Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Selbstbau von Überspannungsrelais


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von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Hallo!

Aufbauend auf diesem Thread

Beitrag "Spannungsbegrenzung im Zwischenkreis Servo-Antrieb prüfen"

und der Tatsache, dass man zu erschwinglichen Preisen offenbar kein 
Überspannungsrelais mit Fehlerspeicher bekommt (und natürlich der Freude 
am Selbstbau ;-) würde ich gerne ein genau passend zugeschnittenes 
Relais selber bauen und suche dazu noch Ideen/Vorschläge/Verbesserungen 
meiner Schaltungsidee weiter unten.

DIN-Schienen-Gehäuse für solche Basteleien gibt es glücklicherweise 
preiswert (10€, siehe Foto).

Was genau soll die Überspannungserkennung leisten?

Die zu überwachende Zwischenkreisspannung meiner CNC-Servos beträgt 250V 
DC. Durch Abbremsen des Hauptspindelservos steigt diese auf ca. 330V an, 
bevor der Bremschopper einsetzt. Um bei einem Ausfall desselben eine 
Sicherheitsabschaltung durch Bremswiderstände per Not-Aus einzuleiten, 
sollte die Schaltung bei 350V ansprechen (wobei die Endstufen bis über 
400V vertragen, bevor es knallt). Durch Abfall eines Relais würde dann 
der Not-Aus-Kreis geöffnet werden, gerne zusammen mit einer LED, um die 
Not-Aus-Ursache rasch finden zu können.

24V sind vorhanden, die 250V DC sind allerdings nicht galvanisch 
getrennt (Spartrafo!).

Bisherige Schaltungsidee:

Auf der 250V-Seite würde ich per Spannungsteiler die Spannung 
herabsetzen und mit dieser einen VCO versorgen, der mir eine 
entsprechendes Rechtecksignal (niedriger kHz-Bereich) generiert und 
damit einen Optokoppler speist. Damit nicht zu viel Verlustleistung 
entsteht, darf der Oszillator inkl. Koppler wohl nicht mehr als 1mA 
ziehen, was bei 250V etwa 0,25W Verlustleistung entspräche. Für den VCO 
fiel mir spontan ein 4046 (früher für PLLs gerne benutzt :-) ein, der 
bei 15V auch einen sehr guten Temperaturkoeffizienten (0,01%/K) besitzt 
und im kHz-Bereich sehr geringe Ströme benötigt.
Als Spannungsregler für den 4046 würde natürlich nur einer mit einem 
geringen Ruhestrom in Frage kommen (so etwas wie LP2950), allerdings 
finde ich dort keinen fixen für 15V. Die im 4046 integrierte Zenerdiode 
dürfte einen zu großen Strom benötigen.

Unterhalb des Kopplers würde ich fräsen, um die Überschlagsfestigkeit zu 
erhöhen (das Thema hatten wir ja erst ;-).

Die 24V-Seite dürfte sich einfacher gestalten: ich würde einen kleinen 
Controller einsetzen, um die Optokopplerfrequenz zu überwachen, 
Störungen rauszufiltern und dann ggf. das Relais abfallen zu lassen usw. 
- die Ansprechspannung könnte man fest einprogrammieren oder aber per 
Poti einstellbar machen. Ein einmal abgefallenes Relais verbleibt in dem 
Zustand, so dass man anhand der LED direkt sehen kann, dass etwas mit 
der Zwischenkreisspannung nicht in Ordnung ist.

Gibt es - insbesondere auf der 250V-Seite - bessere Möglichkeiten? 
Vermutlich gibt es bessere Low-Power-ICs als den 4046? oder eventuell 
eine PWM? Gibt es eventuell bessere Methoden, aus einer hohen Spannung 
ohne Wandler eine stabile Spannung für den Oszillator bei sehr geringen 
Strömen zu gewinnen? Passende Optokoppler, die sich mit 0,5mA begnügen, 
findet man ja.

