Нюансы замера потребляемого локомотивами тока

[Gematogen]

локомотив двигается не плавно, а такими небольшими рывочками

Может не отключили стабилизатор камеры при съёмке.
При нормальной скорости лока рывков нет.

[gidra]

Главное что 40кГц это несущая ШИМ.
....
Для того, чтобы иметь возможность независимо управлять несколькими локомотивами.

Вообще то, шим сигнал от выхода декодера ко входу двигателя отношения к "многолокомотивности" не имеет от слова "совсем".
Сигнал на рельсах при dcc управлении-да, но он, строго говоря, шим-ом не является. На рельсах, как уже раньше упоминалось, сигнал постоянного уровня с переполюсовкой. Выпрямляя его, декодер получает, в идеальном случае, постоянку. В этом сигнале (до выпрямления) передаются команды для декодеров в виде последовательности нулей и единиц, конкретное значение (ноль или единица) кодируется длительностью временного интервала от переполюсовки до следующей переполюсовки той же полярности (состоя из двух одинаковых при времени фаз разной полярности)...

И таки, просветите, зачем, по Вашему мнению, нужна "несущая частота", если собственно, шим-сигналом, по-Вашим словам, она не является; для чего этой частотой модулировать шим-сигнал, чтобы, практически тут  же посредством детектора выделять шим сигнал обратно?

Специальных двигателей для шим что то я ни разу не встречал, вполне обычные движки вполне себе хорошо работают от шим, подаваемого прямо на щётки дпт безо всяких дополнительных детекторов...

А по поводу мощности... Во первых, частоту шим, как уже тоже говорилось, можно увеличивать лишь до некоторых величин, в зависимости от конкретного двигателя. Большинство хоть сколь нибудь современных на 40 или, по крайней мере 20 кГц нормально работают.
Далее, по поводу энергии, сокращая площадь одиночного импульса с увеличением частоты мы в то же время увеличиваем количество имп в единицу времени, так что с суммарной площадью всё ок..

Ну и, в конце-концов, уже действительно, попробуйте запитать двс от генератора прямоугольных- вдруг чудо увидите...
... и добавил:

просматривая видео в ютубе, например, с ж.д. моделями, часто замечаешь, что локомотив двигается не плавно, а такими небольшими рывочками

В принципе, неплавное движение, особенно на малых скоростях, возможно при неправильной настройке декодера под конкретный двигатель... Но по видео, да ещё в цифровом виде, я бы судить не стал- там своих эффектов хватает... Надо вживую смотреть.

[VeschiiOleg]

Может не отключили стабилизатор камеры при съёмке.При нормальной скорости лока рывков нет.

Не, не, не - визуально видно, глазом, без всяких камер и в аналоге. Это" дискретность" из-за малого числа обмоток.

Сигнал на рельсах при dcc управлении-да, но он, строго говоря, шим-ом не является.

Сигнал на рельсах - это питание для декодера. Команды управления передаются по радиоканалу на приемник локомотива или по рельсам (есть разные варианты).
Говоря про ШИМ мы имеем в виду внутренний генератор для управления двигателем постоянного тока. 

И таки, просветите, зачем, по Вашему мнению, нужна "несущая частота", если собственно, шим-сигналом, по-Вашим словам, она не является; для чего этой частотой модулировать шим-сигнал, чтобы, практически тут  же посредством детектора выделять шим сигнал обратно?

Нет, я так нигде не писал. ШИМ без модуляции  - это просто несущая частота - меандр 40кГц, а с модуляцией - ШИМ, где меняется скважность. Модуляция производится низкой частотой. Чтобы управлять двигателем надо выделить постоянку из ШИМ и подать её на движок. Вот такая цепочка.

Далее, по поводу энергии, сокращая площадь одиночного импульса с увеличением частоты мы в то же время увеличиваем количество имп в единицу времени, так что с суммарной площадью всё ок..

Двигатель - это интегратор, наклон его характеристики одинаков, что для малой длительности импульса, что для большой. Поэтому если площадь большого импульса он успевает измерить, то малого уже не полностью. Следующего - еще меньше. И чем их больше, тем меньше он успеет посчитать. Так что мощность падает. Её сохранить можно только одновременным поднятием напряжения ШИМ.
И потом не забывайте про увеличение модуля сопротивления двигателя с увеличением частоты. Ток будет резко падать.
 

попробуйте запитать двс от генератора прямоугольных- вдруг чудо увидите...

Попробовал. Не работает.
Ну тут правда эксперимент не совсем честный - выходное сопротивление генератора 5 Ом и движок сопротивлением обмотки (на пост. токе) в 20 Ом сильно сажает выходное напряжение... Не хватает мощности генератора. (Это кстати поднимает еще один вопрос - какая мощность требуется от ШИМ??? Похоже после детектора должен еще и усилитель мощности (УПТ) стоять!)

