Het Skin effect op bedrading onder de modelbaan.

[Martin Domburg]

Ik moet zeggen, de cola rum (lekker goedkoop in Luxemburg) maakt dat ik niet heel inhoudelijk kan reageren op een educatieve manier. (Zover ik dat kan dan)

Maar wat ik me afvraag, hoe verhouden die metingen bij wisselende belasting? Bij een geautomatiseerde modelbaan is de belasting sterk wisselend. Soms rijden er 4 treinen, maar er kunnen ineens meer dan 10 in beweging komen.

En daarnaast, wat is het tijdsverschil tussen de detectie van een goede kortsluiting bij een DCC signaal bij massieve tov soepele aders.

Eigenlijk vind ik de theorie heel mooi allemaal, maar ik richten me meer op het resultaat altijd bij een realistisch bedrijf. Statische testen zijn leuk, maar de realiteit kan anders vertellen.

Groetjes

[spock]

Laten we weer even terug op aarde komen.

Een modelbaan is niets anderd als een laagspanningsinstallatie met een laagfrequentsignaal.

Ga meten en pas, indien nodig,  de wet van Ohm toen en je kunt 99,9% van alle problemen verklaren en oplossen.

Er worden er teveel dingen bij gehaald die er niets mee te maken hebben en daardoor wordt de daadwerkelijke oorzaak verbloemd.

Elektriciteit is geen magie, het is gewoon te berekenen.

mvg spock

[Albert de Heer]

Er worden er teveel dingen bij gehaald die er niets mee te maken hebben en daardoor wordt de daadwerkelijke oorzaak verbloemd.



mvg spock

Oja?  geef eens wat voorbeelden van dingen die er niets mee te maken hebben? En wat is "er" in dit geval?

[Nijboer]

Is er hier misschien iemand met recente kennis van zaken mbt radars.
Die zou wat meer duidelijkheid kunnen verschaffen.

Die zit hier (werk zeer regelmatig met microgolf-zaken in de radar-toepassing  )
Ben alleen bang dat ik zo op afstand er weinig van kan zeggen....

Maar inderdaad, er is ook zoiets als de golfpijp, lees ook wave-guide.
Die waveguides zijn heel specifiek voor een bepaalde golflengte.
Je kan er in de microgolf toepassing makkelijker vermogen mee transporteren.
Dus geen koperverliezen, geen skin-effect.
Dat is eigenlijk de toepassing. Nadeel is dat het enorm duur is.
In de modernere systemen zitten tegenwoordig minder golfpijpen (om andere redenen dan de prijs!)
Ga ik verder niet op door want deze discussie gaat niet over radar, maar over modelspoor.
En in de modelspoor wereld heeft de golfpijp geen plaats.

Overeenkomst met de radar is wel dat je goed moet kijken naar signaalintegriteit.
Er wordt heel veel gedaan om verstoringen buiten de deur te houden.
Dus voedingen goed filteren, EMC reduceren. (Laatst nog een leuke EMC proef gezien
die een collega had opgezet: aftappen van een HDMI kabel. Dat lukt gewoon).

Ik blijf daarom zeggen dat die DCC signalen en weet ik veel wat voor digitale
signalen er nog meer onder die treinplaat hangen, enorm stralen.
Lange stukken draad, lekker langs mekaar, lekker capacitief, maar wellicht ook
wel inductief. Je kan alleen daarom al gekkigheid krijgen.
De apparatuur zit vaak in ABS kastjes, in het radarsysteem is zowat alles afgeschermd.

En het is vrijwel onmogelijk om op afstand te zeggen waar Martin nou mee te maken had.
Ik zeg niet dat het skin-effect flauwekul is, of hier niet speelt, ik denk dat het hooguit
de pulsen kan vervormen zodanig dat deze niet meer begrepen worden.
Meten is weten. En het meten met een DMM wil nog wel. Met een scope wordt al lastiger
(in de zin van niet iedereen heeft een goede scope in de kast staan)
Eigenlijk zou je willen meten met de Spectrum analyzer, welke signalen zijn er waar op te pikken?

