. Die Regelkurve bzw. Höchstgeschwindigkeit lassen sich problemlos per Software einstellen.

Viele Grüße
Zwengelmann, der jetzt zum Kunden düsen muss.

Alternativ kann man das Poti auch zum Einstellen der Beschleunigung/Verzögerung verwenden. Dann hat man mit 8 Bit AD-Wandler Auflösung auch keine Probleme mehr und trifft die 0 ganz sicher. Ohnehin erhöht sich der Fahrspaß, wenn man nicht mehr schlagartig auf 0 drehen kann, sondern der Zug mit einer maximalen Verzögerung "langsam" zum stehen kommt. Notaustaste wäre aber zur Verringerung der Aufräumarbeiten dienlich

Gruß
Klaus

Hallo

Beim arduino ,Kann man einfach einen Wert zwischen o und 255 schreiben und das PWM signal wird automatisch generiert.
Der Befehl heisst zwar analogWrite(n) macht aber ein PWM signal.

analogWrite(0)   = null spannung
analogWrite(255) = volle spannung
Die PWM Frequenz kann man auch erhöhen einfach mal googlen.

Gruss,
Matthias

Welche Komponenten des Arduino werden dann für die PWM verwendet?

Ich bastle auch gerade an sowas herum und nutze dafür einen ATMega 32. Die PWM Generierung wird vollständig in Software realisiert.
Fahrrichtungsumschalter, NotAus und diverse Status LEDs für 2 Fahrpulte sind damit problemlos realisierbar.

Die Software ist auch schon fast fertig ... Tests mit HW stehen noch aus...

Grüßle MiScha

Bitte nochmal die Aufgabenstellung (Startbeitrag) lesen. Die PWM-Signale sollen synchron erzeugt werden, damit es beim Wechsel in einen anderen Stromkreis keine Bocksprünge gibt. Spätestens wenn der zweite Arduino dazukommt, musst Du das manuell erledigen.

Grüße
Zwengelmann

Hallo,

die eigentlich Aufgabenstellung ist die Erzeugung einer netzsynchronen, sinusförmigen, gepulsten Spannung mit 50/100 Hz aus Trafo + Gleichrichter ohne Siebung, die pulsweitenmoduliert werden soll - was einer Phasenanschnitt- oder -abschnittsteuerung gleich kommt, um die Kurvenform eines klassischen Modellbahntrafos mit Schleifer-Abgriff nachzubilden.

Für bessere Langsamfahreigenschaften wäre es auch denkbar, einen Trafo mit Halbwellenanfahrt ("MSF", "Vario", "ASS") zu emulieren, indem die 2. Halbwelle von 0 auf 100% hochgefahren wird.

Als Alternative wurde ja die Erzeugung einer pseudoanalogen Gleichspannung dargestellt, indem der für analogWrite() im Arduino-Framework benutze Timer des Atmega so verkurbelt wird, dass die PWM-Frequenz möglichst hoch wird. Dann lässt sich die PWM mit einem Tiefpass (Drossel) glätten. Das hat auch seinen Charme.

Grüße, Peter W.

Hallo,

Die entscheidende Frage ist wie du die Fahrregler miteinander vernetzten willst. Mit dem Arduino kann man alle Lösungen realisieren aber es gibt bekanntlich viele Wege nach Rom.
Um eine wirklich gute Steuerung zu haben muss man aktiv Regeln, also die Spannung und vielleicht sogar den Strom messen.
Mit einer aktiven Regelung der Spannung gibt keine Sprünge, selbst wenn man nicht synchronisiert. Ansonsten jede Halbwelle des Wechselstroms anschneiden, dann ist es automatisch synchronisiert.

Gruss,
Matthias

Hallo,

die Regler brauchen nicht extra vernetzt zu werden, sondern sind ja automatisch synchronisiert.

Grüße, Peter W.

Moin,
ist der Nulldurchgang bei 50 Hz ausreichend genau, um eine PWM von 25kHz zu synchronisieren?
Grüße
Robert

Wenn man sagen wir mal jede 1/10 sec mit einer H-Brücke einen kurzen 25kHz Wechselstrompuls generiert, ist das anwendbar um a) Belegtmeldungen zu haben und b) den Nachbarblock zu synchronisieren?

Der Wechselstrompuls könnte sogar noch einen ganz genauen Zeitpuls enthalten und/oder ein Datenpaket sein.

Gruß,
Harald.

Sorry, wenn ich mich da kurz mit einmische, aber vielleicht hat jemand Erfahrung:

Viele aktuelle digitale Loks fahren ja auch analog bei Gleichspannung. Wie kommen die eigtl. mit einer "PWM-Spannung" klar? Oder ist das ein absolutes No Go?

Danke und Gruß,
Jürgen.

Hallo,

ja, ist ein no-go. Die Reaktion der Decoder auf PWM ist schlecht bis gar nicht, je nachdem wie hoch die PWM Frequenz ist und wie die Analogerkennung im Decoder programmiert ist.

Grüße, Peter W.

Die Decoder laufen meiner Ansicht nach unter PWM mit tiefer Frequenz (sagen wir mal um die 100Hz, was aus dem Trafo nach Gleichrichtung ja auch rauskommt) besser als mit ganz glatter Gleichspannung, weil die Startspannung am Kondensator über den CPU früher erreicht wird. Aber ja, es gibt Decoder, die kommen mit gewissen PWM-Frequenzen nicht klar. Schlimmer ist es allerdings andersrum wenn auf DCC der Decoder meint er hätte +12V= und losrast.

