Lionel Model Train Transformers: Bitte um Erklärungen, wie die Dinge im Inneren funktionieren

Bild von http://www.trainfacts.com

Lionel ist ein Unternehmen, das Modelleisenbahnsets und -teile herstellt. Ich habe einige ihrer "O-Spur"-Produkte und möchte mehr darüber erfahren, wie die Transformatoren funktionieren.

Oben ist ein Schema des Transformators von einem Eisenbahnenthusiasten. Von Lionel sind keine Schaltpläne erhältlich.

Die Transformatoren sind eigentlich "Controller", da sie mehr tun, als nur die Spannung umzuwandeln. Sie bieten auch drei verschiedene "Aktivierungs"-Schaltflächen:

1) Fahrtrichtung – ein Tastendruck schaltet die Fahrtrichtung der Lokomotive mit jedem Tastendruck um, von Vorwärts zu Neutral zu Rückwärts zu Neutral zu Rückwärts usw.

2) Klingel – ein Tastendruck schaltet den Klingelton EIN. Ein zweites Drücken schaltet die Klingel AUS. Dies geschieht, weil ein Tastendruck "DC-Strom zum Ausgang hinzufügt", der "die Form der AC-Sinuswelle ändert". (von der Sinuswellenform bis zur Haifischflossenform)

3) Pfeife – Momentschalter, der die Pfeife ertönen lässt, während die Taste gedrückt wird. Dies geschieht auch, weil ein Tastendruck "DC-Strom zum Ausgang hinzufügt", der "die Form der AC-Sinuswelle ändert". Aber dieser Sinuswellen-Mod unterscheidet sich von der Sinuswellenänderung der Taste (2).

Die elektronische Funktion der (1) Richtungssteuerung interessiert mich nicht. Die Richtung wird auch gesteuert, indem die Spannung über den Spannungssteuergriff auf 0 reduziert wird. Der Knopf scheint eine redundante Steuerung der Spannungsversorgung zu sein, und es ist wahrscheinlich nur ein momentaner Notausschalter. Jedenfalls ist es nicht das, was ich lernen möchte.

Was mich wirklich interessiert, ist, was die anderen Tasten elektronisch und elektrisch machen .

Ich weiß bereits, dass das Drücken von entweder (2) oder (3) Gleichstrom zu einem Wechselstromsignal hinzufügt. Oder zumindest glaube ich das zu wissen, was ich darüber googeln kann. Und dieser dem Wechselstrom überlagerte Gleichstrom verzerrt die Wechselstrom-Sinuswelle.

Es ist irgendwie die Form der Sinuswelle, die die Klänge aktiviert, oder DC auf den Spuren, die die Klänge aktiviert, oder eine Kombination aus beidem. Ich habe im Google-Land viel Unklares oder Widersprüchliches gelesen.

Ich habe auch gelesen, dass die 18-V-Wechselspannung beim Drücken der Tonsteuertasten irgendwie „angehoben“ wird, um eine gleichmäßige Stromversorgung des Motors der Lokomotive zu ermöglichen (wodurch die Lokomotive nicht jedes Mal langsamer wird, wenn Sie pfeifen).

Aber ich verstehe nicht wirklich, was hier passiert ... Es wird alles über einen Prozessor auf einem Chip auf der Platine im Inneren des Transformators gemacht, und ich bin weit über meine Grenzen des Verständnisses hinaus.

So...

Kann mir bitte jemand Schritt für Schritt erklären, was tatsächlich passiert, wenn Sie (2) oder (3) drücken?

Eine Erklärung, die für jemanden mit nur sehr begrenzten Elektronikkenntnissen verständlich ist?

Danke.