А вот если подать на движок напряжение 12В с блока питания (выходное сопротивление доли Ома) частотой 50Гц, а потом плавно поднять частоту до 100Гц, то все работает. Это эквивалентно увеличению скважности вдвое.

[Gematogen]

Не, не, не - визуально видно, глазом, без всяких камер и в аналоге. Это" дискретность" из-за малого числа обмоток.

Номинальные обороты двигателя - выше 200 Гц. Для трёхполюсного мотора частота предполагаемых пульсаций - под 700 Гц.
Даже если он едет на оборотах в 10 - 20 раз ниже номинальных, я очень сомневаюсь в способности глаза фиксировать пульсации с частотой 35 Гц.

Скорее видно затыки на кривой шестерне при малой скорости.

А вот некорректную работу стабилизатора камеры при съёмке подвижных объектов очень даже заметно.

[Сергеевич]

Номинальные обороты двигателя - выше 200 Гц. Для трёхполюсного мотора частота предполагаемых пульсаций - под 700 Гц. Даже если он едет на оборотах в 10 - 20 раз ниже номинальных, я очень сомневаюсь в способности глаза фиксировать пульсации с частотой 35 Гц.

тут либо вместо слова "мотор" должно быть "колесная пара после понижающего редуктора" либо частоты на 1-2 порядка выше. У мотора номинальные (при паспортном  напряжении)  обороты от 5тыс/с до 20тыс/с = кГц.   
и таки, глаз видит пульсации до 50-70 Гц, не зря же кинескопные ТВ пытались сделать 100-150 Гц 

Скорее видно затыки на кривой шестерне при малой скорости.
А вот некорректную работу стабилизатора камеры при съёмке подвижных объектов очень даже заметно.

+1.

поднимает еще один вопрос - какая мощность требуется от ШИМ???

это такая большая проблема? напряжение на моторе от 1 до 12 Вольт, типичный ток потребления от 0,2 до 0.8 Ампер (в больших масштабах), плюс  0,05-0,2 Ампер на лампы/светодиоды. Так как постоянка, можно пренебречь реактивной составляющей.
Ток замеренный на аналоге, это мотор плюс лампы/диоды в прожекторе и прочем,  для цифры надо разделить на составляющие части, так как  мотор и свет и прочие дополнительные функции, управляются с нескольких отдельных выходов декодера, типичные цифры есть в паспорте декодера.
Плюс примерно 1-5% на собственные нужны декодера.

А чем тогда регулируется скорость локомотива при неизменном напряжении на рельсах?

"черным ящиком" именуемым декодером.    в отличие от аналога, в цифре питание с рельс не подается напрямую на мотор и лампочки, а генерируется заново. Для этого есть силовые ключи.

Но мощность - это интегральная характеристика и при увеличении частоты мощность падает.

то есть по вашей теории, если монолитный кусок сыра 20 граммовый  натереть крупной теркой, его вес будет только 10 гр , а если вдвое мелкой, то останется только 5 гр?


Не буду сильно влезать в вашу псевдонаучный диссскуссс. Но, несколько простых предпосылок для размышлений:
Декодер это одноплатный и однокристальный микрокомпьютер, он же микроконтроллер, с некоторой небольшой обвязкой, так как размеры сильно ограничены.

Вот типичная схема декодера http://model-railroad-hobbyist.com/sites/model-railroad-hobbyist.com/files/users/geoffb/DCC_Decoder3%20schematic.jpg
отсюда  http://model-railroad-hobbyist.com/node/24316#comment-216594

На ней обозначил основные блоки сверху вниз:
http://img-fotki.yandex.ru/get/1100855/20597181.91/0_ded4f_d27df839_orig
1. стабилизатор питания для микроконтроллера, обычно 5 или 3 вольта, для более новых микроконтроллеров.
2. "вычленитель" чистого сигнала DCC, без силовой составляющей, подается на цифровой вход микроконтроллера здесь обозначен как 2.
3. буферный усилитель сигнала ШИМ, естественно сам он ничего не генерирует, что на входе то и на выходе, но более мощное. 
4. собственно микроконтроллер , обычно используют 8/16 битные процессоры, хотя уже и 32 битные не редкость. вся обработка идет внутри него программно.
на этой схеме используется Atmel 328 (оно же ArduinoNano готовая плата), у МД например FreeScale, также можно STM, MicroChip и прочие, их просто куча разных производителей.
5. ножки выхода двух генераторов ШИМ, собственно это не отдельное "железо", программа внутри  микроконтроллера.
6. на схеме нет самих моторов, только разъёмы под них, но не суть важно.
7. также на этой схеме отсутствует силовая обвязка для дополнительных функций свет/пар и звук, их можно брать с некоторыми  ограничениями прямо с ножек процессора, смотри ножки аналоговые А0-А13 и цифровые 2-8.  но лучше добавить буферные усилители.