Gruß,
Harald.

Soll dann der Nachbarblock die Gleisspannungen seiner Nachbarn "lesen"?

Das wäre mir schaltungstechnisch wieder zu aufwendig. Ich würde, wenn man nicht ohnehin einen Datenbus in irgendeiner Form verwendet, eine Steuerleitung zum Synchronisieren einplanen.

Ansonsten ist jede Art von getakteten Signalen je nach Analogspannungserkennung der Dekoder ein Risiko für den analogen Betrieb von digitalisierten Fahrzeugen. Manche erkennen "normale" niederfrequente PWM schon als Digitalsignal, andere glauben erst an digitale Steuerung, wenn sie erstmals gültige Daten vom Gleis lesen können.

Für die Auswertung der Gleisfreimeldung setzte ich daher hochohmig eingekoppelte Gleichspannung ein. Die stört niemanden, allenfalls funzeln dann schon mal ein paar LEDs von Steuerwagen so leise vor sich hin. Standlicht?

Die Anforderung an die Synchronität sind ja ohnehin je nach gewünschter Wellenform am Gleis sehr unterschiedlich. Für einen 50 Hz Sinus, also 100 Hz Halbwellen, macht 1ms maximal 10% Spannungsschwankung aus, wenn es gerade bei 50% Regelwert auftritt. Bei 20kHz PWM hat man gerade mal 5us um die 10% Regelabweichung einzuhalten. Könnte aber sein, daß ich da gerade überschlagsmäßig daneben gegriffen habe

Warum wollt ihr eigentlich eine H-Brücke? Da kann ich entweder keine gemeinsame Masse am Gleis verwenden oder muß die Versorgungsspannungen der Fahrregler galvanisch trennen. Vielleicht hab ich da was übersehen? Ich finde eine symmetrische Endstufe mit 2 Versorgungsspannungen da viel einfacher. Aber wie immer ist ja alles Geschmackssache

Gruß
Klaus

Hallo zusammen,

nochmal zur Aufgabenstellung:
Das steht so nicht im Startbeitrag und geht auch gar nicht. Der klassische Trafo hat einen Schleifkontakt auf der Sekundärwicklung und erzeugt ein nicht angeschnittenes, nicht moduliertes Sinussignal.

Zunächst ein paar Anmerkungen zu vorhergehenden Beiträgen:
1.) Das Sinussignal der Elektrizitätsversorger hat eine sehr hohe Präzision. Im europäischen Netz wird die Frequenz mit den Zeitnormalen abgeglichen und in einem Bereich von +/- 20 Sekunden gehalten. Selbstverständlich gibt es kurzfristig Schwankungen, die werden jedoch ebenfalls ausgeregelt. Die Genauigkeit reicht aus, um z.B. Uhren zu betreiben (mancher Wecker hat als Zeitreferenz das Wechselstromnetz).
2.) Von einer PWM-Frequenz von 25kHz kann keine Rede sein. Das ist speziell wegen der Nulldurchgänge auch gar nicht machbar.
3.) Zum Bocksprungproblem kommt es immer, wenn unterschiedliche Techniken zum Einsatz kommen. Wenn jetzt also wirklich der klassische Trafo emuliert werden soll, dann muss die überschüssige Spannung ganz profan verbraten werden, z.B. über einen gekühlten Leistungstransistor.

Ich gehe davon aus, dass die Aufgabenstellung nicht in der Nachbildung des klassischen Transformators liegt (steht so auch nicht im Startbeitrag), sondern in einer möglichst einfachen Bildung von Impulsen aus dem Sinussignal.
- Die einfachste Lösung ist wie schon skizziert eine Dimmerschaltung mit einem Thyristor.
- Komplexere Schaltungen benötigen ein Triggersignal, das sich leicht zentral aus den Nulldurchgängen gewinnen lässt. (Das Spannungsmaximum ist viel schwerer zu erkennen.) Daraus lässt sich mit einem Timerbaustein (z.B. NE555) problemlos ein Zeitfenster zur Steuerung eines Leistungstransistors oder eines Thyristors erzeugen.
- Die ideale Schaltung wäre mit zwei Timerbausteinen und einem Doppelpotentiometer. Der eine Timer erzeugt einen Impuls 5ms nach dem Nulldurchgang, also im Spannungsmaximum. Der zweite wird durch den ersten getriggert und erzeugt einen kurzen Impuls. Dreht man die Impulsbreite auf, verkürzt gleichzeitig der erste Timer die Vorlaufzeit. D.h., das Sinussignal wird mehr oder weniger symmetrisch um das Spannungsmaximum aufgebaut. Damit hat man Qualitäten einer reinen Impulsbreitensteuerung (hohe Spannung auch bei kleinen Geschwindigkeiten) und braucht trotzdem keine Gleichrichtung. Auch zum Bocksprungproblem sollte es nicht kommen.

Ob man die Timer jetzt durch einen Mikrocontroller ersetzt, ist völlig irrelevant.

Viele Grüße
Zwengelmann

Hallo,

das symmetrische Anschneiden ist eine gute Idee!

Ich werde mal eine Testhardware aufbauen, mit H-Brücke, zuschaltbarem Sieb-Elko und zuschaltbarer Glättungsdrossel.
Damit können folgende Betriebsarten getestet werden:
- Anschnitt Sinus
- Abschnitt Sinus
- Symmetrischer An-/Abschnitt Sinus
- PWM Rechteck
- PWM geglättet (pseudo-Gleichspannung)
- DCC

Grüße, Peter W.