- Offizieller Beitrag
Thema: Unterschied zwischen elektr. + elektron. Steuerung
taiga007
Datum:21.01.04 23:03 Antworten Zitieren Empfehlen
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Hallo zusammen,
neulich fragte meine Mutter meinen Vater und mich nach dem Unterschied zwischen elektrischer und elektronischer Steuerung. Bei der Elektrischen ist das ja klar, dort wird die Spannung über Widerstände reduziert und in Wärme umgewandelt, aber wie ist das bei der elektronischen Steuerung (von der ich recht wenig Ahnung habe)?
Meine Vorstellung war immer die, dass eine Art Transistor das Herzstück bildet. Die Elektronen fließen durch einen Elektronenkanal, an den Seiten ist ein B-Feld. Je stärker das B-Feld wird, desto mehr Elektronen sammeln sich links und rechts am Rand des Kanals und hemmen somit den Elektronenfluß bis hin zum Verschluß des Kanals. Das müsste dann ja bedeuten, dass direkt bei Einschalten der Stromzufuhr das B-Feld blitzartig aufgebaut wird und der Kanal zu ist (vorausgesetzt der Regler steht auf 0). Je weiter ich den Regler aufdrehe, desto geringer wird das B-Feld und desto mehr Elektronen fließen durch den Kanal...
Liege ich mit meiner primitiven/vereinfachten Vorstellung da richtig, oder funtkioniert das alles ganz anders?
Gruß
Tobias
Winfried_Engel
Datum:22.01.04 12:40 Antworten Zitieren Empfehlen
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Hallo Tobias,
nachdem Deine Frage "drüben" auch schon seit Dezember auf Antwort wartet, will ich mich mal erbarmen. Auch wenn ich absolut kein Fachmann in Sachen Elektronik bin und z.B. keine Ahnung habe, was ein "B-Feld" ist.
Ich habe mir es mal so erklären lassen:
Wenn man bei der elektrischen Schaltung nur ganz kurz auf 1 und dann wieder auf 0 schaltet, wird sich das Fahrzeug nur ganz wenig bewegen. Dann wieder kurz 1, dann 0 usw., dann kann relativ feinfühlig rangiert werden. Genau das macht die Elektronik. Je nach Reglerstellung kürzere oder längere Zeiträume volle Pulle Strom und dann wieder 0. Bei voller Reglerstellung dann nur noch 1. Daher arbeitet diese Steuerung im Gegensatz zu den Widerständen nahezu verlustfrei.
So, und die bisher schweigenden Fachleute können jetzt auch noch Ihre Meinung zum besten geben.
Grüße vom Winfried
Ich fahre auf Spur 7 (Regelspur)
Christoph
Datum:22.01.04 20:05 Antworten Zitieren Empfehlen (c.mittermeier@gmx.de)
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Hallo,
das ganze nennt sich Impuls-Breiten-Steuerung, weil bei einer festen Frequenz / Periodendauer die Länge des Impulses zur Länge der Pause verändert wird.
Im Steuerteil wird dies meist mit einem Mikrocontroller realisiert und auf der Leistungsseite mit MOSFET-Transistoren. Diese Transistoren haben im durchgeschalteten Zustand einen sehr kleinen Innenwiderstand und können dadurch sehr hohe Ströme schalten. 50-80 Ampere sind bei diesen Dingern gekühlt ohne weiteres drin. Wenn dieser Strom nicht ausreicht werden einfach mehrere dieser Transistoren gleichen Typs parallelgeschaltet, was durch eine leistungslose Ansteuerung dieser T´s ohne Probleme möglich ist.
Um Vorwärts- und Rückwärts-Fahren zu können werden vier Transistoren zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet so das die Spannung am Motor umgedreht werden kann.