Die Spannungsteiler (je einen für die Spannungsversorgung des ICs und 
einen für den VCO-Eingang) wollte ich mit mehreren bedrahteten 
Metallschichtwiderständen aufbauen, um die Spannungsfestigkeit zu 
garantieren.

Was wäre noch ratsam? Vielleicht noch Varistoren/Dioden an den 
Spannungsteilern, um Spitzen abzufangen?

Vielen Dank für alle Ideen :-)

: Verschoben durch Moderator
von Alexxx (Gast)


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>> Um bei einem Ausfall desselben eine Sicherheitsabschaltung durch 
Bremswiderstände per Not-Aus einzuleiten...

- Warum sollte der Chopper ausfallen?
- "Sicherheitsabschaltung durch Bremswiderstände" Ja welche denn? Die, 
die ausgefallen sind?
- Was soll ein Not-Aus ohne einen Ver-Heizwiderstand? Wo soll denn die 
Energie hin?

Das mit dem Bremswiderstand wird so bei jedem Wechselrichter gemacht!...
...und bei allen anderen geht das so...

Wenn dieser ausfällt, was soll dann das ganze Not-Aus-Gedöhns bringen?
Aber ich verstehe deinen ganzen "Lösungs"ansatz nicht.
Das riecht mir nach einer verworrenen Panikschaltung.
Ich bin mir sicher, dass selbst wenn - man das vernünftiger Weise
komplett anders realisieren würde. Auf jeden Fall ohne VCO!!
Deshalb auch keine konkrete Hilfe zum Optokoppler, etc.
Beschreib' das mal so, dass Außenstehende die grundlegenden Dinge auch 
verstehen.

von A-Freak (Gast)


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Du könntest die Spannung im 250V-Kreis mit einem Differenzverstärker von 
der 24V-Seite aus messen, z.B. 
https://www.diyaudio.com/forums/equipment-and-tools/285001-safe-inexpensive-probe-direct-mains-measurements.html

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Alexxx schrieb:
>>> Um bei einem Ausfall desselben eine Sicherheitsabschaltung durch
> Bremswiderstände per Not-Aus einzuleiten...
>
> - Warum sollte der Chopper ausfallen?

Weil er defekt ist :-)
Ich hatte diesen Fall jetzt in meiner Simudrive 610 und es hat mir die 
Endstufe zerlegt (siehe im anderen Thread).

> - "Sicherheitsabschaltung durch Bremswiderstände" Ja welche denn? Die,
> die ausgefallen sind?

Nein, das sind Extra-Widerstände, die beim Not-Aus-Fall per Schütz für 
alle Servophasen zugeschaltet werden und komplett unabhängig vom Chopper 
sind (Sicherheitsprinzip). Gleichzeitig wird die Endstufe inkl. 
Zwischenkreis komplett vom Netz getrennt.

> - Was soll ein Not-Aus ohne einen Ver-Heizwiderstand? Wo soll denn die
> Energie hin?

Das wäre in der Tat schlecht. Also: die Widerstände gibt es unabhängig 
vom Chopper. Im anderen Thread habe ich den Schaltplan der Endstufen im 
Eröffnungsposting hochgeladen:

Beitrag "Spannungsbegrenzung im Zwischenkreis Servo-Antrieb prüfen"

> Das mit dem Bremswiderstand wird so bei jedem Wechselrichter gemacht!...
> ...und bei allen anderen geht das so...

Alles richtig - aber wenn der Chopper ausfällt (aus welchem Grund auch 
immer), dann zerlegt es eben im Zweifel durch die extreme Überspannung 
alle Servoendstufen = sehr teuer. Bei mir hat es glücklicherweise nur 
eine Phase des Spindelantriebs zerlegt und war reparierbar.

> Ich bin mir sicher, dass selbst wenn - man das vernünftiger Weise
> komplett anders realisieren würde. Auf jeden Fall ohne VCO!!

Dann immer her damit. Deswegen habe ich den Thread ja eröffnet :-)

> Deshalb auch keine konkrete Hilfe zum Optokoppler, etc.
> Beschreib' das mal so, dass Außenstehende die grundlegenden Dinge auch
> verstehen.