Чтобы управлять двигателем надо выделить постоянку из ШИМ и подать её на движок. Вот такая цепочка.

Модулируя этот сигнал, мы можем получить на выходе постоянное напряжение от 0 и до максимума.

Как видите по схеме выше между мотором и декодером нет никакой "дегенерации" ШИМа в чистый DC.
также нет ШИМ на входе с рельс.  это вам не сервомоторы. 
Логика здесь простая: в декодере сложно найти место под управляемый АС/DC->>DC преобразователь, так как на нём достаточно много выделяется тепла, при большой разнице  напряжений на входе и на выходе.   Поэтому полностью цифровому устройству проще и точнее сгенерировать ШИМ для мотора, чем АМ.   

Спойлер (кликните для показа/скрытия)

У меня нет декодера

В голову всякие нелепые варианты лезут

читая эту тему вспомнилось : Тихо шифером шурша, крыша едет не спеша.... http://www.stihi.ru/2007/02/13-3048    http://otvet.mail.ru/question/39342079 
вот подтверждение, что не стоит вейпить всякую дрянь, уж лучше курите настоящий табак 

[gidra]

Константин,  Вы бы ещё дали ссылку на схему оконечного каскада.
Там, конечно, по большому счёту, четыре полевика, но некоторые товарищи могут заподозрить внутри квадратика на схеме наличие детектора, усилителя пост тока и ещё чёрт знает чего

[gidra]

Нет, я так нигде не писал. ШИМ без модуляции  - это просто несущая частота - меандр 40кГц, а с модуляцией - ШИМ, где меняется скважность. Модуляция производится низкой частотой. Чтобы управлять двигателем надо выделить постоянку из ШИМ и подать её на движок. Вот такая цепочка.
...
Попробовал. Не работает.

Вот опять пишите.... Двойная модуляция высокой и низкой частотой... Это зачем? Одной частоты не достаточно?

Подключали движок к генератору, а обратный диод к щёткам двигателя вешали? Я сомневаюсь, что выходной каскад Вашего прибора обеспечивает протекание тока якоря по цепи с малым сопротилением во время снятия импульса. А если это так- двигатель и не наберёт тока чтобы раскрутиться. То, что во время импульса набиралсь, по его окончанию тут-же и закончится. Интеграл в ноль уйдёт. И скважность совсем уж маленькую не ставьте.

[VeschiiOleg]

Даже если он едет на оборотах в 10 - 20 раз ниже номинальных, я очень сомневаюсь в способности глаза фиксировать пульсации с частотой 35 Гц.

Это видно при трогании. Когда якорь еле проворачивается за счет трения и кривых шестерней. Единицы Гц получаются.

А вообще, глаз способен фиксировать мерцания около 60Гц, поэтому частоту мониторов стараются сейчас делать 75, 100 и выше Гц (для ЭЛТ и ОЛЕД). С ЖК правда с этим сложно)))

У мотора номинальные (при паспортном  напряжении)  обороты от 5тыс/с до 20тыс/с = кГц.   

При 12000об/мин или 200об/c (200Гц) и трех обмоточном якоре (2 переключения) частота 200х2=400Гц. Это максимум. Выше мотор не сможет)))

это такая большая проблема?

Не большая, но нужен усилитель мощности (УМ). При 12В и токе потребления 100мА (двигатель ПИКО 2032) мощность 1,2Вт.
Чтобы получить такую мощность от высокочастотной ШИМ надо хорошо постараться)))))

"черным ящиком" именуемым декодером.    в отличие от аналога, в цифре питание с рельс не подается напрямую на мотор и лампочки, а генерируется заново.

Это я в курсе. Вопрос был чем физически.

то есть по вашей теории, если монолитный кусок сыра 20 граммовый  натереть крупной теркой, его вес будет только 10 гр , а если вдвое мелкой, то останется только 5 гр?

Не совсем точный пример. У интегратора хар-ка не горизонтальная линия, а наклон из "левого верхнего угла в правый нижний". Поэтому ячейки терки уменьшаются, с увеличением числа "телодвижений", поэтому за 1 сек Вы натрете меньше, чем большой теркой от одного и того же куска, даже с учетом того что Вам придется сделать несколько движений теркой.

Вот опять пишите.... Двойная модуляция высокой и низкой частотой... Это зачем? Одной частоты не достаточно?

Одна модуляция. Низкой частотой. Всё.

Я сомневаюсь, что выходной каскад Вашего прибора обеспечивает протекание тока якоря по цепи с малым сопротилением во время снятия импульса.