Dus helaas, ik kan er weinig duidelijkheid over inbrengen, anders dan dat een modelbaan in het
segment speelgoed zit. Dus het moet goedkoop (tekenend voorbeeld: DCC decoders worden bijvoorbeeld steevast
ESD-onveilig verpakt door de fabrikanten. Ik heb er nog nooit 1 gezien die in de juiste verpakking zit.)
Komt bij dat de installatie onder de baan volledig ongedefinieerd is. Iedereen maakt het zoals ie het zelf wil. 

Dus.... sorry geen antwoorden, alleen verdenkingen 

Groet,
Collin

[spock]

@Albert: Lees de laatste 5 bijdrages en je hebt je antwoord.

mvg spock

[AP3737]

Kleinigheid, denk dat in de tabel links de onderste waarde 100KHz moet zijn?

Ja hebt gelijk 

Bedacht net nog: kan me niet goed voorstellen dat het skin effect zwart-wit is zoals in jouw berekening, lijkt me dat er een overgangsgebied is.

Klopt. Het overgangsgebied gaat echter exponentieel van zwart naar wit, dus behoorlijk snel. Omdat ik een indruk van de grootte van het effect wilde hebben, ben ik voor het (wiskundige) gemak, maar even uitgegaan van een abrupte overgang.

Ik blijf daarom zeggen dat die DCC signalen en weet ik veel wat voor digitale
signalen er nog meer onder die treinplaat hangen, enorm stralen.
Lange stukken draad, lekker langs mekaar, lekker capacitief, maar wellicht ook
wel inductief. Je kan alleen daarom al gekkigheid krijgen.

Helemaal mee eens. Er gebeurt veel meer dan wat de meeste mensen weten (of hoeven te weten)

En het is vrijwel onmogelijk om op afstand te zeggen waar Martin nou mee te maken had.
Ik zeg niet dat het skin-effect flauwekul is, of hier niet speelt, ik denk dat het hooguit
de pulsen kan vervormen zodanig dat deze niet meer begrepen worden.

Ook 100% mee eens.

Wat zijn mogelijke oorzaken van storingen? Ik zal proberen er een paar te noemen.

Star draad versus soepel draad: Soepel draad kan je makkelijk twisten. Door de draden te twisten, zijn ze minder gevoelig voor stoorsignalen, en genereren ze zelf ook minder stoorsignalen. Het twisten van VD25 zal waarschijnlijk niet gebruikelijk zijn.

Aardlussen (ik weet niet of dit wel de juiste term is) tussen de verschillende elektronische componenten. Het is altijd aan te raden verschillende bussen (S88, LocoNet,..) en interfaces (USB, tussen boosters..) galvanisch van elkaar te scheiden. Dus ook gescheiden trafo's.

Lus versus ster: Bij een ster is er altijd maar een weg (heen / terug) tussen booster en gebruiker. Bij een lus zijn er twee wegen, links en rechtsom. Hierdoor zouden misschien looptijd / faseverschillen tussen beide wegen kunnen ontstaan. Zou te berekenen moeten zijn.

Storingen door hoog-frequente signalen. Dergelijke signalen reflecteren bij "onregelmatigheden" in de bekabeling, en zeker aan de uiteinden. Nu zou je kunnen denken dat het DCC-signaal "slechts" 10Khz is, of met een aantal harmonischen misschien 100Khz, maar dat is niet wat er uit de gemiddelde centrale / booster komt. De meeste centrales / boosters genereren ook nog veel hogere harmonischen, die we eigenlijk niet nodig hebben, maar die er wel uitkomen en voor allerlei storingen kunnen zorgen. Mijn hypothese is dat de kwaliteit van de H-Brug in de centrale / booster veel bepalender is voor kwaliteit van het DCC signaal op de baan dan de meeste mensen denken. Als er interesse is, zouden we dat thema misschien in een apart draadje kunnen uitwerken.

Groet, Aiko

[spock]

@Albert: Lees de laatste 7 bijdrages en je hebt je antwoord.

mvg spock

[Montanbahn]

Star draad en twisten.

