Нюансы замера потребляемого локомотивами тока

[VeschiiOleg]

Если в конце фразы имеется в виду напряжение, то это противоречит началу фразы.

Имеется в виду декодированное напряжение, которое поступает на мотор (оно является функцией скважности - чем выше скважность тем больше напряжение). Напряжение самих импульсов  - одинаковое.

[gidra]

Как я понимаю, 40кГц это частота заполнения импульса. А частота их следования может начинаться с десятков Гц до десятков кГц. ШИМ - это модуляция, при которой напряжение на двигателе меняется от скважности импульсов - от малой частоты следования (трогание) до большой (разгон) при постоянной величине самих импульсов.

Нет, Вы не правильно понимаете... Частота шим в декодерах постоянна, просто есть возможность настройки на разные её значения, в зависимости от двигателя. Не все двигатели могут питаться  частотой 40 или даже 20 кГц – из за больших величин их реактивных параметров при большой частоте модуляции ток в обмотках при таких частотах, особенно на маленьких скважностях, просто не будет успевать хоть сколько-нибудь вырасти.
Что же до пачек импульсов, размеры (длина) которых действительно, настраивается (регулируются) для разных диапазонов скоростей по-разному (по крайней мере у Цимовских декодеров), то они к шим непосредственного отношения не имеют. Паузы между пачками- вынужденная мера для необходимости измерения противо-эдс. Длина пачек соответствует периоду, с которым производятся замеры, а разные диапазоны сделаны для того, чтобы более часто мерять её только в тех диапазонах, где это действительно необходимо, т.к. сами по себе паузы ухудшают характеристики двигателя.

[VeschiiOleg]

Нет, Вы не правильно понимаете...

А чем тогда регулируется скорость локомотива при неизменном напряжении на рельсах?
Как я понимаю, скорость регулируется именно с помощью ШИМ-модуляции.  Частота постоянная, но разная скважность, т.е соотношение длительности импульса к периоду повторения. В зависимости от этой скважности детектор вырабатывает постоянное напряжение, которым питается двигатель пост. тока. Иначе никак...
А 40 или 20кГц это частота заполнения пачки, двигатель не чувствует этой частоты.

[gidra]

Вроде мыслим примерно в одном направлении, но, почему то, выводы совсем разные...
Да, скорость регулируется путём изменения ширины импульса при неизменной частоте, собственно, в этом и есть шим..
В случае 40  кГц, в пределах периода в 25 мкс часть времени напряжение подаётся, часть нет (при скважности 50%, например -12,5 мкс включено, 12,5 мкс выключено).
Если двигатель частоты "совсем не чувствует" – значит она для него слишком большая.
При подходящей частоте ток за период не сильно изменяется, с небольшими пульсациями вокруг среднего значения, при этом его характеристика приближается к характеристике при питании чисто постоянным напряжением.
Только детектор при чём? ШИМ сингал мотор сам фильтрует (по току).

[VeschiiOleg]

40кГц это тактовая частота встроенного генератора. Без модуляции скважность равна 2 и сигнал имеет вид непрерывного меандра. По сути это "несущая" частота ШИМ (частота заполнения). Коллекторный двигатель не реагирует на такие импульсы (попросту не успевает, да и ток там мизерный) он реагирует только на низкочастотный сигнал, который получается путем детектирования ШИМ (выделения постоянной составляющей). Это составляющая с низкочастотной "пилой", она и питает движок. Пульсации получаются из-за пауз между импульсами.
Если двигатель зашунтировать большим электролитом срезав пульсации он стронется рывком и при вдвое большем напряжении, чем с пульсациями, поэтому конденсатор применять нельзя.
Если бы двигатель был предназначен для работы только на одной максимальной скорости, то в этом случае электролит был бы полезен (с точки зрения здоровья двигателя).

А эффект противо-ЭДС (которая измеряется в паузах между импульсами) имеют еще и дополнительный плюс, дающий якорю дополнительный тормозящий импульс, это свойство позволяет движку лучше "контролировать дорогу" на спусках.
Во взрослых электровозах этот эффект используется для реостатного торможения.

[Gematogen]

Разве скважность может быть больше 1?
... и добавил:Иногда мне кажется, что я читаю про АМ, а не ШИМ.

[VeschiiOleg]

Разве скважность может быть больше 1?

Конечно может, когда период повторения Т вдвое больше длительности импульса t  (S=T/t). Т.е меандр.
Коэффициент заполнения - обратная величина - и при этом равна 1/2 или 50%.

У АМ модулируется амплитуда несущей , а не частота или скважность.

[gidra]

Что- то руки у меня стали конкретно опускаться...
К слову, если речь о декодере dcc, то частота тактового генератора там десяток , а то и несколько десятков мегагерц. А 40 кГц формируются таймером тамошнего микроконтроллера...
Для чего, по-Вашему нужна модуляция относительно высокочастотным сигналом постоянной скважности, уровня и частоты, которую, к тому же двигатель не чувствует? Проще было сигнал постоянного уровня держать, до тех пор, пока паузу не надо делать? У нас, вроде как, не радиоканал. Где логика?

[Gematogen]

Коэффициент заполнения - обратная величина

Попутал, однако.

У АМ модулируется амплитуда несущей , а не частота или скважность.

В этом мы сходимся.

В зависимости от этой скважности детектор вырабатывает постоянное напряжение,

Что в данном случае подразумевается под термином "детектор"?