Zur Impuls-Breiten-Steuerung:
Angenommen die komplette Periodedauer beträgt 1 Millisekunde, entspricht einer Frequenz von 1000 Hertz so sind bei Nullstellung des Reglers die gesamte Millisekunde auf 0 Volt d.h. Transistor gesperrt => kein Stromfluss => Lok steht. Dreht man nun den Regler etwas auf wird z.B. 0,1 ms der T durchgeschaltet und 0,9 ms gesperrt => Lok fährt langsam. Je weiter man nun den Reger aufdreht verschiebt sich die Zeit in der der T durchgeschaltet ist zu Lasten der gesperrte ( die 1 ms bleibt konstant)bis hin zur kompletten ms durchgeschaltet und die Lok wird immer schneller.
So, ich hoffe das ich in dieser kurzen Erklärung nicht zuviele Fachbegriffe verwendet habe.
Die Fahrregler im Schiffs-, Auto- und Flugmodellbau sind genau so aufgebaut.
Dort lassen sich auch weiter Informationen über dieses Thema holen.
Bei Bedarf kann ich Euch auch den Schaltplan eines Auto-Fahrreglers als PDF mailen.
Gruß
Christoph
Gruß Christoph
und immer genug Wasser im Kessel
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panki
Datum:22.01.04 20:50 Antworten Zitieren Empfehlen (kpankraz@web.de)
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..hier auch mal mein "Senf" zum Thema Steuerung ( so wie ich es als Mechaniker verstanden hatte):
Es gab früher auch elektron. Steuerungen, welche über Transistoren , wie anfangs beschrieben, über die Spannung die Geschwindigkeit des Motors einstellten. Diese waren auf riesen Kühlkörper geschraubt und konnten mittels Poti ( über eine einstellbare ) Steuerspannung angesteuert werden. Gab es vor ca. 4-5 Jahren noch bei Maxitrac.
Inzwischen sieht man aber nur noch die angesprochene Impuslbreitensteuerung.
Schau mal den Beitrag über Regler von "4qd" an, dort ist auch ein Link zum Hersteller, welcher die Funktionsweise sehr gut erklärt.
Gruss von panki
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Stephan_A
Datum:22.01.04 23:37 Antworten Zitieren Empfehlen (stephan_ame@web.de)
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Hallo,
hier auch der versprochene Senf, wenn auch schon einiges erklärt wurde:
Erstmal:
Strom FLIEßT (wie Wasser), oder halt praktisch nicht, z.B. in Luft (wie Wasser in einem abgeschlossenen Rohr)
Spannung (oder besser ein Spannungsunterschied) LIEGT AN (wie ein Druckunterschied, z.B. links und rechts vom Kolben oder vom Rohrende), oder halt nicht (wie gleicher Druck -z.B. Umgebungsdruck- an beiden Rohrenden)
Nur mal vorab, damit die folgende Mühe nicht ganz für den Oarsch ist!
Zunächst die Grundprinzipien (näherungsweise):
Die Motordrehzahl bei den üblicherweise verwendeten preiswerten Gleichstrommotoren ist proportional zur angelegten Spannung -und nimmt zusätzlich proportional mit dem abgenommenen Drehmoment ab, was z.B. bei Modellbahnen eher unerwünscht ist und bei LGB schon peinliche Ausmaße annimmt- allerdings da auch wegen dem Trafo-Widerstand.
Der aufgenommene Strom ist proportional zum abgenommenen Drehmoment- was aber hier nicht weiter genutzt wird, außer bei der elektronischen Bremse.
Bei voller Drehzahl ist bei allen Steuerungen der Motor ständig mit der Batterie verbunden. Für eine geringere Drehzahl gibt es die 2 Möglichkeiten:
Widerstandssteuerung:
Der Motorstrom fließt über einen (stufenlos einstellbaren oder umschaltbaren) Widerstand, und je nach Drehzahl teilt sich die Batteriespannung auf Motor und Widerstand auf. Bei höherem Drehmoment und damit Motorstrom liegt eine kleinere Spannung am Motor, bei kleinerem Drehmoment eine größere. Die Drehzahl ist also wesentlich lastabhängiger als ohne Widerstand.
Der Widerstand kann auch ein Transistor sein, der nur teilweise durchgeschaltet ist.