Ich empfehle, dazu auch kurz den anderen Thread zu lesen (sind nur zehn 
Beiträge).

: Bearbeitet durch Moderator
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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A-Freak schrieb:
> Du könntest die Spannung im 250V-Kreis mit einem Differenzverstärker von
> der 24V-Seite aus messen, z.B.
> 
https://www.diyaudio.com/forums/equipment-and-tools/285001-safe-inexpensive-probe-direct-mains-measurements.html

Das ist mir ehrlich gesagt zu riskant. Ich möchte eine echte, sichere 
galvanische Trennung zwischen 250V- und 24V-Kreis haben.

von Jörg K. (joergk)


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Mein Vorschlag: Alles auf der ZK-Seite realisieren und dann nur noch die 
Relaiskontakte in den Not-Aus-Kreis hängen.

Oder das hier kaufen: 
https://de.dold.com/produkte/schaltgeraete/ueberwachungstechnik/mess-und-ueberwachungsrelais/messrelais-zur-spannungsueberwachung/mk-9054n.html

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Jörg K. schrieb:
> Mein Vorschlag: Alles auf der ZK-Seite realisieren und dann nur noch die
> Relaiskontakte in den Not-Aus-Kreis hängen.

Das wäre eine Option, allerdings dann mit Schaltregler. Wobei - ich 
müsste nochmal das Endstufenhandbuch rauskramen. Ich meine mich dunkel 
zu erinnern, dass es da herausgeführte Hilfsspannungen von +30V und 
+/-15V gab. Die könnte ich anzapfen.

Edit: Das mit den Hilfsspannungen klappt wohl doch nicht so einfach, 
weil die aus der Zwischenkreisspannung generiert werden und diese per 
Strombegrenzung hochgefahren wird, was etwa eine Sekunde nach 
Einschalten der Maschine geschieht. Damit würde aber das Relais noch 
abgefallen sein, wenn die Not-Aus-Überwachung aktiviert wird und direkt 
ein Not-Aus auslösen. Um das zu verhindern, müsste das Relais im 
stromlosen Zustand schließen, was im Not-Aus-Kreis ja eher unschön ist.

Ich werde die ZK-Seite wohl oder übel separat über ein 230V/24V-Modul 
versorgen müssen, um ein korrektes verhalten beim Einschalten zu haben 
und ein Wiedereinschalten des Relais nach dem Störfall zu verhindern.

> Oder das hier kaufen:
> 
https://de.dold.com/produkte/schaltgeraete/ueberwachungstechnik/mess-und-ueberwachungsrelais/messrelais-zur-spannungsueberwachung/mk-9054n.html

Die hatte ich ja im Blick, allerdings sind mir die garantierten 
Verzögerungszeiten beim Auslösen doch zu groß: bei normaler 
Schwellenüberschreitung dauert es fast 90ms, bis das Relais anspricht. 
Wenn man bedenkt, dass dann die Relais/Schütze im Not-Aus-Kreis noch gar 
nichts gemacht haben, wird es zeitlich ziemlich eng.

: Bearbeitet durch Moderator
von _Gast (Gast)


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Hm,


warum nicht einfach einen zweiten Bremschopper zusätzlich einbauen, und 
diesen ein wenig umdimensionieren das er um 5V höher liegt als der 
erste?

Wenn ich dann noch die Temperatur der Bremswiderstände überwache sehe 
ich sobald der "höhere" Bremschopper aktiv wird.

Bei der Schaltung kann ich mich dann von der vorhandenen Steuerung 
bedienen, und die Versorgung sollte ja auch kein Problem sein...


mfg
Gast

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Nein, das sind Extra-Widerstände, die beim Not-Aus-Fall per Schütz für
> alle Servophasen zugeschaltet werden und komplett unabhängig vom Chopper
> sind (Sicherheitsprinzip). Gleichzeitig wird die Endstufe inkl.
> Zwischenkreis komplett vom Netz getrennt.

Und dann bremst er noch?

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Bei mir wird das die angehängte Schaltung.

