Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auf Netzspannungsfrequenz Triggern


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von Yossarian (Gast)


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Hallo!

Für ein Projekt brauche ich einen Schaltkreis, der es mir erlaubt 
synchron zur Frequenz der Netzspannung ein 5V-Rechtecksignal zu 
Erzeugen.

Es soll also beispielsweise bei jedem Maximum der Netzspannung ein 5V 
Signal erzeugt werden.

Ich habe nicht viel Erfahrung mit Elektronik, daher weiß ich nicht 
wonach ich suchen muss (also wie so etwas heißt). Wenn es so etwas 
fertig zu kaufen gibt, wäre ich auch nicht abgeneigt, habe etwas Respekt 
vor dem Werken an der Netzspannung.


Vielen Dank schon mal für Eure Hilfe!


LG,
Francisco

von Harald W. (wilhelms)


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Yossarian schrieb:

> Für ein Projekt brauche ich einen Schaltkreis, der es mir erlaubt
> synchron zur Frequenz der Netzspannung ein 5V-Rechtecksignal zu
> Erzeugen.

Such mal nach Nulldurchgangserkennung.

> habe etwas Respekt vor dem Werken an der Netzspannung.

Die einfachste Möglichkeit wäre ein Optokoppler
über Widerstand an die Netzspannung. Dann hast
Du auch gleich die galvanische Trennung.

von Falk B. (falk)


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@Yossarian (Gast)

>Für ein Projekt brauche ich einen Schaltkreis, der es mir erlaubt
>synchron zur Frequenz der Netzspannung ein 5V-Rechtecksignal zu
>Erzeugen.

Nennt sich Nulldurchgangsdetektor.

https://www.mikrocontroller.net/articles/230V#Siehe_auch

>Es soll also beispielsweise bei jedem Maximum der Netzspannung ein 5V
>Signal erzeugt werden.

Maximum ist schwer zu messen, der Spannungsnulldurchgang ist DEUTLICH 
einfacher. Oder willst du den Spitzenwert der Netzspannung messen? Dafür 
nimmt man einen Spitzenwertdetektor, neudeutsch Peak detector.

>fertig zu kaufen gibt, wäre ich auch nicht abgeneigt, habe etwas Respekt
>vor dem Werken an der Netzspannung.

Gut so.

Aber was willst du denn INSGESAMT erreichen?

von Yossarian (Gast)


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Hey!
Danke für die schnellen Antworten. Ich lese mir die 
Nulldurchgangsdetektoren durch! Das Problem dabei ist, dass es ja 2 
Nulldurchgänge pro Welle gibt, dann würde also mit der doppelten 
Frequenz getriggert, oder?



Harald W. schrieb:
> Die einfachste Möglichkeit wäre ein Optokoppler

An einen Optokoppler habe ich auch schon gedacht, das wäre natürlich 
sehr sicher. Gibt es da irgendwelche Nachteile (zB. Phasenverschiebung)?

Falk B. schrieb:
> Aber was willst du denn INSGESAMT erreichen?


Das Ziel ist einen Laser so zu steuern, dass er sich synchron zur 
Netzspannung 2ms lang einschaltet. Optimalerweise immer beim Maximum der 
Sinuskurve. So soll der Einfluss eines aus der Netztspannung 
resultietrenden 50Hz Störfeldes minimiert werden.

Ich brauche also einmal pro Wellendurchgang einen 2ms langen 5V Puls der 
dann den Laser triggert.

von Ingo W. (uebrig) Benutzerseite


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Yossarian schrieb:
> Es soll also beispielsweise bei jedem Maximum der Netzspannung ein 5V
> Signal erzeugt werden.

Könntest du den Grund erläutern, warum es ausgerechnet das Maximum sein 
soll?
Sonst hätte ich auch auf die Liste vom Falk verwiesen.

von Ingo W. (uebrig) Benutzerseite


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Yossarian schrieb:
> Das Ziel ist einen Laser so zu steuern, dass er sich synchron zur
> Netzspannung 2ms lang einschaltet. Optimalerweise immer beim Maximum der
> Sinuskurve. So soll der Einfluss eines aus der Netztspannung
> resultietrenden 50Hz Störfeldes minimiert werden.
>
> Ich brauche also einmal pro Wellendurchgang einen 2ms langen 5V Puls der
> dann den Laser triggert.

