Entstörung mit RC Glied/Dimensionierung

[Martin S. (joshy)]

Hallo Leute,

ich bin neu hier und stelle nun meine erste Frage ins Forum.
Hab mir bis jetzt echt viele Tipps und Tricks aus dem Forum geholt, doch 
jetzt steh ich vor einem Problem das mich überfordert.
Ich steuere mit einem Arduino Mega ein Eltako Relais an.
Es ist dieses hier Eltako R12-100-230V: 
https://www.eltako.com/fileadmin/downloads/de/_bedienung/ER12-100_4841_internet_dtsch.pdf
Dieses aber nicht direkt sondern über eine Saint Smart Relaisplatine 
zwecks Galvanischer Trennung.
Der Arduino schaltet das Saint Smart Relais mit 5V Boardspannung und 
dieses schaltet wiederum das Eltako mit 230V. So schalte ich eine 2600W 
Herdplatte per PID Regler.
Skizze der Schaltung hab ich euch angehängt.

Nun fang ich mir aber immer wieder einen Fehler ein und ich denke es 
kommt von der Induktion des Relais. Der Arduino stürzt ab und das I2C 
zeigt kryptische Zeichen.

Meine Frage an euch: Hilft es wenn ich für den Arduino und das Relais je 
eine andere Phase verwende? Ich gehe sowiso mit 3 Phasen(400V) zur 
Steuerung, also wäre das einfach.

Oder ist es besser gleich ein RC Glied zu verwenden?
Da bräuchte ich aber Hilfe bei der Dimensionierung.

Bitte um eure Hilfe!

Grüße, Martin

[HildeK (Gast)]

Nach deiner Zeichnung hängt der Arduino an 230V - real ist da sicher 
nicht so, also: welche Art Netzteil ist da verbaut?
Ein Link auf die Relaisplatine könnte auch hilfreich sein.

Du schaltest mit dem Eltako 2.6kW, zwangsläufig gibt das Störungen. 
Wechseln auf eine andere Phase kann helfen, muss aber nicht.
Ich vermute mal, die Störungen kommen über das Arduino-Netzteil. Aber 
auch schlechte Masseführung kann dafür verantwortlich sein. Wie sieht 
der Aufbau real aus?
Bei so wenig Informationsinput ist ein einigermaßen brauchbare Aussage 
aus der Ferne nicht möglich.

[Martin S. (joshy)]

Hallo,

reiche die Infos gerne nach.
Sry dachte nicht dass es eventuell am Netzteil liegen könnte.
Also, der Arduino wird aktuell von einem einfachen Netzteil einer 
externen Festplatte betrieben (12V DC, 1,5A).
Alternativ hab ich noch dieses Netzteil: 
https://www.amazon.de/gp/product/B01HOHBBDQ/ref=oh_aui_search_detailpage?ie=UTF8&psc=1
Die Saint Smart Platine ist diese: 
https://www.amazon.de/Neuftech-Kanäle-Relais-Modul-Brett-Arduino/dp/B00PQC34E6/ref=sr_1_2?s=diy&ie=UTF8&qid=1502206748&sr=1-2&keywords=Arduino%2Brelais&th=1

Ich hab versucht den gesamten Schaltplan einigermaßen zu erstellen - 
siehe Bild.

Grüße, Martin

[Mark S. (voltwide)]

Programmier Dir den watchdog-timer, der den Atmel alle paar Sekunden 
wieder wachrüttelt.

[Karl B. (gustav)]

Martin S. schrieb:
> Alternativ hab ich noch dieses Netzteil:
> 
https://www.amazon.de/gp/product/B01HOHBBDQ/ref=oh_aui_search_detailpage?ie=UTF8&psc=1


"...Verwendung: Dieser Aplic LED-Treiber ist dazu konzipiert, Ihr 
LED-Leuchtmittel mit Kleinspannungseingang an das Hausnetz (Netzspannung 
230V) anzuschließen..."

hmmm...

Dann lieber das Netzteil für die ext. HDD.
Das ist für Datenverarbeitungsgeräte sicher besser geeignet, hat sicher 
auch schon eingangsseitig ausreichend Entstörmaterial.

Das geschilderte Problem ist die (typische, garnicht 'mal so seltene) 
Rückwirkung von Steuerkreis und Effektorkreis.

OK. Einiges ist da ja schon geschehen.
Optokoppler - Zwischenrelais. etc.

Dann kommt es auf den Aufbau, die Montage des Ganzen an.

Je nach lokalem Netz ist eine Spannungsschwankung mal mehr mal weniger 
groß beim Schalten von stärkeren Verbrauchern.
Das hat u.U. einmal Einfluß auf die Steuerung.
Abhilfe: Trafonetzteil mit diversen Reserven, dickem Elko und 
Stabilisator-IC. Dann noch einen 0,1 uF/ X2 Kond. direkt an die 
230V-Seite des Trafo. Drossel(n) davor.
Die Effektor-Relais bekommt auch noch einen entsprechenden Kond.
an seinen Steuerspulen, oder ist es nur eine. Hier muss evtl. die 
richtige Kapazität ausprobiert werden, um nicht das 
Stromstoß-Schaltverhalten evtl. zu beeinflussen.
Wäre es ein HSL-Schütz mit nur einer Spule, wäre es einfacher....(0,1 uF 
X2....)
Oder ein Snubber an der Saint Smart Seite . (Wieder aufpassen, dass 
nicht schon zuviel "Strom" fließt, Kondensator nicht zu groß.)


