Fahrspannung, Decoder und Trafo digital

Fahrspannung, Decoder und Trafo (digital) (erstellt von flicflac)


Hier einige Erläuterungen bezüglich Fahrspannung, Motorspannung und Trafospannung/-leistung.
Es werden keine Empfehlungen zu Zentralen/Boostern und Decodern gegeben.
Oft werden Spannungsangaben gemacht, welche nicht mit einem geeigneten Messgerät (z.B. einem Oszilloskop), sondern mit einem gewöhnlichen Digitalmultimeter ermittelt wurden.

Mythos Fahrspannung
Wer misst, misst Mist!
These: (Fast) Alle Messungen mit einem Digitalmultimeter sind FALSCH!
Im Normalfall steht dem Durchschnitts-Modellbahner nur ein einfaches bis mittleres DMM zur Verfügung, welches im Wechselspannungsbereich auf die sinusförmige Netzspannung von 50/60Hz ausgelegt ist. Wegen des Digitalsignals als eine symetrische Rechteckspannung und dessen hoher Frequenz von durchschnittlich 9kHz wird ein falscher Messwert ermittelt.
Natürlich gibt es auch da Ausnahmen. Zum Beispiel True-RMS-Multimeter ermöglichen im Frequenzbereich des digitalen DCC-Signals noch genaue Messungen.
Ich habe mir die Mühe einiger Messreihen mit Oszilloskop und verschiedenen DMM gemacht:
Effektivspannung = 15,3V und 14,1V gemessen mit Oszilloskop (+/-0,2V)
Das ergibt ein durchschnittliches Verhältnis von 1 : 0,82 (1,22 : 1)
Als Hilfsmittel kann man also die mit DMM gemessene Spannung mit 0,82 multiplizieren bzw. durch 1,22 teilen um die Effektivspannung zu ermitteln. Wer also 17V am Gleis mit DMM misst, hat rund 14V Effektivspannung. Diese Effektivspannung ist auch die Decoderspannung, also jene Spannung mit welcher der Decoder versorgt wird.
(Ob man das so verallgemeinern kann bzw. ob diese Faustregel bei anderen Spannungen noch gilt müsste überprüft werden)
Natürlich sollte man die Fahrspannung so wählen, dass sich eine vorbildgerechte Geschwindigkeit ergibt. Mittels der Einstellungen in CV5 (Vmax) und CV6 (Vmid) kann die Geschwindigkeit einer Lok individuell angepasst werden.
Je nach Zentrale lässt sich die Fahrspannung einstellen und ist auch stabilisiert. Aber auch ungeregelte Zentralen wie das Lenz Compact zeigten bei meinen Messungen (Oszilloskop) keine nennenswerten Spannungseinbrüche unter Belastung (max. 0,1V). Die Ausgangsspannung (Fahrspannung) entspricht beim Lenz Compact mit 15,3V ungefähr der Versorgungsspannung von 15,1V~

Decoderspannung (Effektivspannung)
Dass Spannungen oberhalb von 14V am Gleis den Decoder beschädigen oder zerstören können, ist absolut nicht nachweisbar, um nicht zu sagen falsch! Wenn Decoder bei höheren Spannungen (jedoch innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs) zerstört wurden, hat das andere Ursachen (Aussage der Decoderhersteller).
Spannungsbereiche (Effektivspannung) verschiedener Decoder:
Selbst Effektivspannungen von 18V liegen ungefähr in der Mitte des zulässigen Spannungsbereichs aller Decoder (außer Tran DCX51/74).
Schäden an Decodern sind meist auf zu intensive Isolierung und den dadurch entstehenden Wärmestau zurückzuführen, wobei fast alle Decoder über eine Temperaturüberwachung verfügen und im Überhitzungsfall abschalten ohne Schaden zu nehmen. Auch Überlastungen der Funktionsausgänge sind eine häufige Ursache für Decoderschäden, da diese teilweise ohne Überlastschutz ausgeführt sind.

Motorspannung
Die Motorspannung ist abhängig von der angelegten Effektivspannung und liegt durchschnittlich 0,8 - 1V unter der Effektivspannung.
Die allgemein üblichen 12V Motoren nehmen jedoch nicht gleich Schaden wenn sie mal mit 14V versorgt werden.
Die Ausgangsspannung der Decoder ist getaktet, je nach Hersteller bzw. Einstellung zwischen 16-40kHz, im Durchschnitt so um die 23kHz. Durch diese PWM (Pulsweitenmodulation) liegt je nach Fahrstufe für eine gewisse Zeit die volle Spannung von z.B. 14V an, ansonsten keine Spannung. Bei Langsamfahrt liegen kürzere Spannungsimpulse an als bei voller Fahrt. Durch die Trägheit des Motors werden die Unterbrechungen verschliffen und die Effektivspannung am Motor liegt unterhalb der vom Decoder ausgegebenen Spannung.
Zimo (Beispiel) bietet hier mit CV57 die Möglichkeit, die PWM soweit einzugrenzen (d.h., die PWM wird nur soweit "aufgedreht"), dass durchschnittlich nur 12V am Motor anliegen. Bei 24V Fahrspannung und bei Wert 120 in CV57 würden dann z.B. 24V die Hälfte der Zeit (mit 20 kHz getaktet) anliegen. Der Motor ist träge genug, dass es für ihn wie 12V aussieht.

Versorgungstransformator
Die Leistung des Trafos zur Spannungsversorgung der Zentrale/Booster muss mindestens der Ausgangsleistung der Zentrale entsprechen. Am Besten ist es, den Angaben des Herstellers zu folgen. Die doch etwas übertriebenen Trafo-Preise der Hersteller lassen den geneigten Nutzer nach Alternativen suchen. Dabei sollte man die Leistung des Trafo nach der Formel
max. Strom der Zentrale x Gleisspannung x 1,3
ermitteln. Bei 14V Gleisspannung und 3A Ausgangsmaximalstrom also 14 x 3 x 1,3 = 54VA. Ein Trafo mit 55-60VA sollte also gewählt werden. Diese Leistungsreserve von rund einem Drittel ist notwendig, um ein sicheres Abschalten im Kurzschlussfall sicherzustellen. Ansonsten kann es zu Spannungseinbrüchen kommen, welche die Abschaltung verhindern. Die Zentrale/Booster selbst verbraucht auch einen Teil der Leistung.
Wie schon angemerkt wurde, lässt sich die Fahrspannung bei einigen Zentralen/Boostern einstellen. Für die interne Regelung muss die Verorgungsspannung entsprechend der max. Ausgangsspannung ausgelegt werden >> Handbuch.

flic
(wird fortgesetzt)