Das würde mit einem Impuls im Nulldurchgang auch klappen. Das Flimmern 
von Lampen ist auch nicht in jedem Falle in Phase, mit der Netzspannung. 
Glühlampen hinken durch thermische Trägheit hinterher, Leuchtstofflampen 
mit konventioneller Drossel, wegen deren Induktivität, LEDs mit 
Kondensatornetzteil eilen der Spannung voraus.

von Yossarian (Gast)


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Ingo W. schrieb:
> Könntest du den Grund erläutern, warum es ausgerechnet das Maximum sein
> soll?

Um das Maximum ist der Gradient klein, somit bleibt das Störfeld 
annähernd konstant, was vorteilhaft für die Anwendung wäre.
Aber es sollte sonst auch beim Nulldurchgang funktionieren, aber nur bei 
der steigenden (oder fallenden) Flanke.

von Yossarian (Gast)


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könnte man das auch mit einem Komparator realisieren, den man 
beispielsweise hinter den Optokoppler einbaut und so einstellt, dass er 
nur bei der Spitze des Signals schaltet?

von Falk B. (falk)


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@Yossarian (Gast)

>Nulldurchgangsdetektoren durch! Das Problem dabei ist, dass es ja 2
>Nulldurchgänge pro Welle gibt, dann würde also mit der doppelten
>Frequenz getriggert, oder?

Oder. Wenn man den richtigen Typ nimmt, liefert der nur einen Puls pro 
Vollwelle, also die steigende oder fallende Flanke.

>Das Ziel ist einen Laser so zu steuern, dass er sich synchron zur
>Netzspannung 2ms lang einschaltet. Optimalerweise immer beim Maximum der
>Sinuskurve.

Dann muss man halt vom Nulldurchgang ausgehend noch ca. 4ms verzögern. 
Das kann man mit einem RC-Glied und nachgeschaltetem Schmitt-Trigger 
machen. Oder voll digital mit einem uC + Zähler.

von Falk B. (falk)


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@Yossarian (Gast)

>könnte man das auch mit einem Komparator realisieren, den man
>beispielsweise hinter den Optokoppler einbaut und so einstellt, dass er
>nur bei der Spitze des Signals schaltet?

So einfach ist das nicht. Geh mal davon aus, daß sich schon viele Leute 
mit dem Thema befaßt haben und am Ende darauf gekommen sind, daß der 
Nulldurchgang die bessere Wahl ist.

von Kevin K. (nemon) Benutzerseite


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Erlaubt deine Schaltung einen kleinen Transformator von Netzfrequenz auf 
z.B. 2V AC? Dann klemm diesen Trafo an die Netzspannung und die 
Ausgangsseite auf die Eingänge eines Komparators. Schon hast du am 
Ausgang vom Komparator die Netzfrequenz mit 50% Duty-Cycle.

von Yossarian (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Dann muss man halt vom Nulldurchgang ausgehend noch ca. 4ms verzögern.
> Das kann man mit einem RC-Glied und nachgeschaltetem Schmitt-Trigger
> machen. Oder voll digital mit einem uC + Zähler.

Stimmt, das ginge natürlich gut! Leider werde ich nicht ganz schlau aus 
den vielen verschiedenen Typen von Nulldurchgangsdetektoren..

Könnte man eigentlich nicht gleich das Signal vom Optokoppler an einen 
uc hängen und damit den Schwellwert bestimmen?

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Yossarian schrieb:
> Könnte man eigentlich nicht gleich das Signal vom Optokoppler an einen
> uc hängen und damit den Schwellwert bestimmen?
Dann hast Du alles an Störungen drin, was Beitrag zur Amplitude liefert. 
Dasselbe gilt in verminderter Form auch für die anderen Vorschläge:

Harald W. schrieb:
> Such mal nach Nulldurchgangserkennung.
Das wird in der Regel nicht gehen, wenn es auf Präzision ankommt. Weder 
die Maxima noch die Nulldurchgänge sind infolge der Oberwellen auf dem 
Netz wirklich dort, wo die 50Hz-Welle sie hat. Wenn das Signal nicht 
tatsächliche Maxima darstellen, sondern wirklich synchron zur Grundwelle 
laufen soll, braucht es einen entsprechenden Filter mit Phasenregelung. 
Ich habe das im Zuge einer Leistungselektroniksteuerung mal entwickelt 
und als C-Code für einen TI DSP parat.

Es läuft auf Messung der Grundwelle, der Oberwellen, Verrechnung 
derselben vom Signal bei kontinuierlicher Prozessierung von 128 Perioden 
mit je 128 Punkten für die Welle hinaus. Die Genauigkeit lag bei dem 
damaligen Netzverhalten im Bereich unter 1us long term stability und 3us 
maximaler Flankenabweichung. Hängt stark von den echten und scheinbaren 
Netzfrequenzschwankungen ab und damit, welche Grossverbraucher im Hause, 
in der Nachbarschaft etc angesiedelt sind.

