Stroom op de baanStroomkring
Stroom loopt in een kringetje. De stroomkring. Van de bron (transformator), via een toevoerleiding (kabel) naar de verbruiker (lampje of motor). En dan weer terug via een andere leiding (kabel). Als je dit op deze manier aanlegd dan zal een lamp gaan branden. Dit werkt precies zo met de lampen in je huis.
Laten we eerst even kijken hoe het aansluiten van een lampje werkt. Hier is namelijk sprake van een stroomkring.
De batterij is hier getekend als een blauw blokje. Vanaf de plus (+) van de batterij loopt een kabel naar het grijze deel van de lamp. Dit is het metalen deel met de schoefdraad. In de lamp loopt een draadje naar de gloeidraad en terug helemaal naar onderen. Onderin de lamp zit nog een klein metalen plaatje, in de tekening donkerblauw. Vanuit daar loopt een kabel terug naar de batterij, aangesloten op de min (-).
De stroom kan nu rondlopen en het lampje zal gaan branden.
In het lampje zit een klein stukje kunstof of aardewerk tussen de grijze schoefdraad en het donkerblauwe puntje onderop. Dit is een isolator. Deze zorgt ervoor dat er geen stroom loopt tussen deze onderdelen. Ook het plastic laagje rondom de draden zijn isolatoren.
Stroom op de baanGeleiders
Er zijn stoffen welke stroom geleiden en stoffen welke dat niet doen. Stoffen welke stroom geleiden zijn stoffen waar lading gemakkelijk doorheen kan stromen. Bijvoorbeeld koper, ijzer, tin en goud. Isolatoren zijn stoffen waar de lading niet (of heel moeilijk) doorheen kan stromen. Voorbeelden van isolatoren zijn rubber, kunststoffen en glas.
Kabels zijn vaak gemaakt met een koperen kern. Dit is een stuk goedkoper als goud te gebruiken en minder breekgevoelig bij buigen als andere metalen. Om de kabel zit een isolator, vaak een plastic laag.
In de 220V snoer van de TV zitten in de snoer weer 2 of 3 kabels. Vaak een blauwe en een bruine voor de stroomtoevoer en een geel/groene voor de aarde.
Als er stroom gaat stromen dan zullen electronen die in een atoom zitten van het ene atoom naar het andere springen. In dat atoom zitten dan 'teveel' electronen waardoor er weer een atoom zal verspringen. Dit verspringen van atomen zien we als stroom. Lading kan niet verdwijnen of zomaar ontstaan. De lading die een geleider instroomt, stroomt er ook weer uit. Lading kan zich dus niet verzamelen of ophopen.
Vroeger wist men nog niet over het bestaan van electronen. Toen is de afspraak gemaakt dat de elektrischestroom loopt van een positief naar een negatief geladen deel. (Dus van plus naar min). In werkelijkheid loopt een elektronenstroom in omgekeerde richting. De elektrische stroom is tegengesteld aan de beweging van de elektronen. Let op dit onderscheid tussen de 2 elektrischestroom en elentronenstroom!
Stroom op de baanStroomsterkte
De hoeveelheid lading die per secoonde door een geleider stroom is de stroomsterkt: I
I = Q / t Waarbij: I = stroomsterkte in Ampere (C/s) Q = lading in coulomb (C) t = tijdsduur in seconde
Stroom op de baanSpanningsbron
Een spanningsbron is een leverancier van spanning. Een spanningsbron heeft een plus en een min kant. Bij wisselstroom wisselen de plus en de min continue. Bij een gelijkspanningsbron blijft de plus en de min gelijk.
Voorbeelden van spanningsbronnen zijn een batterij, accu, dynamo (bijvoorbeeld op een fiets) en een transformator. De spanningsbron houdt de elektrische stroom in stand en levert elektrische energie. De andere onderdelen in de stroomkring gebruiken de energie.