Beitrag "Arduino Kondensatormotor Drehzahlsteuerung"

Ich schalte dann die Ansteuerung der Halbbrücken ab.

LG
old.

von Volker S. (sjv)


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Chris D. schrieb:
> Die Spannungsteiler (je einen für die Spannungsversorgung des ICs und
> einen für den VCO-Eingang) wollte ich mit mehreren bedrahteten
> Metallschichtwiderständen aufbauen, um die Spannungsfestigkeit zu
> garantieren.

Nur sinnvoll wenn beim ZK keine Störspannungen vom WR überlagert sind.
Metallschicht-R vertragen keine hohen Spannungssteilheiten, die führen 
langfristig zu Widerstandsänderungen. Besser: 2% Kohleschicht-R.

von Andrew T. (marsufant)


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Chris D. schrieb:
> Gibt es - insbesondere auf der 250V-Seite - bessere Möglichkeiten?
> Vermutlich gibt es bessere Low-Power-ICs als den 4046?

So wie Du es beschreibst benötigst Du nur ein einfaches H/L Signal.
d.h. ein LT1017 plus lowcurrent Referenz (z.B. LT1004) genügt vollauf, 
um mit 300uA im 250V Kreis einen Optokoppler anzusteuern.
Dieser darf an der LED auch mal 50mA Pulsstrom haben, die Du aus dem 
Kondensatorgepufferten Netteil des LT Kreises gewinnst - somit kommst Du 
locker unter 300 uA im 250V kreis. Reaktion binnen << 30 us möglich, 
langsamer geht immer.

V/F Wandler also eher unnötig und Du verlierst Zeit auf der 
Auswerteseite.
Da hast Du im kHz Bereich einige Puls-Zyklen die Du benötigst, also < 
1ms wird schwer.


> Die Spannungsteiler (je einen für die Spannungsversorgung des ICs und
> einen für den VCO-Eingang) wollte ich mit mehreren bedrahteten
> Metallschichtwiderständen aufbauen, um die Spannungsfestigkeit zu
> garantieren.

Kannst du prinzipiell so machen. Wenn Du an jeden 0603 jeweils weniger 
als 70V anlegst, ist das >> 10 Jahre stabil .-)


>
> Was wäre noch ratsam? Vielleicht noch Varistoren/Dioden an den
> Spannungsteilern, um Spitzen abzufangen?


Varistor VOR dem Spannungsteiler
Diode + Kondensator am Fußpunkt des Spannungsteiler - aber bitte RC 
Konstante so berechnen, das da die Zeit sinnvoll schnell ist.
Wenn Du da SEHR Tiefpaßfilterst, ist der nachfolgende Komparator nicht 
in Lage das gewünschte Signal schnell zu liefern.
Diode zum Schutz des Eingangs, ist aber beim LT und hochohmigem Teiler 
unnötiger Aufwand. Schaden tut es dennoch nicht .-)

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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_Gast schrieb:
> warum nicht einfach einen zweiten Bremschopper zusätzlich einbauen, und
> diesen ein wenig umdimensionieren das er um 5V höher liegt als der
> erste?

Könnte man wohl prinzipiell machen und hatte ich anfangs auch schon 
angedacht. Allerdings sitzt die Baugruppe zur Spannungsbegrenzung 
huckepack auf dem Netzteil der Endstufe und läuft nicht alleine oder man 
müsste sehr viel umstricken (siehe Foto).

Komplette, unabhängige Einheiten für diesen Zweck habe ich leider noch 
nicht gesehen, obwohl das Prinzip ja sehr einfach ist. Meist wird das 
wohl direkt integriert.

Aus der W. schrieb:
> Und dann bremst er noch?

Ja klar. Die "Notbremswiderstände" werden über zwei Schütze 
zugeschaltet, die ihre Versorgung nicht über die Servoendstufen sondern 
davon getrennt erhalten.

