PBM: hogere spanning, langzamer rijden?

[Ferdinand Bogman]

Het Wohnzimmer Rangierbahnhof wordt bediend met een Roco PBM-regelaar 10727. Deze regelaar wordt standaard gevoed door een kleine adapter. Die heb ik niet; in plaats daarvan gebruik ik mijn Fleischmann trafo 6730.

In de handleiding van de regelaar staat dat je ook bijvoorbeeld de voeding 10725 kunt gebruiken. En wie wil dat nou niet, een “Kraftpaket”

Maar:

“Dabei ist allerdings zu beachten, dass auf Grund der höheren Ausgangsspannung die Lokomotiven etwas zu schnell gegenüber dem Vorbild fahren.”

Oftewel: omdat de voeding een hogere spanning levert, hebben de treinen een hogere maximumsnelheid.

Maar we hebben het hier over PBM. Op basis van wat ik ervan weet neem ik aan dat de hogere spanning ook al wordt afgegeven bij de laagste stand van de regelaar. In de vorm van een (korte) puls, om de motor een zetje te geven. Hoe verder we de regelaar opendraaien, hoe langer de puls. Bij gelijke breedte van de puls is de kracht van het zetje groter bij een hogere spanning.

Ik concludeer dat bij het gebruik van een voeding met een hogere spanning, mijn treinen nóg langzamer kunnen rijden. Klopt dat?

[Bert55]

Pbm is nedelands voor puls with modulation, neem aan dat je dat bedoeld.
Maar met pbm is het  rijgedrag beter dan met een vlakke spanning maar uiteindelijk wordt de snelheid bepaald door de gemiddelde spanning.

Dus dat je met een hogere spanning langzamer kunt rijden klopt in principe niet.

Wel lijkt het me een risico, kan de loc tegen de hogere spanning?

[Klaas Zondervan]

Het
Ik concludeer dat bij het gebruik van een voeding met een hogere spanning, mijn treinen nóg langzamer kunnen rijden. Klopt dat?

Nee, dat klopt niet. Het hangt van de motor af. Een motor heeft een bepaalde minimale pulsduur nodig om los te komen. Verhogen van de spanning helpt daar niet bij.

[Ferdinand Bogman]

Inderdaad Bert, pulsbreedtemodulatie (PBM) is hetzelfde als pulse width modulation (PWM). In dit artikel in de encyclopedie wordt het principe beschreven.

Het gaat me niet zozeer om de snelheid, maar om de minimale regelstand waarbij een locomotief rijdt. Ik heb vooral oudere modellen, waarvan het rijgedrag niet zo goed is als dat van modern spul. Volgens mij komen die bij de laagste stand van de regelaar nog altijd niet in beweging (of dat zo is, zal ik binnenkort eens onderzoeken). In dat geval, dacht ik, zou een hogere spanning van de puls bij die laagste stand misschien ook het “zetje” vergroten en dus de kans dat zo’n oud locje dan al in beweging komt.

Maar volgens Klaas is dat niet zo.

[Bert55]

Nu begrijp ik jouw vraag wat beter, met een hogere spanning en dezelfde pulsbreedte zal de loc wat eerder op gang komen maar dan kun je net zo goed de lagere spanning hebben met een iets bredere puls.

[Ferdinand Bogman]

Zoiets, Bert. In theorie is de totale energie die de puls aan de motor geeft, de hoogte (spanning) x de lengte (tijd). Maar dat betekent volgens mij niet dat een hoge, korte puls hetzelfde effect heeft dan een lage, lange puls. De hoge spanning veroorzaakt een grotere kracht. Daar is het hele idee van PBM op gebaseerd.

Bij bewegen vanuit stilstand moet eerst de statische wrijving overwonnen worden, weet ik nog van de middelbare school. Als de loc eenmaal beweegt, is de dynamische wrijving lager; in beweging blijven kost minder energie. Daar kan die grotere kracht van pas komen. Vandaar dat ik denk: hogere spanning, lagere startsnelheid.

Klaas, kun je dat idee van die minimale pulsduur nog een beetje toelichten?

[Martin Domburg]

Doorgaande is de vuistregel:

Des de lager de voltage, des de langzamer de loc rijd. Echter komt hij moeilijker van zijn plek.

Des de hoger de voltage, Des te harder de loc rijd. Maar dan komt hij wel beter van zijn plek.

Het is vaak even zoeken naar de juiste voltage tussen 15V en 18V waar je locs het mooiste op reageren.

[Bert55]

Ik weet het Ferdinand, ben electronicus van huis uit. Ontwerp zelf, nog steeds ook printen.
Jouw betoog klopt wel maar ik had gezien op welke spanning jouw voeding zit, 16 volt, dat ik toch niet erg veel hoger dan gemiddeld.

[Klaas Zondervan]

Klaas, kun je dat idee van die minimale pulsduur nog een beetje toelichten?

Bij een standaard motortje is er sprake van ankerkleef. D.w.z. dat de ankerpolen worden vastgehouden door de magneetpolen. Je kunt dat voelen als je met de hand een motor ronddraait. Je moet dan steeds wat extra kracht zetten om de polen los te trekken, en dan kleven ze weer op de volgende pool.
Als je er pulsen op zet gebeurt het zelfde. Als de pulsen te kort zijn probeert het anker los te komen, maar voordat het is gelukt is de puls al weer weg. En dan valt hij weer terug op zijn oude positie. Verhogen van de spanning zal in dat geval weinig helpen.
Wat wel helpt is een motor met ijzerloos anker toepassen, een motor volgens het Faulhaber principe, ook wel klokankermotor genoemd. Die hebben een draaiende wikkeling zonder ijzer en hebben dus geen last van de ankerkleef.