Bei einem bipolaren Transistor (früher üblich) ist im durchgeschalteten Zustand noch ein Spannungsverlust von üblich 0.7Volt vorhanden. Bei 12Volt Batteriespannung würde damit bei Vollgas (ohne Vollgas-Relais) ca. 6 Prozent der Fahrleistung im Transistor verheizt, bei geringerer Geschwindigkeit entsprechend wesentlich mehr (anteilig).
Er braucht außerdem einen Steuerstrom, der beim 1/100 bis vielleicht 1/10 des Fahrstromes liegt.
Bei einem Feldeffekt-Transistor (MOSFET) gibt es keinen festen Spannungsverlust, sondern er hat im durchgeschalteten Zustand einen sehr kleinen Widerstand, und ein Spannungsverlust von 0.7Volt wird erst bei weit über 20Ampere erreicht (z.T. theoretisch bei 100A.)
Er braucht auch keinen ständigen Steuerstrom, sondern wird mit einer sehr geringen Stromladung umgeschaltet. Die Steuerspannung, bei der er umschaltet, liegt üblich bei 3..4 bis vielleicht Volt. (Stand: vor ein paar Jahren bei Modellflug-MOSFETS)
Allerdings ist diese geringe Ladungsmenge durchaus nicht mehr zu vernachlässigen, wenn die Umschaltung 1000 oder 16000mal pro Sekunde erfolgt, wie das jetzt bei der Impulssteuerung beschrieben wird:
Impulssteuerung:
Hier wird die volle Batteriespannung in sehr kurzen Zeitabständen auf den Motor geschaltet und wieder abgeschaltet.
Verglichen mit diesen Zeiten baut sich der Stromfluß nur sehr langsam auf und hat sich bis zum Abschalten nur wenig geändert, so daß auch bei langsam drehendem Motor kein Kurzschlußstrom auftritt, sondern der Strom schwankt beim Takten nur um ein sehr geringes Maß um den Mittelwert, der dem abgenommenen Drehmoment entspricht.
Im ausgeschalteten Moment fließt der Strom über eine Freilaufdiode, während die Motorspannung grob gesagt Null ist.
Die Spannung wird also eingeschaltet, der Strom steigt langsam etwas an, die Spannung wird ausgeschaltet und kann wegen der Diode nicht weit unter Null fallen, und der Strom sinkt etwas ab. Dann das gleiche wieder.
Die Taktzeit ist bei Modellbahnen ca. 1/16000s, bei Gartenbahnen reichen 1/1000s noch.
Die mittlere Spannung, die zusammen mit der Last die Drehzahl bestimmt, ist proportional zum Anteil der Einschaltzeit.
Der physikalische Effekt ist der, daß ein Spannungsunterschied an den Enden einer Leitung einen zeitlichen Stromanstieg oder -Abfall in der Leitung auslöst. Das Verhältnis zwischen Spannung und zeitlicher Stromänderung (Induktivität) hängt von der Leitung und den magnetischen Eigenschaften der Umgebung ab, da durch den Strom ein Magnetfeld aufgebaut wird, was Zeit braucht.
Bei größeren Motoren erfolgt die Stromänderung langsamer, sie haben eine größere Induktivität.
...Der Strom ist also annähernd konstant entsprechend dem abgenommenen Drehmoment, und die mittlere Spannung wird genau eingestellt.
Damit ist die Motordrehzahl bei Impulssteuerung wesentlich last-unabhängiger als bei der Widerstandssteuerung.
Das war mal das Fahren unter Last. Beim Bremsen kann genauso die Bremsleistung im Widerstand (bzw. Transistor) direkt verheizt werden, oder getaktet in Bremswiderständen (weiß nicht ob das üblich ist) oder getaktet vorwiegend im Motor. Da bin ich nicht ganz auf dem Laufenden, was gemacht wird.
Man kann aber durch Takten auch verlustarm eine höhere Spannung erzeugen und die Batterie wieder laden.
Denn bei einer induktivität (hier wieder der Motor) bedingt sich Spannung und Stromänderung gegenseitig, d.h. ein (beim sehr kurzen Anfang eines Motorkurzschlusses) aufgebauter Stromfluß erzeugt beim Abschalten eine theoretisch unendlich hohe Spannung, die aber nicht so hoch wird, da bei Erreichen der ca.Batteriespannung der Strom sofort weiter der Batterie zufließt (über eine Diode).