Even ter overweging.
Ik werk in de ICT en heb veel met data overdracht te maken (netwerken ect). Heeft iemand zich wel eens afgevraagd waarom dat de netwerkkabels, naar mate de data transfer snelheid en dien ten gevolge ook de hoeveelheid data groter wordt, de kabels van UTP naar SFTP zijn doorgeevalueerd? UTP staat voor Unshielded Twisted Pair en SFTP voor Shielded Foiled Twisted Pair. Datakabels zijn (in elk geval als netwerkkabel) massieve aders die per paar getwist worden. Om bij hogere snelheden en grotere hoeveelheden data vervorming (ruis, ect) te voorkomen, worden deze van een foliemantel voorzien. Eerst alleen om de getwiste paren, later ook nog om de totale set van 4 getwiste kabels en, last but not least, de aardmantel om de kabel wordt bij voorkeur op ten minste 1 plaats daadwerkelijk met aarde verbonden (gebeurt normaal op het patchpaneel). Voor Cat 7 zijn er zelfs ook geaarde wallplates en connectors.

Daarnaast hanteren we een maximale lengte van 100 meter. Alles daarboven wordt glas datakabel. Dit omdat er boven de 100 meter een dermate vervorming van het signaal kan optreden waardoor de kabel in feite nutteloos is. Die ligt er immers voor de dataoverdracht.
Cat6 mag tegenwoordig gewoon in kabelgoten waar ook voedingskabels in liggen voor pompn, kleppen ect.. Dat is behoorlijk goed afgeschermt. Wanneer je dus Cat 6 SFTP gebruikt voor data-signaal overdracht (oa bij S88-N) dan kan dat gewoon gebundeld met alle andere draden. Loconet zou je theoretisch dezelfde kabel voor kunnen gebruiken, maar is veel moeilijker op de stekker te krimpen omdat je niet alle aders gebruikt. Die is dus handiger gescheiden te leggen.

[MOVisser]

Ook ik (als leek....) meldt me weer.

Ik heb mijn gedachten voorgelegd aan schoonzoon (doet niet aan treinen, maar werkt bij AME Eindhoven)
Antwoord is dan ook algemene van aard.
Wat hij aangeeft zal bij het ontwerp van de componenten best wel rekening mee gehouden zijn.

Ronald Visser

-------------------------------------------------------------------------
Gestelde vraag:
Op het treinen-forum wordt ineens de term “skin effect” gehanteerd.
Echter het wordt nu gehanteerd om storingen in de elektronische opstelling van de treinbesturing te verklaren.
Op basis van mijn kennis zou dit niet kunnen gaan optreden in de treinenwereld, omdat we hier met lage frequenties werken
Door de vele aansturingen en terugmeldingen zou dit (kunnen) optreden.

Mijn vraag aan jou:
Is het realistisch dat dit optreedt bij te dunne leidingen?
Is het daarom noodzaak verbindingen (draden) te verzwaren?
Hebben jullie als AME daar mee te maken
         en houden jullie met het ontwerpen van componenten er rekening mee dat dit kan optreden?
Voorkomen van lange verbindingen?

Groet
Ronald Visser
-------------------------------------------------------------------------

Ben ik weer met mijn drinkwater filosofie.

Afsluitweerstanden
Water
Bij persleidingen of zelfs in de drinkwaterleiding thuis heb je soms last van waterslag.
Wasmachine stoot de kraan dicht (Knal in de muur….) Er gaat een druk door het netwerk.
En die soms heen en weer kan lopen over de persleiding tussen pomp en eind van de leiding en tegemoet komende golven versterken of verzwakken. Kan ook bij een lange file en auto voegt in. Veel automobilisten gaan dan remmen omdat ze niet de juiste snelheid van de file aanhouden.  Bij het remmen van dat voertuig, gaat de auto erachter ook remmen en zo ontstaat een remeffect (drukgolf) in de file die zich razendsnel door de file naar achteren doorzet (gevolg stilstaande auto`s).

Elektronica
Wanneer een signaal drukgolf aan het einde van een kabel aankomt zal deze (wanneer de kabel open gelaten is, geen goede verbinding heeft of kortgesloten is) geheel gereflecteerd worden. Hierdoor ontstaat op de kabel een mengsel van heen- en teruggaande drukgolven, Het signaal wordt hierdoor vervormd, en er gaat signaalvermogen verloren. Dit geldt des te meer aangezien – in de meeste gevallen – het optreden van staande golven gepaard gaat met hogere of lagere spanning dan normaal, en het vermogen kan evenredig met het kwadraat van de spanning dalen. Afsluitweerstanden is één van de remedies (zie ook *)

Samenvatting van antwoord op mijn mail naar schoonzoon (AME Eindhoven)

Skin effect is met name van toepassing op hele hoge frequenties (MHz). Ik kan mij niet voorstellen dat dit van toepassing is in de modelbouw en treinbanen.