Dann könnte man noch über Entstörung auf der "Last"-Schalterseite 
nachdenken. (Snubber )

Allerdings bin ich mit dem Eltako-Relais nicht ganz so glücklich.
Da als Last eine Kochplatte verwendet wird, sollte auf sichers 
Ausschalten
auch Wert gelegt werden.

In der Produktinfo lese ich:
"...Durch die Verwendung eines bistabilen Relais gibt es auch im 
eingeschalteten Zustand keine Spulen-Verlustleistung und keine Erwärmung 
hierdurch. Der Relaiskontakt kann bei der Inbetriebnahme offen oder 
geschlossen sein und synchronisiert sich bei der ersten Betätigung.
Dieses Relais ist nicht zur Rückmeldung mit der Schaltspannung eines ...

hmmm. (Kopfkratz)

ciao
gustav

[Martin S. (joshy)]

Hi,

danke erstmal für eure Antworten.
@voltwide: watchdog ist leider ´nicht Möglich, da ein Programm auf dem 
Atmel läuft und dieses durch den Softreset neu gestartet werden würde.
Alle gespeicherten Werte würden auf 0 gesetzt werden.

@gustav: Danke für deine ausführliche Erklärung und weitreichenden 
Gedanken!
An welche Trafogröße hättest du da gedacht. Kannst du eine Empfehlung 
abgeben. Der Atmel zieht jetzt nicht gerade so viel Strom. Eventuell 
würde nur ein X2 Kondensator reichen. Müsste mal sehen was ich da so 
herumliegen hab. Die sind doch auch immer bei den alten PC Netzteilen 
paralell geschalten gewesen.

Bezgl. StabiIC frag ich mich, macht das nicht der Arduino selbst?
Immerhin wandelt er die 12V des Netzteils in %V Betriebsspannung.
Die sollte doch auch einigermaßen stabilisiert sein oder?

Bzgl. des Eltako:
Ich weiß nicht warum das im Datenblatt so steht, aber es ist mit 
sicherheit kein bistabiles Relais?!
Das Relais schaltet ab sobald die Spannung auf der Steuerseite wegfällt.
So ist das auch im Programm hinterlegt, also keine zwei Stromimpulse zur 
Zustandsänderung-kein Stromstoßrelais!
Ich hab das Datenblatt anfangs auch gelesen, dann das Relais getestet 
und als falsch oder zumindest unverständlich erachtet!
Es ist somit wie ein Schütz mit nur einer Spule, soweit ich das jetzt 
sagen kann.

Snubber am Eltako wäre jetzt auch meine Idee gewesen.
Kannst du mir bei der Dimensionierung helfen?
Wie oben schon geschrieben, würd ich die Steuerspannung des Eltakos 
zusätzlich noch auf eine andere Phase legen.

Wäre über eure Empfehlungen dankbar!

Grüße

[Peter II (Gast)]

Martin S. schrieb:
> Snubber am Eltako wäre jetzt auch meine Idee gewesen.

solche Leistungen schaltet man im Nulldurchgang. Dann braucht man auch 
kein Snubber. Ein Schnubber bei einer Ohmschen last ist auch sinnlos.

Nimm statt dem Eltako ein Halbleiterrelais.

z.B.
https://www.voelkner.de/products/693763/Finder-Halbleiterrelais-1-St.-77.25.9.024.8250-Last-Strom-max.-25-A-Schaltspannung-max.-240-V.html

[Peter II (Gast)]

Nachtrag:

das Finder SSR hat sogar eine Galvanische Trennung, das kannst du direkt 
an den µC hängen.

[Martin S. (joshy)]

Hallo Peter,

an SSR hab ich natürlich auch schon gedacht.
Leider benötige ich bei den Hochleistungsrelais einen Kühlkörper inkl. 
Lüfter und das ist in meinem Wasserdichtengehäuse leider nur schwer 
realisierbar.
Aus diesem Grund wollte ich abklären, ob es eine Möglichkeit gibt, das 
Problem anders zu lösen.

Kann mir jmd sinnvoll erklären, warum trotz Zwischenrelais(inkl. 
Optokoppler) der Induzierte Strom an den Atmega gelangt.

Würde es hefen einfach den I2C Bus abzuschirmen-denn das Display liegt 
nicht unweit der Relais?
Würde ein geschirmtes Kabel reichen und den Schirm auf PE?

Grüße, Martin

[Karl B. (gustav)]

Martin S. schrieb:
> Kann mir jmd sinnvoll erklären, warum trotz Zwischenrelais(inkl.
> Optokoppler) der Induzierte Strom an den Atmega gelangt.
>
> Würde es hefen einfach den I2C Bus abzuschirmen-denn das Display liegt
> nicht unweit der Relais?
> Würde ein geschirmtes Kabel reichen und den Schirm auf PE?

