Principe discussie keerlusschakelingen

[gvandersel]

Valt mij net op dat de twee MOSFETs met de drain aan elkaar zitten. Hierdoor is als de ene in geleiding is de andere functieloos (blus diode overbrugt de MOSFET). Kan zijn dat de ene set is voor de positieve kant van het signaal en de andere voor de negatieve kant bij een asymmetrisch DCC signaal. Hierdoor moet dan wel de aansturing zowat dubbel uitgevoerd worden. Interessant concept, het bespaart een bruggelijkrichter.

Groet,

Gerard van der Sel.

[Dirk J]

Wat jij beschrijft is ook mijn vermoeden.

Mijn eerste gedachte bij dit stukje schema is dat Lenz er vanuit gaat dat bij het ontstaan van de kortsluiting (bij het binnenrijden van een verkeerd gepoolde keerlus), dat nooit op beide spoorstaven exact gelijk en in gelijke mate gebeurt. In dat geval zal er een spanning op de derde spoel van het trafootje komen, en die kun je gebruiken om de andere vier mosfets te activeren dan de vier op dat moment actieven.

En dan ga ik het "fehlerstrom" verhaal van Maarten begrijpen, maar is er toch eerst een kortsluiting nodig. Alleen wordt bij de LK100 de kortsluitstroom zelf gemeten en bewaakt, die daardoor flink kan oplopen, terwijl hier een inschakelverschijnsel van de kortsluiting wordt gemeten zodat er veel sneller en betrouwbaarder wordt ingegrepen.

[Wim Ros]

Dit lijkt een beetje op het kip en ei vraagstuk.

Wat is er eerder, de kortsluiting of de fehlerstrom.
Dit vraagstuk is eenvoudig op te lossen, het is namelijk de kortsluiting welke het eerste er is.
En voor Maarten, dat deze kortsluiting niet dusdanig ontwikkeld dat de booster of centrale uitgaat is nu precies het doel van de keerlus module. Mij is de werking van het geheel glashelder, en ook wat de werking ervan veroorzaakt.

Groetjes

[Klaas Zondervan]

Het eerste testresultaat, aan de hand van een plaatje.



Ik ben begonnen met gewoon gelijkspanning op de ingang te zetten, 15V in dit geval.

Je kunt nu 4 kortsluitsituaties verzinnen: als de module rechtuit staat geschakeld, dus J naar J en K naar K, dan kun je een kortsluitstroom maken door òf contact 1 òf contact 2 te sluiten.
Als de module gekruist staat geschakeld, dan kun je een kortsluitstroom veroorzaken met contact 3 of contact 4.

Het resultaat van de test is dat dat allemaal werkt, je ziet de ledjes keurig omschakelen. Als hij rechtuit staat brandt de groene led, staat hij gekruist, dan de gele led. Dat blijkt dus precies andersom te zijn als wat in de handleiding staat.
Ook met de universeelmeter gemeten op de uitgang zie je de polariteit omkeren.
Met de plus en de min op de ingang andersom werkt het op dezelfde manier.

Een aparte constatering is dat de spanning op de uitgang slechts 3,5V is. Eerst dacht ik dat de uitgang misschien ge-PWM-d wordt, maar nader onderzoek met de scoop laat zien dat het gewoon een strakke gelijkspanning is.
Wellicht wordt 1 tak van de mosfetbrug niet opengestuurd, maar dat heb ik nog niet onderzocht. Als dat zo is, dan is de vermoedelijke oorzaak dat ik met gelijkspanning bezig ben.

De volgende test wil ik uitvoeren met mijn Permaloogspanning. Dat is een blokvormige wisselspanning die lijkt op digitale spannnig, maar dan zonder digitale informatie

Wordt vervolgd.

[Klaas Zondervan]

Het volgende experiment is achter de rug.

In plaats van de gelijkspanning heb ik nu een blokspanning aangelegd die lijkt op digitale spanning.
De werking is hetzelfde, bij een kortsluiting via contact 1 of 2 schakelt hij naar de gekruiste stand, bij bedienen van contact 3 of 4 naar de rechtuit stand.

