Drehfeldmesser und Schutzleiterprüfung mit µC

[Jonathan M. (mortimer7688)]

Hallo,

im Rahmen der Überarbeitung einer Motorsteuerung für eine Säge, versuche 
ich eine möglichst digitale Schaltung für die Drehsinnerkennung zu 
entwerfen (um ein Einschalten bei vertauschten Aussenleitern zu 
unterbinden).

Bisher war die Schaltung vollständig analog, die Drehfeldmessung 
erfolgte nach folgender Schaltung: 
http://blackstrom.derschwarz.de/schaltungen/dreh_1/index.shtml

Da einige ICs mittlerweile veraltet bis obsolet sind, soll die gesamte 
Arbeit von einem µC übernommen werden. Sind die Informationen über die 
Phasen für den µC verträglich, ist eine Auswertung ein Kinderspiel.

Haken: es steht kein N-Leiter zur Verfügung!


Bisherige Ansätze:
Option 1 (siehe Anhang)

Es wird ein Sternpunkt erzeugt und davon ausgehend jede Phase mit einem 
Optokoppler verschaltet. Ein nachgeschalteter Schmittrigger macht das 
Signal noch etwas "digitaler" (Kompromiss  Verlustleistung in den 
Widerständen / Flankensteilheit am Optokoppler). Aber auch ohne das 
Gatter sieht das Ergebnis schon recht gut aus (siehe Anhang).


Option 2 (siehe Anhang)

Die Phasen werden hochohmig auf den µC gegeben. Im Schaltbild wurden die 
Clamping-Dioden (besitzt der PIC solche?) und die Versorgungsspannung 
durch 6 einfache Dioden und eine Zenerdiode modelliert. Jedoch wird der 
µC gleichzeitig mit Bezugspotential vom B6-Brückengleichrichter 
versorgt. Ich tue mich gedanklich etwas schwer, wie dann das 
Phasen-Signal an den Eingängen des µC aussehen wird, Messungen werde ich 
morgen durchführen.

Zusätzlich möchte ich noch eine Schutzleiterprüfung implementieren. Ich 
dachte mir an einer beliebigen Phase über einen Kondensator einen 
Optokoppler anzusteuern. Solange der Optokoppler Impulse liefert, ist 
der Schutzleiter vorhanden. Diese Funktion konnte ich auch erfolgreich 
überprüfen, jedoch nur in Bezug auf den N-Leiter. Wie gesagt steht 
dieser aber nicht zur Verfügung, als Bezugspotential für die gesamte 
Schaltung steht also der Minuspol des B6-Gleichrichters zur Verfügung, 
der aber nichts mit dem N-Leiter gemein hat.

Was haltet ihr von meinen Überlegungen? Habe ich etwas übersehen, zum 
einfach/kompliziert gedacht? Bin für alles offen ;)


Vielen Dank im Voraus,
Gruß,
Jonathan

[Frank B. (frank501)]

Jonathan M. schrieb:
> im Rahmen der Überarbeitung einer Motorsteuerung für eine Säge

Eine Säge mit Motorsteuerung klingt für mich zumindest nicht nach etwas 
leicht transportablem. Und eine fest angeschlossene Maschine wird in 
aller Regel ja nicht dauernd angeschlossen und wieder abgeklemmt. Da 
dürfte dann eigentlich eine Drehfelderkennung nicht nötig sein, wenn die 
Säge einmal angeschlossen ist.



Jonathan M. schrieb:
> versuche ich eine möglichst digitale Schaltung für die
> Drehsinnerkennung zu entwerfen

Warum?

Drehfeld- und Phasenausfallerkennung gibt es bereits fertig zu kaufen. 
Das ganze nennt man dann Phasenüberwachungsrelais.

Das sowas ein ganz gutes Übungsobjekt sein kann, steht ausser Frage, 
aber für den produktiven Einsatz würde ich ein fertiges Gerät verwenden.
Denn um ein selbstbaugerät so zuverlässig und sicher hin zu bekommen, 
wie ein fertiges bedarf es schon etwas mehr als nur mal eben schnell ein 
paar Stunden. Da kommen locker einige Tage oder mehr zustande, so daß 
zumindest im nicht privaten Rahmen der Kauf einer fertigen Auswertung 
deutlich preiswerter ist.



Jonathan M. schrieb:
> Zusätzlich möchte ich noch eine Schutzleiterprüfung implementieren

Dabei beachte aber, daß über den Schutzleiter keine Betriebsströme 
fliessen dürfen. Und der Strom der über die Optokopplerschaltung 
fliesst, ist ein solcher.
Und bevor wieder jemand schreit, daß das so nicht stimmt:
was passiert, wenn der Schutleiter tatsächlich irgend wo ab ist? Dann 
zieht der Optokoppler mit zusatzbeschaltung das Gehäuse der Maschine auf 
Spannungen im zumindest ungemütlichen Bereich. Im Extremfall sogar auf 
230V gegen Erde. Und ich möchte nicht derjenige sein, der diese 
Schaltung dann verbrochen hat, wenn im Fehlerfall tatsächlich jemand an 
die Maschine greift. Selbst wenn die Person nicht ums Leben kommt, läuft 
das auf (grob) fahrlässige Körperverletzung hinaus und das wird teuer.
So wird aus der prinzipiell guten Idee das Vorhandensein des 
Schutzleiters zu überprüfen im Fehlerfall schnell eine zusätzliche 
Gefährdung.

Um den Ausfall eines Schutleiters zu erkennen müssen 
Elektroinstallationen im gewerblichen Bereich bei Errichtung und danach 
in regelmässigen Abständen überprüft werden. Ausserdem sollen sie bei 
(erkennbaren) Schäden sofort ausser Betrieb genommen und instand gesetzt 
werden.
Bei Elektrischen Maschinen gilt analog dazu das selbe, aber mit anderen 
Prüffristen nach BetrSichV.
Zur regelmässigen Prüfung gehört auch die Sichtprüfung durch den 
Bediener/Benutzer einer Maschine zumindest täglich/vor jeder Schicht auf 
offensichtliche Fehler wie abgerissene oder beschädigte Leitungen, 
defekte Gehäuse usw.
(Stichworte für die Suchmaschine : BGV-A3, Prüffristen)


Jonathan M. schrieb:
> Haken: es steht kein N-Leiter zur Verfügung!

Für eine Phasenüberwachung ist der auch nicht notwendig.

Frank

[Jonathan M. (Gast)]

Hallo Frank,

danke für deine Antwort,  aber leider ist sie mir keine große Hilfe ;)

Die Phasenüberwachung soll selbst entwickelt werden, es handelt sich um 
ein schulisches Projekt. Der spätere Einsatz ist ein anderes Thema.

Eine fertige Lösung kommt nicht in Frage.

Wie beurteilst du/ihr nun meine Ansätze, habt ihr bessere Ideen oder 
Verbesserungsvorschläge?

Die Überwachung des Schutzleiters soll erfolgen, da man in manchen 
Ländern nicht viel Wert auf Betriebssicherheit legt, da helfen auch 
keine gesetzlichen Regelungen (ausser zur Absicherung des Herstellers 
vlt..)

Was spricht dagegen einen Y-Kondensator von Phase gegen PE zu schalten 
und den Strom zu erfassen? Jedes funkenstörte Gerät weist die selbe 
Konfiguration auf, daher gibt auch auch maximale Ableitströme.

Die Steuerung ist zudem portabel, keine fest verkabelte Anlage.

Gruß und danke,
Jonathan