Ich denke nicht, dass dies hier eine Frage zum Thema ist. Wir brauchen einen Schaltplan, damit wir wissen, was tatsächlich passiert, sonst wären es nur Vermutungen.
Ich glaube, die von Ihnen beschriebenen Steuerschemata stammen aus der Zeit vor der Erfindung von Transistoren, als nur Vakuumröhren für elektronische Schaltungen verwendet wurden. Für die beschriebenen Funktionen wurden elektrische und elektromechanische Schemata verwendet. Mit kurzen Spannungserhöhungsimpulsen wurden Solenoide aktiviert, die bei Anlegen der Normalspannung inaktiv, aber nur durch die Impulse aktiviert werden sollten. Die Solenoide wurden in Relais oder Schrittrelais verwendet, um Funktionen zu aktivieren. Die Richtungssteuerung aktivierte eine Reihe von Kontakten, die den Motor umkehrten oder zwischen 2 Motoren umschalteten. Die Lionel-Website hat möglicherweise mehr.
Mein Kommentar basiert auf meiner Erinnerung an das, was ich auf einer Lionel-Website gesehen habe, und meiner Interpretation davon. Da ich denke, dass die Frage hier nicht zum Thema gehört, werde ich nicht versuchen, sie zu recherchieren und weiter zu interpretieren.
@ Bradman175 Ich habe die einzige Zeichnung des Transformators hinzugefügt, die ich finden konnte.
@CharlesCowie Lionel fing an, Sounds zu verwenden, die weit zurück vor dem Solid-State waren, stimmt. Aber der Transformator, nach dem ich frage, ist ein Modell aus dem Jahr 2013, das einen Prozessor und eine Festkörperelektronik verwendet, um das Signal zu den Gleisen zu steuern. Auch wenn diese Frage falsch ist, verstehe ich nicht warum - ich frage danach, was passiert, wenn Sie ein elektronisches Gerät aktivieren. Ich dachte mir, in der Elektrotechnik-Abteilung werden Leute sein, die sich mit diesen Dingen auskennen! Ihre EEs entwerfen so etwas tatsächlich, und die entsprechenden Experten auch?
@Nixt Nun, da du einen Schaltplan gepostet und ein bisschen erklärt hast, ist es jetzt völlig in Ordnung.
@Nixt uh oh ... diese Schaltung verwendet einen programmierbaren Mikrocontroller, daher ist eine Menge Funktionalität tatsächlich in diesem großen Chip im Diagramm verborgen. Ohne ihn zu hacken oder den Originalcode zu erwerben, gibt es so gut wie keine Möglichkeit zu wissen, was er tut. was das Verständnis der Funktionalität dieser Schaltung sehr schwierig macht.

Antworten (2)

Ich wusste nicht viel darüber - als Kind hatte ich ein Lionel-Set, aber es hatte einen einzigen Variac-Steuerhebel. Es ist jedoch nicht allzu schwer herauszufinden.

Das gezeigte Gerät verfügt über zwei phasengesteuerte Ausgänge mit Triacs Q1 / Q2. Eine dient dazu, Zubehör zu speisen (eine variable Wechselspannung, von der ich annehme, dass der Bediener die Helligkeit von stationären Lichtern und dergleichen steuert), und die andere speist die Schiene (eine variable Wechselspannung mit momentanem DC-Offset von positiver oder negativer Polarität). und kurzzeitige Unterbrechungsfunktion.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Normalerweise ist es bei einer Phasensteuerung wie einem Lampendimmer der alten Schule wünschenswert, die Symmetrie zwischen den positiven und negativen Halbwellen aufrechtzuerhalten. Im Fall von Lionels Schema kann absichtlich eine Asymmetrie eingeführt werden, um eine von zwei Vorrichtungen an der Lokomotive abhängig von der Polarität des resultierenden Gleichstrominhalts zu betätigen. Es gibt zwei mögliche Offset-Polaritäten, sodass zwei Geräte gesteuert werden können (Pfeife und Glocke).

Die oben erwähnte Asymmetrie wird vollständig durch Zeitsteuerung der Triggerimpulse an den Triac eingeführt. Das fragliche Modell funktioniert anscheinend nur mit 60-Hz-Stromversorgung - das Timing der Triggerimpulse ist also eine Verzögerung vom Nulldurchgang von fast nichts bis zu 1/120 Sekunde oder etwa 8,3 Millisekunden. Die MCU arbeitet mit einem 1-MHz-Kristalltakt, sodass ein genaues Timing besonders einfach ist.

Der Nulldurchgang wird von der MCU ( Mikrocontroller ) über R13/C14 erkannt und von den Dioden geklemmt, bevor er einem MCU-Eingangsport-Pin zugeführt wird.

