Tillig VT137 Problem - digital

[Lutz61]

@ateshci
Danke für Deine Ausführungen - man hat mal wieder etwas dazu gelernt wie das mit Motor, Pulsspannung, EMK, .... zusammenhängt.

Damit ist auch klar, das man bei jedem Motor(-typ) diese Einstellungen dazu neu vornehmen sollte - was an den Herstellungstoleranzen liegt. Mit einer einmal gefundenen guten Einstellung dürfte man aber als Richtwert dann gut voran kommen.

Prinzipiell neige ich dazu, dass solches Fachwissen und -diskusionen in Beiträge für sich gehört um es besser zu finden - man kann dann aus einem Beitrag heraus auch dorthin dann verlinken um das jeweilige Thema dann nicht mehr so aufzuweichen und trotzdem alles zu erfahren.

Mit freundlichen Grüßen aus Sachsen
Lutz

 

[krokodil]

Ein paar Bilder:
1. Bild. Minimale Pulsbreite für 12 V als der Motor anfangt zu drehen ( unter Last)
2. Bild. Weniger als 50% Modulation sieht man schon ein wenig den Gegen-EMK
3. Bild. Bei etwa 60% Modulation ist der Gegen-EMK fast 6 V, was verheizt wird.
4. Bild. Maximale Geschwindigkeit der Motor läuft wieder als in DC.

In meisten Dekoders die von Motor generierte Gleichspannung geht ins Kurzschluss, deswegen wird etwas ziemlich heiss.

 

[WolfgangTT]

Nach meiner Meinung ist die Motortreiberstufe des Dekoders in der Tastlücke
hochohmig, die dabei erzeugte EMK ist eine reine Leerlaufspannung und es
fließt kein Strom zurück in den Dekoder.
Trotzdem sehr interessante Oszillogramme.

2. Mit einem herrkömmlichen Messgerät kannst kaum etwas messen, denn der Strom wird durch Kommutator etwa 20-50mal/Sek unterbrochen, und kein Mensch weiß wir reagiert darauf ein Messgerät.

Ein normaler analoger Vielfachmesser mit Drehspulinstrument mißt immer den
arithmetischen Mittelwert, aber die Skala ist bei Wechselspannung
in Effektivwert geeicht, also richtige Anzeige für sinusförmige Verläufe
der Wechselspannung in einem großen Frequenzbereich z.B. 10Hz bis 10kHz.
Bei pulsierenden Gleichspannungen erfolgt die Anzeige als arithmetischer
Mittelwert. Das Messgerät zeigt also vernünftige, vergleichbare Werte an.
Die Kunst des Messens besteht darin, die erhaltenen abgelesenen Messwerte
richtig zu interpretieren, und dazu muß ich vor allem die Eigenschaften meiner
Messgeräte genau kennen.

Mit freundlichen Grüßen Wolfgang

 

[ateshci]

Wegen der Probleme der Erhitzung durch den 'kreisenden' Strom gibt es KEINE Motorendstufe in Decodern, die durch Kurzschluss in der Tastpause den Strom durch den Motor aufrechterhält. Die Drehzahlstabilisierung durch Gegen-EMK-Messung wäre dann auch garnicht möglich. Solche Endstufen findet man in Servomotorkreisen und ähnlichem, wo das Drehmoment gleichmäßig bleiben muss. Deshalb darf der Strom nicht lücken und es gibt eine unterlagerte Stromregelung zum Tacho für die Drehzahl. Messbare Gegen-EMK ist NUR DANN vorhanden, wenn der Stromkreis in der Tastpause offen ist!

 

[krokodil]

Ich war zu faul mein uraltes analoges Messgerät auszugraben, aber mein DVM ist ein TRMS bis 1000 Hz, also sollte schon richtig messen, trotzdem weißt man nicht ganz genau wie ist die Integrationszeit usw. Und die Hitze was im Motor generiert wird (also Energie) ist von die Messwerten nicht ablesbar.
Wenn es kein Strom fliesst zurück, wieso wird der Motor in ein paar Sekunden heiss?
(Ich habe zwei PWM Generatoren, einen mit 6 A Brückenstufe ( wie in DCC) der andere hat nur einen FET am Ausgang und eine Freilaufdiode. Der Motor wurde in beiden Fällen heiss.)