Batterijen vermelden hoe groot de spanning (U) in Volt (V) in de batterij is. De spanning geeft aan hoeveel joule elektrische energie de batterij geeft aan 1 coulomb lading.
U = Delta-E / Q Waarbij: U = spanning in volt (V / J / C) Delta-E = elektrische enetgie in joule (J) Q = lading in coulomb (C)Spanning tussen spanningsbronnen kan nogal varieren. Een accu in de auto is vaak 12V. Een penlight batterij is 1.5V en netspanning in huis is 230V.
Oplaadbare batterijen en accu's kunnen een bepaalde tijd energie leveren. Hierna moeten ze opnieuw worden opgeladen. Op deze spanningsbronnen staat het aantal ampere-uren opgegeven. Hieraan is te zien hoe lang een spanningsbron een bepaalde stroom kan leveren. 10Ah wil zeggen dat de accu 1 uur lang 10A kan leveren. Of 2 uur 5A, of 10 uur 1A.
Stroom op de baanAan boord
Treintjes kun je op een rails zetten en dan gaan duwen. Dit lijkt leuk totdat je op je knieën achter een trein aan moet, al dan niet onder de bank. Dan wil je toch echt wel iets waarvoor je niet op je knieen hoeft. iets met een motor.
Daarvoor bouwen we een motor met een batterij in de trein. Hiermee kan de trein rijden. Rondjes om de kerstboom bijvoorbeeld. Met een aan/uit schakelaar gaat de trein ochtends rijden en kan voor het slapen weer worden stil gezet.
Het is alleen niet mogelijk om de trein bij het station te laten stoppen. Of achteruit te laten rijden. Of te laten versnellen of vertragen. Verder willen we liever geen batterijen gebruiken, omdat die immers altijd leeg zijn. Bij mij in ieder geval wel. Daarvoor moeten we iets anders verzinnen.
Stroom op de baanNaar de trein
- We willen stroom dit continue beschikbaar is
- We willen op afstand kunnen start/stoppen
- Versnellen en vertragen
- Lampjes aan/uit doen
- Eventueel geluiden kunnen laten horen
- Eventueel rook aan kunnen zetten
Het eerste wat we moeten doen is stroom uit het stopcontact gebruiken. Alleen is dat wel wat lastig. We willen niet dat er een lange stroomkabel achter je trein bungelt. Je trein heeft toch stroom nodig om te kunnen rijden, maar dan zonder die draad erachter.
We kijken eerst even naar de werkelijkheid. In het grootbedrijf krijgen treinen stroom via de bovenleiding (heen) en de afvoer gaat via de rails/grond (terug). Dat gaan we ook bij je modeltrein gebruiken.
Het is mogelijk om op je modelbaan stroom via de bovenleiding en terugstroom via de rails te laten lopen. Deze methode is echter nogal bewerkelijk en behoorlijk storingsgevoelig. We gaan even voor een andere oplossing.
We gaan de rails gebruiken. We gaan de stroom via de rails laten lopen. Anderen hebben hier ook al over nagedacht en zijn met 2 oplossingen gekomen:
- 2-rail
- 3-rail
Stroom op de baan2-rail
De rails bestaat uit 2 ijzeren staven. Een links en een rechts. De wielen van de trein staan op deze railstaven.
We gaan deze staven opnemen in de stroomkring. Daarvoor laten we vanuit de transformator (de blauwe doos links op de tekening) 2 kabels lopen naar de rails. De ene kabel sluiten we aan op de ene spoorrail en de andere kabel sluiten we aan op de andere spoorrail.
De trein rijdt met de wielen over de rails. De wielen zijn van metaal en geleiden stroom. We zetten een sleepcontact op het wiel, of soms op de as waar het wiel aan vast zit. Hieruit loopt een kabel naar de motor. De stroom loopt dus vanuit de transformator, door de kabel, door deze spoorrail, door het wiel, via het sleepcontact, door een kabel naar de motor. Doordat we een stroomkring moeten bouwen moet er ook stroom terug kunnen lopen.