[Ferdinand Bogman]

Dan weet je waar je het over hebt, Bert. Ik moet het hebben van twee jaar HTS-E (lang geleden) en wat kennis opgedaan met deze hobby.

Bedankt voor de toelichting, Klaas. Inmiddels heb ik wel wat locomotieven met klokankermotoren, maar daar heb ik nog te weinig mee gereden om een idee te hebben van hun rij-eigenschappen. En het is niet mijn bedoeling veel (oud) materieel te gaan ombouwen.

Martin, jij hebt het over 15 tot 18 volt. Dat is de spanning op een digitale baan, neem ik aan? Of wordt dit door de PBM vanuit de decoder aan de motor geleverd?

Ik rijd dus analoog. In de maximumsnelheid zal het verschil tussen 14V (de Fleischmann-trafo) en 16V (de Roco-voeding) in ieder geval merkbaar zijn. Mijn oude Fleischmann-locomotieven zijn gebouwd voor 14V. Maar andere merken rijden van oudsher op 12V, die zullen dan nog iets méér te hard rijden. Nu wordt in het algemeen niet over het emplacement van het Rangierbahnhof geracet. De regelaar staat zelden helemaal open. Dus wat betreft de maximumsnelheid lijkt het me geen bezwaar om een hogere spanning te gebruiken.

Kruipsnelheid is wél leuk op een Rangierbahnhof. Of ik zo’n “Kraftpaket” ook echt wil inzetten, hangt dus af van wat het effect is op langzaam rijden van mijn oude machines.

[Martin Domburg]

Nee DC input, ook bij analoog.

Dit is gebaseerd op de werking van Dinamo waar ook PWM word gebruikt voor de aansturing van analoge locs.

Wel kun je daar een multiplier toepassen op de PWM. Maar het principe is hetzelfde. Met als enige verschil met de output is dat je 1,2V verlies in stroomdetectie.

Kruipen is absoluut mogelijk. Ooit heb ik een slow driving wedstrijd in schaal N gehouden. De klokqnkers haalden daar ijkmetingen van onder 1 km/h analoog. De winnaar was analoog 0,6 km/h. Dus ja dat kan gewoon.

De loc had wel, zoals Klaas goed aangaf, een klokanker motor.

[Klaas Zondervan]

Ferdinand, je zou ook zelf wat kunnen experimenteren. Je hebt blijkbaar voedingen met verschillende spanningen beschikbaar. Neem een paar locs en laat ze eerst een poosje warm draaien.
Dan zet je de PWM regelaar op verschillende voedingen en op een testtraject van een paar meter ga je klokken hoe lang een loc er over doet bij de laagste snelheid waarmee hij wil rijden.

Overigens vind ik het niet zo belangrijk hoe langzaam een loc kan rijden. Belangrijker vind ik dat hij soepel optrekt en stopt. Dan simuleer je de massa die een echte trein heeft.
Ik weet dat echte treinen ook heel langzaam kunnen rijden, maar in de praktijk doen ze dat zelden. Het heeft weinig nut.

[RetroJack]

Gewoon eens wat proberen met verschillende (ook lagere) spanningen?

_edit;
Klaas was me voor.

[Ferdinand Bogman]

Grappig Martin, een langzaamaanwedstrijd! Dat had ik wel willen zien - zie je dat nog wel, 0,6km/u?

Klaas, je hebt een punt, al gaat het hier wel om rangeren. En ik ga ervan uit dat het optrek- en afremgedrag ook verbetert.

Maar we dwalen een beetje af. Klokankermotoren goed en wel: het gaat mij om het verbeteren van de langzaamrij-eigenschappen van oude locomotieven met driepolige ankermotoren, zoals de Fleischmann-rondmotor. Heeft een hogere spanning effect? Klaas is nu iets minder stellig, lees ik: van “helpt daar niet bij” naar “zal weinig helpen” .

Aan experimenteren denk ik wel, maar de mogelijkheden zijn beperkt. Naast de Fleischmann heb ik wel wat losse trafo’s liggen maar dat is allemaal niet zo veilig, inbouwdingen met losse draden voor de netspanning. En geen regelbare voedingen. (In het snoer van de Fleischmann zit ook al een kroonsteentje .) Zo’n Roco-voeding heb ik dus niet; ik zag dat Noordernet er een aanbiedt. Zo kwam ik op het idee.

[Ferdinand Bogman]

Intussen keek ik nog eens goed naar de specificaties van de regelaar:



Die levert ook max. 18V! Dat is de hoogte van de pulsspanning bij kleine pulsbreedte, neem ik aan. En die zal dan dalen bij hogere standen van de regelaar. Tot de spanning die de voeding levert?

Ik zie dat ik misschien een ander probleem heb: de regelaar kan tot 1,3A leveren. Mijn Fleischmann-bakkie komt niet verder dan 0,5 (7VA bij 14V), volgens de onderkant. Het artikel over de Weistra-regelaar bevestigt mijn herinnering dat, bij gebruik van PBM, stromen kunnen optreden die drie keer de gangbare zijn. Dat zou kunnen betekenen dat de regelaar geen 18V kan leveren bij lage snelheden, omdat de Fleischmann dan bijna is flauwgevallen.