Insgesamt: Mit einer Induktivität und einem Taktschalter sowie Kleinkram kann eine Spannung mit hoher Leistung verlustarm erhöht oder abgesenkt werden.
So funktionieren auch Schaltnetzteile, bei denen dann natürlich der Ausgang an einem Ende mit dem Eingang verbunden ist -deshalb ist da eine Reihenschaltung von 2 oder mehr nicht möglich, entgegengesetzt zu Trafos, bei denen die Hoch-und Niederspannungsseite voneinander isoliert ist.
Übrigens kostet ein MOSFET für ca. 40A Dauerstrom (auf Kühler) ca. 2-3 Euro, wer also ne Steuerung ohne elektronische Bremse braucht, sollte sich mal einen Flugregler ohne Bremse (wäre nur geschaltet) anschauen, der am Servoausgang des Empfängers angeschlossen wird, und statt dem Empfänger einen Servotester für vielleicht 15 Euro in Erwägung ziehen. Denn da sind die Preise auf Massen-Niveau , und d.h. man zahlt für 200A wohl deutlich unter 100Euro, geschätzt. Und wenn es da nur welche mit Bremse gibt, kann man das Poti im Servotester mechanisch begrenzen oder mit einem Widerstand anpassen (denke ich), dann kommt man nicht in den Bremsbereich. Bei selbstlernenden Reglern muß man halt abwägen, bin nicht ganz auf dem aktuellen Stand.
So, das Ganze lese ich mir später nochmal in Ruhe durch und korrigiere vielleicht nochwas.
Gute Nacht.
Stephan
fido
Datum:22.01.04 23:53 Antworten Zitieren Empfehlen (der@buntbahner.de)
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Stephan_A:
wer also ne Steuerung ohne elektronische Bremse braucht, sollte sich mal einen Flugregler ohne Bremse (wäre nur geschaltet) anschauen, der am Servoausgang des Empfängers angeschlossen wird, und statt dem Empfänger einen Servotester für vielleicht 15 Euro in Erwägung ziehen.
Hallo Stephan,
so etwas ähnliches habe ich tatsächlich vor. Ich habe mir von Robbe einen Navy 540R Regler zugelegt, der vorwärts-rückwärts bei 40A Dauerstrom bei 24V kann. Vorsichtshalber werde ich noch einen Lüfter an den dicken Kühlkörper bauen. Der Regler ist übrigens für eine KÖF II und mehr als 20A Dauerstrom kommen da meiner Meinung nach nicht zusammen.
--
Viele Grüße,
fido
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Stephan_A
Datum:23.01.04 01:10 Antworten Zitieren Empfehlen (stephan_ame@web.de)
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Hallo fido,
wenn Du da auf dem neuesten Stand bist, kannst Du ja noch en bißchen was ablassen, bzgl. Flugregler ohne Bremse bzw. Bremse lahmlegen. Jetzt sind ja die Flugregler oft selbstlernend, da muß man vielleicht bei jedem Einschalten den vollen Weg abfahren und hat so immer den Bremsbereich voll drin...
Jedenfalls müßte mit Flugreglern für Anfänger noch was zu sparen sein. Servotester und Umschalter-fertig.
Kühlkörper: Bei Mosfets steigt die Vollgas-Verlustleistung ca. quadratisch mit dem Strom, und bei Teilgas zwischen proportional und quadratisch, d.h. bei 20 von 40 Ampere hast Du immer weniger als die halbe zulässige Verlustleistung. Zulässig heißt andereseits für 1 oder 3-5 Minuten, allerdings dann durchgehend.
Ich denke Du kannst Dir die Kühlkörper sparen. Bei der langsamen Erwärmung sind ja Endtemperaturen von fast 100°C wohl kein großes Problem, schätze ich. Auch wenn bei 10°C Erhöhung die Lebensdauer halbiert wird- Bei Streckenfahrt ist die Leistung doch minimal, oder?
fido
Datum:23.01.04 14:40 Antworten Zitieren Empfehlen (der@buntbahner.de)
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Stephan_A:
Jetzt sind ja die Flugregler oft selbstlernend, da muß man vielleicht bei jedem Einschalten den vollen Weg abfahren und hat so immer den Bremsbereich voll drin...