 

[coppy]

..Ein paar Bilder:

Aber irgendwie ist das nicht die EMK, die Du da gemessen hast. Die EMK ist von der tatsächlichen Drehzahl des Motors abhängig.
Bei einem unbelasteten Motor müsste die bei einem Tastgrad von 50% etwas weniger als 50% der Maximalspannung betragen und bei 90% halt etwas weniger als 90% der Maximalspannung. Das kommt aber bei den Bildern nicht so raus. Ich denke das bei Dir die EMK belastet wird und daher zusammen bricht, weil Strom fließt -> höhere thermemische Belastung des Motors (elektrische Bremsung), das hat ateshci bereits beschrieben. Ich würde mal bei der Messung eine Diode in Flußrichtung zwischen PWM und Motor schalten und dann am Motor messen.

Nachtrag: Ist es jetzt nicht die Freilaufdiode, die den Stromfluss aufrecht erhält?

 

[krokodil]

Der Motor ist unter Last ( 120 mA).

 

[ateshci]

Unter der Annahme, dass in der Tastpause die tatsächliche Gegen-EMK im Oszillogramm zu sehen ist, stellt dieser Motor ein Beispiel für ein überlastetes Exemplar dar. Seine Gegen-EMK ( d.h. Drehzahl ) ist so niedrig, dass die durch den zum Aufbringen des Drehmoments nötigen Strom erzeugten internen Verluste zum Überhitzen ( wie ja auch beschrieben ) führen.

 

[krokodil]

Es ist ein standard Motor mit etwa 8700 RPM bei 8 V, also etwa 13000 RPM bei 12 V. Belastbarkeit ist maximum 28V, aber ich bin nicht sicher ob es überleben kann.

 

[krokodil]

1. Bild. PWM 12 V, 50%
2. Bild. PWM 20 V, 50%


Noch ein Test je 5 Min lang bei etwa halbe Geschwindigkeit.
Anfangstemp. Endtemp.
DC 6V 120 mA Last, 26 C. 39 C
PWM, 12 V, 50 %, selber Last: 27 C. 48 C
PWM, 20 V, 50 %, selber Last: 27 C. 58 C

Der Motor ist nicht eingekapselt wie in meisten Lokomotiven, aber hat den selben Last.

 

[coppy]

Wo ist denn die Nullinie ? Am linken Marker?

 

[ateshci]

Nein. Sie befindet sich auf der zweiten Gitterlinie. Wegen der intrinsischen Diode eines MOSFETs bzw. Freilaufdioden wird die nach dem Abschalten der Pulsspannung auftretende negative Spannung ( der Strom durch den Anker soll ja aufrechterhalten werden ) auf ~ -1V geklemmt.

 

[coppy]

Wegen der Probleme der Erhitzung durch den 'kreisenden' Strom gibt es KEINE Motorendstufe in Decodern, die durch Kurzschluss in der Tastpause den Strom durch den Motor aufrechterhält. Die Drehzahlstabilisierung durch Gegen-EMK-Messung wäre dann auch garnicht möglich. Solche Endstufen findet man in Servomotorkreisen und ähnlichem, wo das Drehmoment gleichmäßig bleiben muss. Deshalb darf der Strom nicht lücken und es gibt eine unterlagerte Stromregelung zum Tacho für die Drehzahl. Messbare Gegen-EMK ist NUR DANN vorhanden, wenn der Stromkreis in der Tastpause offen ist!....
Wegen der intrinsischen Diode eines MOSFETs bzw. Freilaufdioden wird die nach dem Abschalten der Pulsspannung auftretende negative Spannung ( der Strom durch den Anker soll ja aufrechterhalten werden ) auf ~ -1V geklemmt.