Volker S. schrieb:
> Nur sinnvoll wenn beim ZK keine Störspannungen vom WR überlagert sind.
> Metallschicht-R vertragen keine hohen Spannungssteilheiten, die führen
> langfristig zu Widerstandsänderungen. Besser: 2% Kohleschicht-R.

Danke für den Hinweis! Dann nehme ich die guten alten Teile :-)

---

Ich habe gestern noch hin und her überlegt bzgl. der Frage der 
Versorgung auf der Zwischenkreisseite. Das würde zwingend eine eigene 
Stromversorgung dort voraussetzen, weil die Endstufe bei Not-Aus 
komplett totgelegt wird. Sie würde dann sonst also wieder anlaufen, wenn 
die Versorgungsspannung so weit abgefallen ist, dass die Überwachung 
abschaltet.

Meine ursprüngliche Version hätte diesen Nachteil nicht, weil die 24V in 
jedem Fall stabil anliegen und auch sofort da sind (keine 
Einschaltstrombegrenzung).

Auf den VCO kam ich, weil ich so zumindest eine gewisse Überwachung der 
ZK-Seite habe. Wenn ich dort mit einem einfachen Komparator arbeiten 
würde, könnte ich mir nicht sicher sein, dass dieser auch wirklich 
arbeitet und nicht alles dort abgeraucht ist, weil er den OC ja nur im 
Fehlerfall schalten würde. Natürlich bietet das keine 100%-Sicherheit, 
weil auch der VCO spinnen kann, aber so könnte ich die Spannung wirklich 
messen und auch im Normalbetrieb schon kontrollieren, dass sie sich 
ändert beim Anlaufen/Bremsen der Hauptspindel.

Das einzige, das ich dafür benötige, wäre eben ein Spannungsregler, der 
mir stabile 15V bei 1mA liefert und dabei einen sehr geringen Ruhestrom 
hat. Mit dem 1mA könnte ich einen 4046 und den OC versorgen (wobei der 
OC bei symmetrischem Rechteck ja sowieso nur die Hälfte der Zeit Strom 
zieht).

Einen fixen 15V-Regler (oder auch 12V-Regler) mit den Werten kann ich 
mir wohl abschminken. Es bliebe die Frage, ob man den Spannungsteiler 
für die Spannungseinstellung bei den einstellbaren Typen so 
dimensionieren kann, dass dort nur minimale Ströme fliessen.

Es ist wohl Datenblattwälzen angesagt - beginnend mit dem LP2950.

Wer Typen kennt, die Obiges leisten: immer her damit. Bevorzugt wäre 
allerdings bedrahtet :-/

: Bearbeitet durch Moderator
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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@Andrew: Vielen Dank für die Infos - hat sich jetzt überschnitten.

Ich schaue mir die LTs mal in Ruhe an.

von Andrew T. (marsufant)


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Chris D. schrieb:

>
> Ich schaue mir die LTs mal in Ruhe an.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/10178ff.pdf

dort p. 10   (als Einstieg...)

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Auf den VCO kam ich, weil ich so zumindest eine gewisse Überwachung der
> ZK-Seite habe. Wenn ich dort mit einem einfachen Komparator arbeiten
> würde, könnte ich mir nicht sicher sein, dass dieser auch wirklich
> arbeitet und nicht alles dort abgeraucht ist, weil er den OC ja nur im
> Fehlerfall schalten würde.

Doch kannst Du, siehe Anhang.

Chris D. schrieb:
> Aus der W. schrieb:
>> Und dann bremst er noch?
>
> Ja klar. Die "Notbremswiderstände" werden über zwei Schütze
> zugeschaltet, die ihre Versorgung nicht über die Servoendstufen sondern
> davon getrennt erhalten.

Das ist nicht klar. Es kann auch sein, dass der Motor dann
ungebremst ausläuft und der Zwischenkreis entladen wird.

Und wenn die Servoendstufen nicht arbeiten, geht die Zwischenkreis-
Spannung nicht mehr höher.

LG
old.