Jedenfalls müßte mit Flugreglern für Anfänger noch was zu sparen sein. Servotester und Umschalter-fertig.
Ich denke Du kannst Dir die Kühlkörper sparen.
Hallo Stephan,
die Regler müssen nur einmalig eingerichtet werden, dazu haben sie einen kleinen Knopf. Das Ergebniss wird dann gespeichert.
Flugregler sind natürlich günstiger, wobei dann noch ein starkes Relais für die Umpolung nötig ist. Und eine Schaltung, die die Umschaltung nur bei Stillstand erlaubt, wäre auch sehr sinnvoll. Und Flugregler sind weniger für Dauerlast ausgelegt.
Daher will ich diesen Regler für Schiffe verwenden:
Der Kühlkörper ist serienmäßig dabei, Dauerlast ist 40A und Spitzenlast 70A. Der Spaß kostet knapp eur 90,- und damit kaum mehr als ein guter Flugregler. Ich bin etwas vorsichtig mit der Leistung, da ich hier immer wieder Lese, man soll solche Billiglösungen vermeiden. Aber mit einem Sicherheitspuffer von mehr als 50% sollte das doch klappen.
Mehr unter:
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--
Viele Grüße,
fido
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mts
Datum:23.01.04 21:44 Antworten Zitieren Empfehlen (joerg.boenning@gmx.de)
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@ alle Stromer,
wenn wir uns hier jetzt ins Modellbaufeld begeben, so kann ich vielleicht auch noch etwas dazu beitragen.
Ich fahre meinen Schinia ( LKW auf Schienenbetrieb ) mit einen Graupner Speed 700 Neodym-Motor mit einem robbe Rookie Truck Regler, der diverse Sicherheitsdinge bietet, unter anderen auch den Ausschluß der vor-rück direktumschaltung. D.H. wenn man von vorwärts auf rückwärts regelt, so setzt eine geregelte Bremswirkung ein, bis der Motor steht. Erst dann beginnt der Motor rückwärts anzulaufen.
Leider ist die max. Leistung nur ca. 30 A Dauer, aber ich benötige nur beim Anfahren ca 25 A, beim normalen Fahren mit 2 Erwachsenen und 7 Wagen braucht er 9 A in der Ebene.
Gruß ... Jörg
fido
Datum:23.01.04 22:28 Antworten Zitieren Empfehlen (der@buntbahner.de)
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mts:
Graupner Speed 700 Neodym-Motor
Hallo Jörg,
auch wenn wir nun abschweifen - was hälst Du vom
SPEED 900 BB Torque?
Nennspannung 12 V
Leerlaufdrehzahl 6500 min -1
Leerlaufstromaufnahme 1,1 A
Stromaufnahme bei max. Wirkungsgrad 8 A
Blockierstromaufnahme 54 A
Gehäuselänge, ohne Welle 85 mm
Das hört sich doch nicht schlecht an. Ich bin noch am überlegen, ob ich meiner Köf II zwei oder vier solcher Motoren gönne.
--
Viele Grüße,
fido
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mts
Datum:23.01.04 23:03 Antworten Zitieren Empfehlen (joerg.boenning@gmx.de)
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hallo fido,
erlaubt ist was gefällt. Ein Kollege hat in seiner kleinen Diesellok ähnlich Köf ( ich glaub von Maxitrac ) je Achse 1 900 bb torque und kam damit in Sinsheim mit 2 Personen ohne Probleme über die große Runde. Der preis für den 900 liegt bei ca ? 45,- und dürfte in Sinsheim märz oder Dortmund April noch etwas günstiger zu haben sein.
Ich habe in Sinsheim Dampf auch eine 4achs Diesellok mit 4 solcher Achsantriebe gesehen, könnte von Schlemmer gewesen sein.
