Gelijkrichten van een wisselspanning

Voor veel accessoires op de modelbaan heb je voldoende aan de 12 Volt wisselspanning die uit je treintransformator komt, echter voor sommige dingen ben je echter wel een (nette) gelijkspanning nodig. Vaak gaat het dan om elektronica of bijvoorbeeld leds die je netjes wilt laten branden. Hoe maak je een gelijkrichter om van een wisselspanning (die uit je transformator komt) een gelijkspanning te maken?

Op een treintransformator zitten (meestal) 2 verschillende uitgangen. Als je op die transformator kijkt zie je 2 symbooltjes die aangeven wat voor soort spanning eruit komt.

De ene lijkt op een = tekentje wat aangeeft dat het een gelijkspanning is:

De andere lijkt op een ~ tekentje wat aangeeft dat het gaat om een wisselspanning:

De gelijkspanning wordt meestal gebruikt voor het laten rijden van de treinen (hoe verder je de transformator “open” draait hoe meer spanning eruit komt en hoe harder je treinen gaan rijden) maar voor het aansturen van de accessoires die echt een gelijkspanning willen hebben (zoals LED’s) heb je daar dus niets aan. Die willen een spanning die altijd gelijk is, onafhankelijk hoe snel (of hoe langzaam) je treinen rijden. En als je een transformator hebt specifiek voor de accessoires komt daar ook meestal alleen maar een wisselspanning uit en ook geen gelijkspanning, dus ook daar moet eerst nog iets aan gebeuren voordat het kan werken met de elektronica van je accessoires.

Dus zul je de wisselspanning die de transformator levert (en die dus onafhankelijk is van de rijspanning voor de treinen) moeten omzetten in een vaste gelijkspanning. Speciaal daarvoor bestaat er een gelijkrichter. Onderstaand een foto van een gelijkrichter van het type RS501

Als je goed kijkt, zie je daar de golfjes (~) tekentjes ook weer op staan en een plus (+) en een min (-) tekentje. Je kunt op de 2 pootjes waar de ~ bij staan nu 1 draadje van de wisselspanning aansluiten en dan komt er bij de andere pootjes een plus (+) en een min (-) uit.

Alhoewel dat al voldoende zou zijn om de wisselspanning om te zetten in een gelijkspanning is het altijd handig om aan de “gelijkspanningskant” nog een condensator toe te voegen. Dat ding ziet eruit als een soort tonnetje. Als je naar dat plaatje kijkt, zie je dat bij één pootje een witte lijn staat getekend met min (-) tekens erin:

Hoe sluit je het aan? Onderstaand het schema van de onderdelen. We hebben aangehouden dat er als ingangsvoeding een transformator wordt gebruikt met een 16 Volt, 70VA uitgang. De meeste trafo’s voor modelspoor zijn daar gelijk aan (of kleiner) dus deze schakeling is redelijk universeel toepasbaar en met deze trafo VOL belastbaar.

• Aan de linkerkant gaat er een wisselspanning in
• Dan volgt de gelijkrichter (met 4 pootjes, waarvan 2 de ingang en 2 de uitgang zijn)
• Dan de condensator, met de min (-) aan de min (-) kant…. klinkt logisch, is ook logisch en anders zegt de condensator BOEM…..
• En dan kom je bij de uitgang uit van je  schakeling aan de “gelijkspanningskant”

Als je goed kijkt, zie je ook dat de uitgangsspanning hoger is geworden doordat je dit schema hebt toegepast. Er gaat 16 Volt in, en er komt 20,6 Volt uit. De uitgangsspanning neemt dus toe. Waarom?

De wisselspanning (hier 16V) wordt normaal gesproken opgegeven in RMS (Root Mean Square) voltage. In het geval dat achter deze 16VAC een bruggelijkrichter wordt toegepast zoals in het voorbeeld dan is de spanningsval over iedere diode normaal gesproken omstreeks 0,7V. In de brugschakeling worden door dus telkens twee diodes gebruikt en bij het omslaan van de spanning (de negatieve tweede helft van de sinus) de andere twee. De spanningsval is hierdoor om en nabij 1,4V. De gelijkgerichte spanning wordt echter verkregen uit de piekwaarde van de AC-spanning en deze bedraagt Wortel 2 x de RMS waarde.

De functie van de condensator (Elco) is om de “omgeklapte sinus” die nu dus een gelijkspanning is geworden “vlak” te maken, doordat deze op de piek van de halve sinus wordt opgeladen en vervolgens (langzaam) ontlaadt. Hierdoor krijg je een (enigszins) stabiele gelijkspanning. De Elco “vlakt” dus de spanning af, maar zal nóóit een hogere spanning afgeven dan wordt aangeboden.

Samengevat: (16VAC – 1,4V) x Wortel 2 = 20,6V (afgerond). In de praktijk is deze spanning meestal iets lager zodra de schakeling belast wordt.

Dus als je lampjes 12 volt mochten hebben.. gaan die dus poef zeggen of ze leven echt korter. Kies dus je ingangsspanning die goed past met je einddoel. Een gewaarschuwd mens telt voor twee… of meer.

Onderdelenlijst:

• Gelijkrichter van 40 Volt / 7 Ampère
• Condensator van 35 Volt / 4700uF (Micro Farad)

Als laatste nog wat aandachtspunten:

• De onderdelen van bovenstaande schakeling zijn meer dan ruim bemeten. Je kunt de schakeling (in dot voorbeeld) dus VOL belasten zonder problemen. Zelf gebruiken we in de praktijk een bruggelijkrichter van 4A i.p.v. 7A wat voor ons eigen gebruik nog steeds voldoende is. 
• Let bij het aansluiten van de bruggelijkrichter op de ~, – en + tekentjes.
• Let bij het aansluiten van de condensator op een + en de – kant. Wissel je die om dan zegt het poef…. 
• Dit soort schakelingen werkt prima voor simpele dingen zoals ledjes / lampjes / wisselspoeltjes en dat soort zaken, maar ga je er echt printjes en meer kritische elektronica schakelingen mee voeden, dan zul je na de gelijkrichter en elco een regulator moeten toepassen (dat ligt buiten de scope van deze uitleg en toepassing voor bijvoorbeeld ledjes). De reden is dat bij belasting de rimpel groter worden doordat de elco sneller ontlaadt. Een elco met een grotere capaciteit helpt dan enigszins, maar dit heeft zijn grenzen.

En dat is alles. Met een beetje soldeerkunst maak je het zo zelf voor een paar euro. Veel plezier!

(Met dank aan Henk voor de aanvullingen en correcties)