[VeschiiOleg]

К слову, если речь о декодере dcc, то частота тактового генератора там десяток , а то и несколько десятков мегагерц. А 40 кГц формируются таймером тамошнего микроконтроллера...

Ну тут не важно как получаются эти 40кГц - генерируются сразу или получаются делением от другого генератора более высокой частоты. Главное что 40кГц это несущая ШИМ.

Для чего, по-Вашему нужна модуляция относительно высокочастотным сигналом постоянной скважности, уровня и частоты, которую, к тому же двигатель не чувствует? Проще было сигнал постоянного уровня держать, до тех пор, пока паузу не надо делать? У нас, вроде как, не радиоканал.

Для того, чтобы иметь возможность независимо управлять несколькими локомотивами. По сути на борту локомотива независимый управляемый импульсный источник питания. Т.е постоянное напряжение которым питается движок получается из импульсного высокой частоты. Модулируя этот сигнал, мы можем получить на выходе постоянное напряжение от 0 и до максимума.
Разумеется проще подавать на рельсы  сразу нужное постоянное напряжение, так и сделано в аналоге, но тогда все составы будут двигаться одновременно от этого напряжения.

Что в данном случае подразумевается под термином "детектор"?

Для ШИМ - это устройство, получающее зависимость постоянного напряжения от скважности: Uвых=f(S). Физически это амплитудно-фазовый детектор (АД + ФНЧ).

[Gematogen]

Для ШИМ - это фазовый детектор, реализующий зависимость постоянного напряжения от скважности: Uвых=f(S)

В общем виде это понятно. Но что выполняет эту функцию в модели?
С декодера выходит ШИМ и поступает непосредственно на двигатель.

[VeschiiOleg]

Но что выполняет эту функцию в модели?

К сожалению, у меня нет декодера и его схемы... Я могу только структурно описать суть.
Физически должен быть каким-то образом реализован амплитудно-фазовый детектор: АД (однополярный или двухполярный) и ФНЧ. Функцию ФНЧ, впрочем может и сам двигатель выполнять...

Разумеется, речь об обычном коллекторном двигателе пост. тока, применяемом в аналоге. От ШИМ сигнала он работать не будет.
Если применен какой-нибудь специальный, предназначеный для работы с DCC, то необходимые диоды и резисторы могут уже стоять внутри (как, например, стабилизаторы частоты вращения в колл. двигателях, применяемых в магнитофонах)

[Gematogen]

От ШИМ сигнала он работать не будет.

Может показаться, что я докапываюсь, но это не так.
Я искренне был уверен (да и сейчас уверен), что обычный коллекторный двигатель вполне способен работать от ШИМ. Возможно, не от любого ШИМ.
И на выходе декодера именно ШИМ.
Может быть я ошибаюсь.

Начну с того, что проще - с работы вигателя на ШИМ.
Один из частных случаев - ШИМ с бесконечным периодом (нулевой частотой). После начала импульса двигатель будет очень даже замечательно работать. Он просто не отличит в данном случае ШИМ от постоянного тока.
Начинаем увеличивать частоту - двигатель будет то работать, то не работать.
По мере увеличения частоты (имею в виду, что подаваемая мощность в рассматриваемых вариантах одинакова и достаточна) двигатель перестанет останавливаться, так как момента инерции ротора будет достаточно для поддержания постоянного (но с заметными пульсациями) вращения.
При дальнейшем росте частоты пульсации станут всё менее заметны вплоть до пренебрежимо малых величин.
Возможно, начиная с каких-то частот переходные процессы заметно снизят КПД двигателя, но как-раз в этом я не силён.

Тем не менее, у меня получилось, что двигатель работает от ШИМ.

[Wooster]

А скажите уважаемые знатоки - просматривая видео в ютубе, например, с ж.д. моделями, часто замечаешь, что локомотив двигается не плавно, а такими небольшими рывочками - почти незаметными, но всё же. Это эффект скажем старых трехполюсных моторов без маховиков или это именно видна 'работа' декодера, питающего мотор импульсами или это эффект видеосъёмки, сродни "стоящим" лопастям вертолета в полете или вращающимся в 'обратную' сторону колесам авто - т.е. результат дискретности съёмки

[VeschiiOleg]

Начинаем увеличивать частоту - двигатель будет то работать, то не работать.По мере увеличения частоты (имею в виду, что подаваемая мощность в рассматриваемых вариантах одинакова и достаточна) двигатель перестанет останавливаться, так как момента инерции ротора будет достаточно для поддержания постоянного (но с заметными пульсациями) вращения.

Тут есть один момент - Вы правильно пишете - мощность сигнала при увеличении частоты должна оставаться одинаковой. Но мощность - это интегральная характеристика и при увеличении частоты мощность падает. Двигатель как интегратор работает. На низких частотах да - ШИМ начнет толкать якорь переменным током, но затем импульсы уменьшатся по длительности и их энергия падает . Мы же не добавляем напряжение параллельно с увеличением частоты? У 40кГц импульсов (40 000 оборотов в секунду) не хватит энергии толкать якорь, да и сопротивление двигателя на такой частоте сильно возрастет. Мощность должна резко упасть.

У меня нет декодера, но есть довольно мощный генератор прямоугольных импульсов до 200кГц. Ради интереса попробую попитать аналоговый локомотив таким током.

Это эффект скажем старых трехполюсных моторов без маховиков

Именно так.