Bei 4 Stück würde ich aber evtl 2x2 Schaltung mit 24 Volt machen wegen Ströme.
Einzelachsantriebe bedingen aber immer ein gut gefedertes Fahrwerk, damit auch wirklich alle Achsen die gleiche Radlast erhalten und nicht eine alleine durchdrehen kann.
In meiner großen Lok fahre ich einen 500er Marx Neodym mit 500 Watt und 4 achsantrieb über Gelenkwellen.
Stephan_A
Datum:25.01.04 21:51 Antworten Zitieren Empfehlen (stephan_ame@web.de)
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Hallo fido u.a.,
bei den kleinen Rennwagen mit Speed400-Motor lassen angeblich viele die Kohlen unter Wasser einlaufen. Hab ich zuerst nicht glauben wollen, aber dann selbst mal probiert (für eine Elektroflug-Herkules). Beim Loslaufen sieht es aus wie eine riesige Explosion von weitem, ist ein gigantischer Abrieb. Dadurch liegen nach vielleicht 2 Minuten die Kohlen voll an und können auch bei höheren Strömen nicht mehr so leicht den Kollektor verbrennen. Die Gleitlager vertragen das wohl mal.
Noch was: Soweit man das beeinflussen kann, ist es für die Lagerlebensdauer (bei Gleitlagern interessant) natürlich gut, die Radialkraft gering zu halten, und das erreicht man mit großen Zahnraddurchmessern auf der Motorwelle (unabhängig vom Modul), auch wenn dadurch eine Getriebestufe mehr nötig wird. Andererseits kosten natürlich gleitgelagerte Motoren auch wieder nicht soviel, daß sie die Konstruktion beeinflussen müssen.
Wenn aber 2 Motoren zusammengeführt werden, kann man das vielleicht ohne Mehraufwand berücksichtigen.
...Naja, klingt wieder mal theoretisch, aber wenn das ganze Fahrgestell mal verdreckt ist und ein neuer Motor wegen Lagerabnutzung rein muß, hat man vielleicht gerade was besseres zu tun und sieht das dann anders.
Jedenfalls wird ab 17, mindestens aber 14 Zähnen ein laufruhiges Zahnprofil erreicht.
Und wie schonmal erwähnt, Delrin-/Acetalharz-Zahnräder sind leiser und m.E. verschleißfester als ungehärtete Stahlzahnräder, gleiche Schmierung vorausgesetzt.
...Wieso mach ich eigentlich aus jedem Beitrag ne Predigt??? 
Tschüß
Stephan
Editiert am: 25.01.04 21:55 von Stephan_A
fido
Datum:25.01.04 23:14 Antworten Zitieren Empfehlen (der@buntbahner.de)
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Stephan_A:
Soweit man das beeinflussen kann, ist es für die Lagerlebensdauer (bei Gleitlagern interessant) natürlich gut
Hallo Stephan,
Zu Glück sind in dem Motor, über den ich schrieb (SPEED 900 BB Torque), Kugellager eingebaut 
Bei einem Tatzlagerantrieb bist Du mit den Zahnrädern leider festgelegt. Der Motor muss recht dicht an der Achse sitzen und ein möglichst kleines Ritzel besitzen. Auf der Achse wird dann ein möglichst großes Zahnrad montiert. 6:1 sollte es schon sein, auch wenn der Motor für einen Modellbaumotor sehr niedrig dreht.
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Viele Grüße,
fido
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Stephan_A
Datum: 26.01.04 12:18 Antworten Zitieren Empfehlen (stephan_ame@web.de)
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-> fido
Falls das nicht eh schon bekannt sein sollte:
Ein Eisenring um den Motor erhöht (soweit er noch vom Magnetfeld erreicht wird) das Drehmoment und senkt die Drehzahl, simuliert also einen etwas dickeren Motor. Natürlich ist die Änderung nicht so extrem groß, ca. 10-20% schätze ich. Bei der Graupner Speed-Serie gibts die Bleche entweder mit oder passend zu kaufen (hab schon ein paar Jahre nicht mehr reingeschaut).
Stephan
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