LG
old.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Aus der W. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Auf den VCO kam ich, weil ich so zumindest eine gewisse Überwachung der
>> ZK-Seite habe. Wenn ich dort mit einem einfachen Komparator arbeiten
>> würde, könnte ich mir nicht sicher sein, dass dieser auch wirklich
>> arbeitet und nicht alles dort abgeraucht ist, weil er den OC ja nur im
>> Fehlerfall schalten würde.
>
> Doch kannst Du, siehe Anhang.

Sehe ich nicht. Warum sollte sich bei V(ZK) = 250V DC am 
Optokopplerzustand permanent irgendetwas ändern und man so die ZK-Seite 
überwachen können?

> Chris D. schrieb:
>> Aus der W. schrieb:
>>> Und dann bremst er noch?
>>
>> Ja klar. Die "Notbremswiderstände" werden über zwei Schütze
>> zugeschaltet, die ihre Versorgung nicht über die Servoendstufen sondern
>> davon getrennt erhalten.
>
> Das ist nicht klar. Es kann auch sein, dass der Motor dann
> ungebremst ausläuft und der Zwischenkreis entladen wird.

Doch, das war klar, weil ich ja genau das vorher schrieb :-)

"Nein, das sind Extra-Widerstände, die beim Not-Aus-Fall per Schütz für 
alle Servophasen zugeschaltet werden und komplett unabhängig vom Chopper 
sind (Sicherheitsprinzip). Gleichzeitig wird die Endstufe inkl. 
Zwischenkreis komplett vom Netz getrennt."

Damit bremst ein Not-Aus die Motoren bis zum Stillstand ab.

> Und wenn die Servoendstufen nicht arbeiten, geht die Zwischenkreis-
> Spannung nicht mehr höher.

Was beim Not-Aus ja auch keine Rolle spielt. Es geht ja darum, bei 
normaler Rekuperation eine Überspannung zu erkennen und dann ein Not-Aus 
einzuleiten.

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Warum sollte sich bei V(ZK) = 250V DC

Habe das auf 750V eingestellt, weil mein Zwischenkreis
ab 750V Meldung machen soll.
Beitrag "Arduino Kondensatormotor Drehzahlsteuerung"

Chris D. schrieb:
> Gleichzeitig wird die Endstufe inkl.
> Zwischenkreis komplett vom Netz getrennt."
>
> Damit bremst ein Not-Aus die Motoren bis zum Stillstand ab.

Na Deine Bremse habe ich noch nicht kapiert.
Muss ich aber auch nicht.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Ich habe mir heute Abend diese gebaut.

LG
old.

von Gerd E. (robberknight)


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Chris D. schrieb:
> Meine ursprüngliche Version hätte diesen Nachteil nicht, weil die 24V in
> jedem Fall stabil anliegen und auch sofort da sind (keine
> Einschaltstrombegrenzung).

Wie wäre es mit einem isolierten DC/DC-Wandler von den 24V auf die Seite 
des ZK?

> Auf den VCO kam ich, weil ich so zumindest eine gewisse Überwachung der
> ZK-Seite habe. Wenn ich dort mit einem einfachen Komparator arbeiten
> würde, könnte ich mir nicht sicher sein, dass dieser auch wirklich
> arbeitet und nicht alles dort abgeraucht ist, weil er den OC ja nur im
> Fehlerfall schalten würde. Natürlich bietet das keine 100%-Sicherheit,
> weil auch der VCO spinnen kann, aber so könnte ich die Spannung wirklich
> messen und auch im Normalbetrieb schon kontrollieren, dass sie sich
> ändert beim Anlaufen/Bremsen der Hauptspindel.

Ein ähnliches Problem hab ich so gelöst: Auf der Seite, auf der die 
Messung gemacht wird, sitzt ein kleiner µC (bei mir: STM32F030F4) und 
misst per ADC. Bei mir muss er zusätzlich noch ein Bus abfragen und ein 
paar GPIOs vergleichen, daher ging es nicht ohne µC.

Letztlich gibt der µC einen festen Takt aus (etwa 50kHz) solange alles 
ok ist und treibt damit einen Optokoppler. Der Takt wird in der 
Main-Loop per Bitbang gemacht. Wenn da sich was aufhängen sollte, bleibt 
der Takt aus. Genauso wenn der Watchdog zuschlagen sollte.