Mit einem heutigen DSP gingen sicher (auf die Schnelle gerechnet) 256 
Perioden mit 1024 Punkten bei entsprechend erhöhter Stördämpfung. Gfs 
sind die angesichts des offenbar gestiegenen Drecks auf dem Netz auch 
nötig.

von Falk B. (falk)


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@Jürgen S. (engineer)

>Das wird in der Regel nicht gehen, wenn es auf Präzision ankommt.

Jürgen, du übertreibst schon wieder. Er will nicht zum Mars fliegen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Maximum ist schwer zu messen

Warum das denn? Das ist der Moment, wo sich die Stromrichtung umkehrt.
1
        220Ω             Optokoppler
2
~ o-----[===]-------+----|>|---+
3
                    |          |
4
                    +----|<|---+
5
                         LED   |
6
                               |
7
~ o------||--------------------+
8
        100nF 630V

Solange die Spannung ansteigt, fließt Strom durch den Optokoppler. 
Sobald die Spannung absinkt, fließt der Strom nicht mehr durch den 
Optokoppler, sondern durch die LED.

Eventuell muss man noch über Verzerrungen nachdenken, die diverse 
Verbraucher erzeugen.

: Bearbeitet durch User
von Bernd B. (bbrand)


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Falk B. schrieb:
>>könnte man das auch mit einem Komparator realisieren, den man
>>beispielsweise hinter den Optokoppler einbaut und so einstellt, dass er
>>nur bei der Spitze des Signals schaltet?
>
> So einfach ist das nicht. Geh mal davon aus, daß sich schon viele Leute
> mit dem Thema befaßt haben und am Ende darauf gekommen sind, daß der
> Nulldurchgang die bessere Wahl ist.

Alternativ einfach per RC-Glied eine Phasenverschiebung von 90° erzeugen 
und dann auf den Nulldurchgang des Ausgangssignals triggern. Allerdings 
hat man dann immer noch das Problem, dass sowohl beim Maximum als auch 
beim Minimum des Eingangssignals getriggert wird; also bräuchte man noch 
eine kleine Schaltungserweiterung, so dass nur dann getriggert wird, 
wenn das Eingangssignal gerade positiv ist.

Gruß,
Bernd

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Bernd B. schrieb:
> Alternativ einfach per RC-Glied eine Phasenverschiebung von 90°
> erzeugen und dann auf den Nulldurchgang des Ausgangssignals
> triggern.

Ich hatte mir das so gedacht, dass ein Monoflop (z.B. NE555) beim 
Abschalten des Optokopplers den gewünschten 2ms Impuls erzeugt.

> Allerdings hat man dann immer noch das Problem, dass sowohl beim
> Maximum als auch beim Minimum des Eingangssignals getriggert wird

Nein, jedenfalls nicht bei meiner obigen Schaltung.

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>>Das wird in der Regel nicht gehen, wenn es auf Präzision ankommt.
>
> Jürgen, du übertreibst schon wieder. Er will nicht zum Mars fliegen.

Hast du das schon mal gemacht und unter Randbedingungen vermessen? 
Nulldurchgangsdetektoren sind nicht nur wegen der Pegelthematik 
schwammig. Ohne eine Betrachtung über mehrere Perioden hinweg kommt man 
da nicht aus. Also eine Art PLL. Dieser aber mit einem analogen Filter 
etwas Verwertbares zuzuführen ist nicht so ohne - schon gar nicht, wenn 
dann sporadische Störungen drauf sind oder Leistungselektronik 
mitwuselt.
Dann mache ich das lieber digital und gleich richtig.

Der TE hat ja leider keine SPEC angegeben, wie genau er seine 
Synchronisation benötigt.

von Thomas R. (sunnyingtom)


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Hi,
vielleicht hilft das:
http://www.netzfrequenzmessung.de/

von oszi40 (Gast)


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Yossarian schrieb:
> Das Ziel ist einen Laser so zu steuern, dass er sich synchron zur
> Netzspannung 2ms lang einschaltet. Optimalerweise immer beim Maximum der
> Sinuskurve. So soll der Einfluss eines aus der Netztspannung
> resultietrenden 50Hz Störfeldes minimiert werden.

Dann schau mal mit dem Oszi, was für Dreck durch Schaltnetzteile und 
Phasenschnitt aus dem Netz kommt, der Dein Maximum beeinflussen wird. 
Wahrscheinlich ist ein Signal aus einen Trafo nach einem Tiefpass noch 
das schönste?

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