Voor betrouwbare communicatie over langere afstand gebruiken we meestal:
•   Stroom aangedreven signalen, plaatsen van afsluit weerstanden*)
•   De spanning val over de kabel mbv de draad weerstand uitrekenen;
•   Zorgen voor signaal filtering aan de ingang.

Lange en dunne draden kunnen eerder last hebben van spanningsverschil door de draad en contact weerstand, en mogelijk ook door overshoot **)  op signalen door de inductieve werking van de draden. Dikkere draden hebben lagere weerstand en inductie en daardoor minder spanning verlies.
Tevens zorgen we veelal voor
•   Het leggen van stroomkringen voor plus en min (aarde, gnd)
•   Zorgen voor goede scheiding van signaal en power ground (geïsoleerd aanleggen)
(e.g. Als een trein over een baanvak rijd trekt deze stroom waardoor er een spanning over de draad komt te staan (power en gnd). Als signaal gnd over zelfde draad gaat, gaat dit signaal dus ook omhoog).
•   Zorgen voor een goede signaal definitie (e.g. <1V = laag; >4V=hoog)

Filososofie over de aansturing:
•   Bij langere afstanden gebruik maken van signalen die hiervoor geschikt zijn. Bijv. stroom gedreven signalen (4mA = Laag en 20mA is hoog) of robuste communicatie protocollen zoals RS485, CAN, Ethernet.
•   Voor een treinbaan zou je bijvoorbeeld een RS485 bus langs de hele baan kunnen leggen met locale nodes (esp32 of arduino module) die dan lokaal de sensoren uitlezen en actuator bedienen zodat je hier korte kabels hebt (30cm)

=================================================================================
*)
Uit DTS Handleiding I-train control
Werkt de virtuele interface alleen met de door DTS aangeboden producten? 
Nee, elke USB LocoNet interface is geschikt. Zolang deze een afsluitweerstand (termination) heeft en een 12V stabiele voeding voor de bus.;
**)
Wikipedia:  in electronics, overshoot refers to the transitory values of any parameter that exceeds its final (steady state) value during its transition from one value to another. An important application of the term is to the output signal of an amplifier. Usage: Overshoot occurs when the transitory values exceed final value.

[AP3737]

Hi Ronald

Zover ik kan beoordelen, klopt alles wat je schrijft.

Skin effect is met name van toepassing op hele hoge frequenties (MHz).
Ik kan mij niet voorstellen dat dit van toepassing is in de modelbouw en treinbanen.

Alleen hier wil ik een vraagteken bij zetten (ik zeg niet dat ik het beter weet!). Ja, het klopt dat het DCC signaal op ruwweg 10Khz werkt. Om deze ook als blokgolf te kunnen decoderen, moeten we nog wat hogere harmonischen meenemen. Zeg dat we aan 100Khz genoeg hebben. Skin effect zal op die frequenties wel meetbaar zijn, maar waarschijnlijk niet veel invloed hebben. So far so good.

Waar volgens mij wel een probleem kan zitten, is dat de H-Brug (eindtrap) van de centrale / booster veel sneller schakelt dan dat we nodig hebben. De H-Brug genereert dus ook veel hogere frequenties (harmonischen) dan 100 Khz., waarschijnlijk vele MHz. Hoeveel wordt o.a. door de "slew-rate" van de H-Brug bepaalt. De slew-rate is de snelheid waarmee het signaal kan veranderen, uitgedrukt in Volt per microseconde. Alternatief zie je ook wel de termen Output Rise Time. Bij een moderne driver IC, zoals de DRV8474, is deze Output Rise Time 150ns. Om van 10% tot 90% van het signaal te stijgen, doet deze H-Brug dus in 150ns. Als je een spectrum analyser op de uitgang van dit IC zet, zie je dus signalen van meerdere MHz. Alhoewel we voor DCC deze hoge frequenties niet nodig hebben, komen ze wel uit de centrale / booster, en kunnen zich als storingen manifesteren. Deze stoorsignalen hebben wel last van reflecties, waarover je schoonzoon het heeft.

Groet, Aiko

[Bert55]

Aiko, je hebt een mooie berekening gemaakt met kortweg de conclusie dat het skin effect marginaal is. De hogere harmonischen geloof ik ook wel, er zit capaciteit genoeg in een baan die dat dempt lijkt me.