Die MCU triggert die Triacs über Impulse, die an den Pins 7 und 11 erzeugt werden. Der Gesamtstrom von Zubehör und Gleis (nur positive Halbwellen) wird über den Shunt-Widerstand R8 und den Operationsverstärker LMV358 überwacht. Es kann Spitzenströme bis etwa 14A messen. Die Schottky-Diode an Pin 3 klemmt den Eingang, damit er nicht zu weit unter die Erde gehen kann. Die wichtigsten 250K Ω (B = Linear Taper) Pot wird einem MCU-Analog-Digital-Wandler-Eingangspin zugeführt.

Um eine DC-Komponente zu erhalten, muss einer der Impulse später als der andere sein. Um eine ungefähr konstante Wechselspannung zum Lokomotivmotor aufrechtzuerhalten, muss das Timing für beide Impulse angepasst werden – einen verzögerten und einen voreilenden – was nur möglich ist, wenn die Geschwindigkeit ausreichend weniger als 100 % (oder mehr als 0 %) beträgt wahrscheinlich kein Problem).

Ich glaube, die Umkehrung wird erreicht, indem die Stromversorgung der Lokomotive vorübergehend unterbrochen wird, um die Richtung umzuschalten. Auch dies ist das Timing der Impulse an einen der Triacs, der sie für kurze Zeit unterbricht.

Wie auch immer, die Magie liegt praktisch ausschließlich in der Firmware der MCU, obwohl jeder mit entsprechenden Mikrocontroller-Kenntnissen und einem Oszilloskop diese Funktionalität duplizieren könnte.

Verweise:

  1. CW-80 Handbuch

  2. US-Patent 2155343 Remote Control System, Method and Apparatus 1939

Hey @SpehroPefhany - Wow, tolle Erklärung. Ich musste nachschlagen, was einige der von Ihnen genannten Komponenten tun, aber jetzt verstehe ich, was passiert. Folgefrage, wenn Sie antworten möchten: Ist es möglich, eine eigenständige Schaltung für jede Taste zu bauen, ohne eine MCU zu verwenden? ZB versorgt der 110-V- bis 18-V-Abwärtstransformator zwei separate Nicht-MCU-"Wellenmodifikatoren"?
@Nixt Sicher - Ich glaube, sie haben an einem Punkt eine separate Wicklung am Transformator verwendet. Anstelle eines benutzerdefinierten Transformators können Sie beispielsweise einen zweiten Transformator verwenden. Um eine solche Schaltung tatsächlich zu entwerfen, wären jedoch einige praktische Informationen zu typischen Strömen und Spannungen erforderlich. Das Schema wurde 1929 patentiert, sodass es in den ersten über 50 Jahren ohne MCUs ausgekommen wäre.

Der ursprüngliche Transformator war ein Trafo mit Stufenumschaltung unter Last (TCUL), der die Anzahl der Spulen auf der Sekundärseite veränderte. Dieser Transformatortyp ist der vorherrschende Transformator, der für die Verteilung von Stromsystemen verwendet wird, die Sie in vielen Umspannwerken sehen. Sie werden auch als Online-Stufenwechsel (OLTC) bezeichnet. Der "Bump", um die Pfeife einzuschalten oder die Richtung zu ändern, war zu dieser Zeit die kostengünstigste Methode, um einen Befehl zu senden. Die neuere Stufenschaltung wird durch leistungselektronische Geräte erreicht, die als flexible AC-Übertragungsgeräte bekannt sind. Die neueste Version ist ein AC-DC-AC-Gerät, das eine Phasenverschiebung durch Leistungselektronik hinzufügt, um den Fluss auf einer einzelnen Übertragungsleitung zu steuern. Der andere Ansatz zur Steuerung von Modelleisenbahnen bestand darin, ein harmonisches Signal auf das Wechselstromsignal einzuspeisen, das dann gefiltert werden konnte, um ein Gerät zu aktivieren. Die ursprüngliche Powerline-Carrier (PLC)-Injektion erfolgte durch eine röhrenbasierte Schaltung. Das Konzept der SPS wird noch heute in Stromversorgungssystemen und in vielen Haushalten verwendet. Die Komplexität hat dank ICs und MCUs zugenommen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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