Op de uitgang staat nu wel de volle spanning. Het is blijkbaar essentiëel dat er een wisselspanning op staat. Waarom dat zo is, dat wil ik nog onderzoeken.

Tot nu toe heb ik steeds maar 1 van de kortsluitpaden tegelijk geactiveerd, dus gebruik gemaakt van het verschilstroomprincipe.
Voor morgen heb ik twee andere experimenten in gedachte:
1. de foutstroom niet laten ontstaan door een harde kortsluiting, maar via een weerstand, om te bepalen hoe groot de foutstroom moet zijn om de omschakeling te activeren.
2. proberen om de twee stroompaden tegelijk te schakelen, zodat er in principe geen verschilstroom is. Dat moet aan het licht brengen of de module nog een escape heeft om te reageren op de hoogte van de kortsluitstroom.

[Calimero]

Dat je met die blokspanning andere resultaten meet dan met DC is wel logisch omdat de 3e wikkeling op de trafo dan niks doet natuurlijk.
Hoe het precies werkt moet blijken maar die wikkeling zal een functie hebben anders zou het onnodig duur worden.

[Dirk J]

2. proberen om de twee stroompaden tegelijk te schakelen, zodat er in principe geen verschilstroom is.

Het lijkt me een aardige uitdaging om die twee sluitingen exact tegelijk in te schakelen. Als de module zo snel is als hij op basis van de beschrijving zou moeten zijn, lijkt met dat met mechanische schakelaars niet haalbaar. Het zal me niet verbazen wanneer het verschil tussen de twee contacten van een dubbelpolig relais ook veel te groot is.
Ik ben benieuwd naar je oplossing en de resultaten!

[Klaas Zondervan]

@Ronald, ik denk dat je de situatie niet goed begrijpt. Het gedrag van de derde wikkeling heeft niks te maken met gelijkspanning of blokspanning.
Ik heb even een nieuw plaatje gemaakt om het te verduidelijken:



Linksonder komt de voeding binnen, rechtsonder staat een trein op het lusspoor.
De inkomende stroom loopt volgens de rode pijlen binnen via de J-klem, dan via spoel 1, en via de J-klem out naar de trein. Van de trein volgens de blauwe pijlen bij de K-klem weer de module in, via spoel 2 en de K-klem in terug naar de voeding.

Door de spoelen 1 en 2 loopt dezelfde stroom, maar in tegengestelde richting. Ze heffen dus elkaar magneetveld op, zodat er in spoel 3 niks gebeurt.
Ook sprongen in de stroom doen niks, omdat ze tegengesteld werken. En daarbij maakt het niks uit of dat gelijkstroom is, of een blokvormige wisselspanning.

Pas als er een (kortsluit)stroom buitenom loopt zijn de stromen door de spoelen 1 en 2 verschillend, en zal er bij een stroomverandering een spanning in de derde wikkeling ontstaan.

@Dirk: Het is inderdaad mijn bedoeling om de beide stroompaden "synchroon" te schakelen met twee contacten van een relais. Dat is de makkelijkste manier.
De gedachte daarachter is: als het met een relais al niet lukt om de twee contacten gelijk te schakelen binnen de reactietijd van de module, dan moet het wel een ongelooflijk toeval zijn als het via de wielen op een railonderbreking wel lukt.
Of die aanname waar is zal uit de proef blijken waar ik zo aan ga beginnen.

[Calimero]

Klaas, ik snap nu dat ik de onderlinge fase in L1 en L2 fout had, het kwartje begint te vallen.
Het eerder gemaakte vergelijk met een aardlekschakelaar was dus toch zo gek niet als we toen dachten.

[Klaas Zondervan]

Het werkt inderdaad als een aardlekschakelaar, hij kijkt puur naar de verschillen in stroomsprongen. Alleen is hij veel minder gevoelig.
Om te weten hoe groot de verschilstroom moet zijn heb ik in het schema van bericht #244 geen harde verbindingen gemaakt, maar via een weerstand. Optimistisch begonnen met 1k, en steeds lager gegaan tot hij aansprak. Het bleek dat pas bij 22 ohm een omschakelreactie kwam. Bij een voedingsspanning van 14V betekent dat dat de minimale verschilstroom ergens tussen 500 en 600mA ligt.