Vanuit de motor loopt een draad terug naar het sleepcontact op een andere wiel, door het wiel, door de andere spoorrails, door een kabel terug naar de transformator. De stroomkring is hiermee rond.
Op de ene spoorrail zal een positieve spanning en op de andere spoorrail een negatieve spanning staan.
Let op dat de assen niet helemaal van metaal zijn, er zit een stukje niet geleidend materiaal (de isolator zie bovenin het kader) in, waardoor er geen extra stroomkring is van de spoorrail-wiel-as-wiel-spoorrail. Dat zou een kortsluiting inhouden. Het isolerende stukje is paars op de tekening.
Dit systeem wordt door de meeste fabrikanten gebruikt.
In H0 treinbanen gebruikt met hierbij vaak een gelijkstroom bron bij analoog rijden.
Stroom op de baan3-rail
De andere methode is het 3-rail systeem. Dit is ontwikkeld door Marklin en eigenlijk enkel door hen gebruikt. Door de jaren heeft heeft Marklin nog de nodige fabrikanten opgekocht die nu soms ook dit systeem ondersteunen.
De naam zegt het eigenlijk al, er zijn 3 spoorrails. De ene waar een wiel op staat, de andere waar het andere wiel op staat en een derde rail tussen deze 2 eerste spoorrails in. We hebben hier dus echt over een extra rails. In de originele uitvoering was het ook echt een rails. De moderne uitvoeringen van de rails zijn het meer kleine puntcontactpunten (PUCO = PUnt COntact) enkele centimeters uit elkaar. Hierdoor vallen deze al iets minder op. Dit systeem staat natuurlijk ver af van de werkelijkheid.
De buitenste linker en rechter rail zijn in het ballast bed met elkaar verbonden. Er loopt een gemeenschappelijke spanningskabel vanaf deze beide rails naar de transformator. De wielen maken verbinding met een of beide wielen. De as tussen de wielen is gewoon helemaal van metaal en loopt ook door, er zit geen isolator in de as / tussen de as en de aansluiting van de wielen. Een sleepcontact op de as loopt door een stroomkabel naar de motor.
Terug loopt de stroom van de motor via een sleepschoen onder de trein tussen de wielen. Deze loopt over een 3e rail (over de PUCO's) tussen de andere wielen in. Vanaf deze 3e rail is er een stroomkabel terug naar de transformator.
In H0 gebruikt men hiervoor meestal wisselstroom gebruikt. De polen (plus en min) van de transformator wisselen continue constant om.
Stroom op de baanRails
Bij de aankoop van rails moet het duidelijk zijn welk systeem je gaat rijden. Door de aanwezigheid van middenrail en het (kortsluiting)contact tussen de rails kan een 3-rail niet gemakkelijk worden omgebouwd naar een 2-rail systeem en andersom.
Hiernaast heb je nog keus in rails met / zonder rail bedding. En dan ook nog per fabrikant soms in meerdere vormen en uitvoeringen. Ook zijn er mensen die ook hun rails helemaal zelf maken.
Als je analoog wilt rijden heeft 3-rail technische voordelen, ga je echter digitaal rijden dan vervalt dit technische voordeel.
Voordat je iets gaat kopen moet je eerst bepalen of je 2-rail of 3-rail wilt rijden. Beide kampen hebben volop aanhangers. En bedankt dat als je je keuze hebt gemaakt je niet kunt wisselen zonder alles weg te doen en opnieuw aan te schaffen'
Ik rij 2-rail. Hiervoor heb ik 2 redenen, ik de PUCO niet mooi en in 3-rail is maar een grote leverancier. Ik wil voorkomen dat ik teveel afhankelijk van een partij ben. Dit is mijn mening en ik wil je hiermee verder niet beinvloeden.