Das heißt doch letzendlich, dass bei dem hier verwendeten PWM-Regler die EMK in der Tastlücke doch kurzgeschlossen wird.
Weiterhin ist es ja merkwürdig, dass die Spannung dann in der Tastlücke plötzlich wieder ansteigt. Ich hätte während der Tastlücke ganzzeitig die EMK (eventuell etwas sinkend) erwartet. Wird hier der PWM-Regler von Motor gestört?

 

[krokodil]

Wird nichts gestört, wenn der PWM Regler gerade 0 V ausgibt, aber der Motor ist schon in Bewegung, in diesem Zeitraum sehen wir die Spannung die vom Motor generiert wird. Das ist normal bei jedem PWM. Manche Schaltungen nützen diese Eigenschaft für Rückkopplung, denn davon kann man ganz gut messen wie schnell der Motor in der Wirklichkeit läuft.
In meinen Testschaltungen gibt es keine Rückkopplung.

 

[Svies]

Genau so funktioniert die Lastregelung im Decoder, denn einen Drehzahlsensor gibt es nicht. Es wird kurz der Strom "Abgeschaltet", der Motor wird zum Generator, der vom Motor (Generator) kommende Strom wird vom Decoder gemessen. Aus dem gemessenen Strom errechnet der Decoder die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors und kann entsprechend nachregeln.

 

[ateshci]

Es ist offensichtlich, dass die Vorgänge bei der PWM-Ansteuerung von den wenigsten hier Beteiligten verstanden sind. Deshalb mal hier ein Link .
Danach wird's wohl hoffentlich klarer.

 

[coppy]

Gut OK, ich glaube wo mein Denkfehler war.
Der Strom der durch die EMK erzeugt werden könnte fließt nicht durch die Freilaufdiode. Das wäre ja auch eine elektrische Bremsung. Die Freilaufdiode sorgt nur dafür, dass der Strom nach nach der Abschaltung zunächst weiter fließen kann, bis die in der Induktivität gespeicherte Energie verbraucht ist. Erst danach lässt die EMK messen, oder ebend nicht, wenn die Tastlücke zu klein ist (4. Bild #27).
Zum Thema Freilaufdiode habe ich ein etwas skuril wirkendes Video gefunden, was einige Aspekte nochnmals beleuchtet:

und hier wird das noch besser erklärt, was die Freilaufdiode macht und was nicht:

 

[krokodil]

Die Beschreibung auf dem Link ist ziemlich einfach und erklärt kaum etwas für uns Modellbahner (nur Grundprinzipien).
Leider die Wirklichkeit kann sehr komplex sein ( deswegen haben wir in DCC Dekoders viele Einstellmöglichkeiten - CVs).
Die Freilaufdiode ( wie auch auf dem Video) ist mit dem Motor parallelgeschaltet aber in negativer Richtung, also nur die negative Spannung wird kurzgesclossen:
(Auf dem Bild vergrössert).
Also die Spannung auf dem Motor wird nicht zwischen 0 und 12 V springen (wie vom PWM Generator kommt), sondern etwa zwischen -0,7V bis 12V.
In einer Lokomotive die Schaltung ist noch komplexer, denn unsere Motoren müssen in beiden Richtungen laufen , also die Freilaufdiode(n) kann nicht direkt auf dem Motor gelötet werden.
Für unsere klassische Motoren (kein Glockeranker) die Frequenzerhöhung wirkt nur bis etwa 1 kHz und ist ziemlich Motor spezifisch. (Habe ich dutzende Motoren getestet. Einige funktionieren schon bei 300 Hz nicht mehr zufriedenstellend).
Allgemeine Antworten leider gibt es nicht, und kaum jemand testet die Motorüberlastungen (Erwärmung) bei PWM Steuerung.

 

[ateshci]

Wie eine H-Brücke ( die jeder Decoder aufweist ) aufgebaut und angesteuert wird, lässt sich hier vom Einfachen zum Komplexen nachvollziehen.