Vervolgens voor de contacten 1 en 2 de contacten van een relais gebruikt, in de hoop dat die gelijktijdig zouden schakelen. Dat bleek dus niet te lukken, het tijdverloop tussen het sluiten van de twee contacten bleek lang genoeg om de omschakeling voor elkaar te krijgen.

Tenslotte een realistische situatie gemaakt volgens dit schema:

De twee buitenste secties van het stukje spoor zijn direct op de voeding aangesloten, maar wel met verwisselde polariteit.
De middensectie stelt de keerlus voor en zit aan de uitgang van de LK200.
Door er met een wagen over heen en weer te rijden kon ik zien wat er gebeurde. Bij elke passage schakelde de module keurig om.
Deze test uitgevoerd met een losse goederenwagen, maar ook met een rijtuig met stroomafname, dus per kant alle wielen doorgekoppeld.

Hieruit blijkt dat de module steeds een verschilstroom ziet, ook al liggen de railscheidingen voor het oog recht tegenover elkaar (gecontroleerd met de winkelhaak).
Kennelijk is het tijdverschil tussen de twee contacten genoeg om de omschakeling voor elkaar te krijgen.
De conclusie is dat de module, hoewel werkend volgens het kortsluitprincipe, zo razendsnel schakelt dat je van die kortsluiting niets merkt.
Hoe lang die kortsluiting duurt, en hoe hoog de kortsluitstroom oploopt heb ik nog niet kunnen vaststellen. Mijn scoop begint een beetje gaar te worden, en de geheugenfunctie doet helemaal niks meer.

De komende dagen ga ik proberen de schakeling verder uit te pluizen. Dat zal nog een uitdaging worden, omdat er componenten op zitten die weliswaar een opdruk hebben, maar die opdruk levert op google geen resultaat op.
Wordt vervolgd.

[Calimero]

Vaak moet je bij het vinden van onderdelen via google een beetje creatief zijn en het land van herkomst soms schatten.
Goed voorbeeld : Een C547 en een C458 waarbij de eerste een BC547 is en de tweede een 2SC458.
Zulk soort weetjes maakt soms het verschil tussen wel iets vinden en niks vinden.

M.a.w. kunnen wij helpen ?

[Klaas Zondervan]

Je zou inderdaad kunnen helpen. Ik zal ze niet allemaal tegelijk noemen, eerst maar even deze twee:

Opschrift K1FXD en K3WYN, allebei kleine rechthoekige dingetjes met aan elke lange kant 3 pootjes.
Enig idee wat dat kan zijn?

Na vele keren schakelen is het me eindelijk gelukt om een paar kortsluitpieken op de scoop te krijgen. Het heeft de vorm van een ijspegel, de stroompiekwaarde varieert tussen 0,6A en 1,5A. De tijdsduur is ongeveer 5 microseconde.

[gvandersel]

@Klaas (en de anderen)

Dat je uitgangsspanning inzakt bij gelijkspanning en niet bij een blokspanning is te verklaren door de manier waarop de positieve MOSFET wordt aangestuurd. Deze zal bij de gate een condensator hebben zitten die tussen gate en source zit. Bij het inschakelen wordt hier een spanning opgezet, welke bij de wisselspanningscomponent van de uitgang wordt opgeteld. Aangezien je hier gelijkspanning hebt, komt er dus een veel lagere spanning uit.

Groet,

Gerard van der Sel.

[Klaas Zondervan]

Gerard, ik moest je verhaal drie keer lezen voordat het tot me doordrong. Maar ik denk dat het hetzelfde is wat ik eerder verondestelde: door het ontbreken van de andere polariteit wordt één tak van de brug niet opengestuurd.
Verder onderzoek van de schakeling zal dit hopelijk duidelijk maken.

[Calimero]

Bij K1FXD en K3WYN gaat bij mij ook geen lichtje branden helaas .....