Al met al een interessante maar lange discussie waar de gemiddelde modelspoorder zich niet druk over hoeft te maken.

“Gewoon” fatsoenlijke bekabeling toepassen, bij voorkeur in ster al zal dat lang niet altijd praktisch zijn. Geen gesloten ringleiding gebruiken ivm met looptijdverschillen, kabel dik genoeg waar dat moet. Liefst meeraderig, ook makkelijker te verwerken, zaken gescheiden houden en geen spaghetti onder de baan.

Wel verstandig om op verschillende plekken op de baan met een scoop te kijken of het DCC signaal er braaf uit ziet (heb ik zelf nog niet gedaan ondanks dat ik een 200MHz scoop heb.   

[MOVisser]

Helemaal mee eens.
Twee voeten op de grond.

Wij zijn met zijn allen, en blijven dat wellicht ook, gebruikers.
Veel van de componenten en onderdelen zijn door derden ontworpen en op de markt gebracht.
Wij knopen die samen tot een treintafel of module.

Ook hier geldt lees eerst de gebruiksaanwijzing, plan je werkzaamheden en schaf de juiste materialen en gereedschappen aan.

Toch een probleem?
Juist daar is dit forum voor.

[henk]

Over looptijdverschillen en al of niet gesloten ringleidingen zijn ook al draadjes volgepraat. Ook dan is de conclusie op den duur dat het op de doorsnee zolderbaan geen bal uitmaakt.

[meino]

Dat ben ik met Henk eens. Op Kranenberg, totale lengte van de ring ongeveer 18-20m, is de ring gesloten. Tot nu toe nog nooit iets van gemerkt dat dat problemen geeft. Toen ik begon wist ik nergens iets vanaf, en ben gewoon maar begonnen. Later kwam ik allerlei artikelen tegen waar in sterk gewaarschuwd werd tegen een gesloten ring. Ook zou je de DCC bus moeten termineren met een afsluit weerstand, ook nooit gedaan. Kortom alles was fout volgens deze deskundigen. Gelukkig kwam de ratio snel weer terug, "If it ain't broken, don't fix it" zou een oud baas zeggen en daar heb ik me maar aan gehouden.

Groet Meino

[Ben]

Als welkome afleiding van het schilderen van de buitenboel heb ik vanmorgen in serie met m'n DCC datalijn voor o.a. m'n 4 stuks OC32 decoders twee stukken 7m massief 2,5 kwadraat gezet. De DCC lijn hangt rechtstreeks aan de YD7001 centrale terwijl m'n treinen op een 3A booster rijden.

In Koploper een vaste route gemaakt voor een losse lok als treinstel waarin tenminste 16 wissels zo af en toe "om" moeten en de nodige seinen. Het initialiseren van seinen en wissels (65 adressen) bij de start van Koploper gaat sowieso al probleemloos. Toch voor zekerheid de spooktreinmelding aangezet (waardoor bij eventueel falen van een wissel de boel plat gaat) en gaan.

Twee keer even boven wezen kijken maar helaas  , het blijft rijden. Nix noppie problemen, het marcheert. Na een kleine 2 uurtjes was het wel genoeg en heb ik de boel uitgezet. De lok was trouwens goed op temperatuur..... 

Zonet opnieuw de boel opgestart en nu in het gewone automatisch bedrijf met alle op de baan staande treinen. Er rijden er max. 5 tegelijk maar meestal twee of drie en het gaat crescendo. Na een half uurtje (warm op zolder) had ik het wel gezien. Mijn conclusie is dat op mijn zoldertje er geen effect van DCC data verminking door massief 2,5 kwadraat koper.

Over een gesloten ringleiding: die had ik op m'n vorig baantje Frotterdam, de zolder rond. Dat looptijdverschillen verhaal is wat mij betreft een broodje aap verhaal.

Wel verstandig om op verschillende plekken op de baan met een scoop te kijken of het DCC signaal er braaf uit ziet (heb ik zelf nog niet gedaan ondanks dat ik een 200MHz scoop heb.   

Dat lijkt me overbodige interessantdoenerij , maak het niet te gek zou ik zeggen, het is maar een modelspoorbaantje. 

Gr, Ben.