Да, я выше написал, выходное сопротивление 5 Ом, прибор не обеспечивает нужной мощности, но тут не только в этом дело. Высокую частоту движок не почувствует, только НЧ.  Я также написал, что от БП с переменной скважностью все работает, т.е мощным низкочастотным ШИМом (примерно 50-100Гц) регулировать можно.

Вот типичная схема декодера http://model-railroad-hobbyist.com/sites/model-railroad-hobbyist.com/files/users/geoffb/DCC_Decoder3%20schematic.jpg

Остается посмотреть внутреннюю схему IC2... Что там внутрях. И что на ногах 11/14, 3/6...

[gidra]

Обратный диод поставьте обязательно. При высокой частоте это принципиальнейшая вещь. Какую Вы частоту подавали? И на какой движок?

[VeschiiOleg]

Обратный диод поставьте обязательно. При высокой частоте это принципиальнейшая вещь. Какую Вы частоту подавали? И на какой движок?

Ставил, разумеется, переменку то надо выпрямить Это при любой частоте принципиально. Подавал частоту от 0 до 40кГц.


Вот для примера схема простого ШИМ для управления коллекторными двигателями модельных локомотивов, что-то подобное должно быть внутри IC2.
На VT1 и VT2 сделан генератор 100Гц. С помощью R4 меняется напряжение на базах и как следствие изменение ширины импульсов (В качестве R4 может быть применен и электронный регулятор, управляемый по радиоканалу, это не суть).  VT3-VT5 - усилитель мощности (УМ). VD2 осуществляет "привязку к земле" (однополупериодное выпрямление), для возможности смены полярности на выходе.  VT6-VT7 - защита от КЗ с рег. порога.

[VeschiiOleg]

Движок PIKO-2032, 9000 об/мин, 12В.

[gidra]

Значит, не ставили. Не выпрямительный диод, а обратный. С одной щётки на другую, полярностью наоборот, чем подаёте питающее напряжение. Чтобы в паузах между импульсами ток якоря продолжал протекать, замыкаясь через внешнюю цепь с низким сопротивлением. Повторяю, это принципиально и именно для больших частот.
... и добавил:Схеме в ic2 совсем другая. Генераторов там нет, частота с контроллера идёт. По сути там четыре силовых ключа и  совсем небольшая обвязка.

[VeschiiOleg]

Не выпрямительный диод, а обратный. С одной щётки на другую, полярностью наоборот, чем подаёте питающее напряжение. .

Это что такое? Любой диод выпрямляет, т.е пропускает в одну сторону.  Напряжение с генератора переменное, у него нет полярности. Она появляется только после установки диода)))

Чтобы в паузах между импульсами ток якоря продолжал протекать, замыкаясь через внешнюю цепь с низким сопротивлением.

Для этого нужен конденсатор, которого нет. Поэтому между импульсами ток не протекает. Якорь проворачивается только по инерции.

Генераторов там нет, частота с контроллера идёт.

Высокой частотой напрямую движок не провернется. Почему - описано выше.
Вы можете нарисовать вид сигнала на ножках 3/6 или 11/14 микросхемы IC2 ?

В п. #54 приведена схема, которая крутит любой модельный двигатель пост. тока.  Примерно так же (принцип) должен быть реализован силовой модуль в импортном декодере. Только регулировка - не резистором, а электронная, от процессора. Вид сигнала, что подается на двигатель в схеме приведенной выше, я нарисовать могу.

[gidra]

Функции у диода могут быть самые разнообразные. Не только выпрямлять. Выпрямитель Вы, конечно оставьте, р аз у Вас переменка, и обратный диод тоже поставтье обязательно. Непосредственно между двумя выводами двигателя, только полярность такую, чтобы выпрямленное напряжение на нём не слить. Конденсатор не надо. Маленький не поможет, а большой смысл эксперимента убьёт.

[gidra]

Вот схемка одного из вариантов т.н. H-моста. В зависимости от требуемого направления вращения напряжение на двигатель коммутирует одна из пар диаганально расположенных транзисторов.  При этом, один управляющий сигнал удерживается постоянно в одном состоянии, чтобы открывать один из транзисторов, коммутирующих землю.  На второй сигнал подаётся шим- сигнал с требуемой скважностью, генерируемый микроконтроллером (уровня его питания, например, 5 В). Соответственно, диаганальный постоянно открытому транзистору на землю транзистор коммутирует на двигатель высокое напряжение согласно скважности. За время паузы открыты оба нижних транзистора, а верхние закрыты (хотя можно и наоборот). В это время создаётся путь для протекания тока якоря по аналогии с обратным диодом- через один из открытых на землю транзисторов в прямом направлении, а затем через другой, только в обратном направлении ( в котором постоянно присутствует обратный диод, поэтому не важно, открыт он или нет).