Auf der anderen Seite der Isolation sitzt ein 74LVC1G123. Wenn der Takt 
für etwa 200µs ausfällt, schlägt das Monoflop Alarm und schaltet damit 
alles ab. Zum Einschalten muss man explizit einen Taster betätigen und 
damit das Abschalten kurz überbrücken.

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Aus der W. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Warum sollte sich bei V(ZK) = 250V DC
>
> Habe das auf 750V eingestellt, weil mein Zwischenkreis
> ab 750V Meldung machen soll.
> Beitrag "Arduino Kondensatormotor Drehzahlsteuerung"

Ja, das wäre dann Andrews Vorgehensweise. Aber dann hätte ich eben keine 
Überwachung der ZK-Spannung + Kontrolle, dass auf der ZK-Seite alles 
arbeitet. Darum ging es ja.

> Chris D. schrieb:
>> Gleichzeitig wird die Endstufe inkl.
>> Zwischenkreis komplett vom Netz getrennt."
>>
>> Damit bremst ein Not-Aus die Motoren bis zum Stillstand ab.
>
> Na Deine Bremse habe ich noch nicht kapiert.
> Muss ich aber auch nicht.

Ist doch nicht schwer :-)

Es gibt zwei voneinander getrennte Kreise:

1. Die Servoendstufe wird mit 250V DC aus einem Spartrafo + dickem Elko 
versorgt und besitzt einen Bremschopper mit eigenem Widerstand. Dieser 
sorgt beim Abbremsen der Servos für eine Begrenzung der ZK-Spannung auf 
etwa 330V. Das ist der normale Fall.

2. Der Not-Aus-Kreis wird über die bekannten roten Pilzrasttaster (und 
die Werkzeugrevolversteuerung) aktiviert  und trennt die Servoendstufe 
von der Spannungsversorgung und schaltet auf alle Servophasen die 
Notbremswiderstände auf, schließt die Dinger also quasi kurz.

Ich möchte mein Überspannungsrelais in diesen Not-Aus-Kreis 
einschleifen, so dass bei Ausfall des Bremschoppers sofort sämtliche 
weitere Rekuperationsleistung in den Not-Aus-Widerständen verbraten wird 
und die ZK-Spannung nicht weiter ansteigt.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Gerd E. schrieb:
> Wie wäre es mit einem isolierten DC/DC-Wandler von den 24V auf die Seite
> des ZK?

Das hatte ich auch schon überlegt.
Allerdings nimmt der Wandler doch ordentlich Platz weg und meist 
benötigt man bei den Dingern noch eine nachgeschaltete 
Spannungsregelung, weil der Ripple doch ziemlich groß ist.

> Ein ähnliches Problem hab ich so gelöst: Auf der Seite, auf der die
> Messung gemacht wird, sitzt ein kleiner µC (bei mir: STM32F030F4) und
> misst per ADC. Bei mir muss er zusätzlich noch ein Bus abfragen und ein
> paar GPIOs vergleichen, daher ging es nicht ohne µC.

> Letztlich gibt der µC einen festen Takt aus (etwa 50kHz) solange alles
> ok ist und treibt damit einen Optokoppler. Der Takt wird in der
> Main-Loop per Bitbang gemacht. Wenn da sich was aufhängen sollte, bleibt
> der Takt aus. Genauso wenn der Watchdog zuschlagen sollte.
>
> Auf der anderen Seite der Isolation sitzt ein 74LVC1G123. Wenn der Takt
> für etwa 200µs ausfällt, schlägt das Monoflop Alarm und schaltet damit
> alles ab. Zum Einschalten muss man explizit einen Taster betätigen und
> damit das Abschalten kurz überbrücken.

Ja, mit dem Monoflop hatte ich auch schon geliebäugelt.