Hi @joshy,
Deine Ideen gehen in die richtige Richtung.
Im Schaltschrankbau nimmt man auch geschirmte Steuerleitungen.
Es werden sogar häufig die zur Last führenden Effektorkreise mit 
abgeschirmtem Kabel ausgeführt.

Da Du aber eine ohmsche Last in Form einer einfachen Kochplatte (ist 
kein Induktionsherd oder ähnliches?) schalten möchtest, hast Du nur 
einen Kaltwiderstands-Start-Impuls, einen Spannungseinbruch durch 
Netz-Belastung zu erwarten.  Insofern ist die Abschirmung des 
Lastkreiskabels wohl entbehrlich.

Das dürfte aber nicht der eigentliche Grund für das "Abstürzen" der 
ATMEL MCU sein. Dafür ist die Induktivität der Schütz- bzw. Relaisspulen 
viel eher verantwortlich. Wir hatten es 'mal gemessen: 
Einschaltspitze/Abschaltspitze eines 20 W Trafos bringt 6 kV  Spike.
Bei 230 V effektiv. Diese Hochspannungsimpuls hat natürlich eine höhere 
"Reichweite". Die Zuleitungsdrähte zum Schütz/Relais wirken wie eine 
Sendeantenne, und auch Anschlussdrähte an der MCU wirken wie 
Empfangsantennen.
Beide Seiten müssten also "entstört" werden.

Zum Thema:

Peter II schrieb:
> Nimm statt dem Eltako ein Halbleiterrelais.

Finde ich nicht so gut, denn es soll eine echte mechanische Trennung der 
Kochplattenstromversorgung vorhanden sein. Schon allein aus 
brandschutztechnischen Gründen.
Und wie gesagt, die Platte hat einen Kaltwiderstand, so dass sich der 
Einschaltstrom kurzzeitig vervielfacht, was auch zur Überlastung eines 
Halbleiterrelais führen könnte. Halbleiterrelais nur für die 
"Hochleistungsdimmer", also, wo häufige Schaltvorgänge die Mechanik 
vorzeitig ausleiern ließe. Das ist hier nicht der Fall. Der 
Sicherheitsaspekt überwiegte IMHO hier.

Martin S. schrieb:
> Bezgl. StabiIC frag ich mich, macht das nicht der Arduino selbst?
> Immerhin wandelt er die 12V des Netzteils in %V Betriebsspannung.
> Die sollte doch auch einigermaßen stabilisiert sein oder?

Ja,
aber mein STK500-Programmier-Board hat auch einen Stabi, bekommt 
zusätzlich noch ein stabilisiertes Netzteil davor, weil die anderen 
Netzteile im ungünstigsten Falle halt Störungen bis zur Flash-Zerstörung 
durchlassen.
Hab's selber erlebt.

Das Netzteil im Bild wurde laut Schaltplan noch verbessert.
Wenngleich im Schaltplan noch andere Spannungswerte bzw. Bauteilewerte 
eingetragen sind. Im Prinzip ist es das gleiche. Das Trafonetzteil hat 
als Besonderheit, dass im Spannungswähler gleichzeitig mit den 
Widerständen für den LM317(LM350)-Adjust auch Anzapfungen auf der 
Trafowicklung sekundärseitig umgeschaltet werden, um nicht zu viel an 
Energie unnötig zu verbraten.

Martin S. schrieb:
> Snubber am Eltako wäre jetzt auch meine Idee gewesen.
> Kannst du mir bei der Dimensionierung helfen?

Dazu kommt nachher noch etwas.
Wenn ich das Datenblatt richtig verstanden habe:
Der Eltako arbeitet wie ein "normales" Relais hat aber eine 
Stromsparschaltung drin, was hier bedeutet, dass er wie ein bistabiles 
intern verschaltet ist, aber von der Logik her wie ein "normales" 
behandelt wird. Deswegen ist das mit der Ansteuerung zunächst einmal mit 
einem Ausrufezeichen versehen. Ein Snubber wirkt nämlich wie ein 
Serienresonanzkreis, könnte evtl. zu Überschwingern und damit 
Mehrfachtriggerung führen. Damit wäre die Umwandlung einer Störspitze in 
eine (energiezehrende) gedämpfte Schwingung durch einen Snubber hier 
vielleicht problematisch.

Dazu müsste ich erst ein paar Tests fahren, um einen Kompromiss zu 
finden.

bis dann



ciao
gustav

[Martin S. (joshy)]

Also das hört sich ja alles ganz positiv an!
Danke dass du dich so konkret mit meinem Problem befasst.
Alles andere wären nur Auswege um das Problem zu umgehen und keine 
echten Lösungen.

Ich lese aus deinem Betreig jetzt mal heraus, dass die Zuleitungen 1. 
zum Eltako und 2. die Zuleitungen zum Display via I2C geschirmt werden 
müssen.
Als geschirmte Leitung würde ich ein CAT Kabel als gute Wahl ansehen?!

Für weitere Tests bin ich dir dankbar.