Eine andere Möglichkeit wäre der Bau einer PWM/VCO aus den 
LowPower-OpAmps, die Andrew vorgeschlagen hat. Allerdings benötigt man 
dann wieder einiges an Hühnerfutter (Platzbedarf).

Ideal wäre wohl ein VCO, der ein sehr kleines Puls-Pausen-Verhältnis 
hat, da dann der OK im Mittel nur sehr wenig Strom ziehen würde.

Ich hab gestern mal etwas mit dem 4046 gespielt. Auch bei 10kHz/5V zieht 
der keine 20µA. Vom Ausgangsstrom her könnte der einen 6N139 mit 200µA 
treiben. Ein LP2950 nach einem passenden Spannungsteiler könnte das also 
alles mit sehr wenig Ruhestrom versorgen. Damit wäre ein 
Netzteil/Wandler unnötig.

Auf der Sekundärseite hätte ich dann einen Tiny85, der sich die Spannung 
anschauen und bei Bedarf Alarm schlagen würde (=Relais schalten). Ich 
hab hier noch Axicom V23026-D1021-B201. Die sind klein und schalten bei 
5V/14mA, so dass ich das Ding sogar direkt an einen Pin hängen könnte.

Am schönsten wäre ein sparsamer 8-Pinner als VCO mit einstellbarem 
Puls-Pausen-Verhältnis :-)

: Bearbeitet durch Moderator
von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> schaltet auf alle Servophasen die
> Notbremswiderstände auf, schließt die Dinger also quasi kurz.

Mein Motor bremst so nicht. Da müsste ich schon DC
auf die Wicklung legen oder die Frequenz vom Umrichter
so schnell absenken, dass der Motor gerade nicht kippt
(Schlupf). Dann geht die Zwischenkreisspannung hoch.

Mein nächster Inverter speist zurück ins Netz.

LG
old.

von wendelsberg (Gast)


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Wie waere es mit einer Stromueberwachung fuer die Bremswiderstaende, die 
auswertet, dass bei zugeschalteten Bremswiderstaenden auch Strom durch 
diese fliessen muss?

Strommfluss - und da reicht ja eine Ja/Nein-Aussage - kann man 
galvanisch getrennt einfach ueberwachen.

wendelsberg

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Chris D. schrieb:
> DIN-Schienen-Gehaeuse-Lochraster.jpg
> glücklicherweise preiswert (10€, siehe Foto)

Ist die Platine spiegelverkehrt geschnitten worden?

Wenn ja, dann wäre das nicht preiswert.

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> DIN-Schienen-Gehaeuse-Lochraster.jpg
>> glücklicherweise preiswert (10€, siehe Foto)
>
> Ist die Platine spiegelverkehrt geschnitten worden?
>
> Wenn ja, dann wäre das nicht preiswert.

Das passt schon. Auf dem Foto ist die kupferkaschierte Seite oben :-)

von ArnoR (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Gibt es - insbesondere auf der 250V-Seite - bessere Möglichkeiten?

Ich hatte hier:

Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern"

mal ein paar Schaltungen gezeigt, mit denen man kleine Ströme auf hohem 
Potential optisch getrennt linear messen kann. Die Schaltungen 
funktionieren auch mit Strömen << 1mA highseitig. Du könnest einfach 
einen hochohmigen Widerstand in den High-Kreis legen und so die Spannung 
dort in eine lowseitige Spannung wandeln.

von oldeurope O. (Gast)


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ArnoR schrieb:
> mal ein paar Schaltungen gezeigt

Danke, gefällt mir.
Wenn man die Zwischenkreisspannung auf einem Display
darstellen will, eine gute Idee.
In meinem Fall wird es nur ein Kasten mit einem Poti
zur Drehzahleinstellung unter der Tischplatte auf der
die Säge angeschraubt ist.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Hier ein paar Bilder und der Sketch zur 
Zwischenkreisspannungsüberwachung:
Beitrag "Re: Arduino Kondensatormotor Drehzahlsteuerung"

LG
old.

von Gerd E. (robberknight)


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Chris D. schrieb:
>> Wie wäre es mit einem isolierten DC/DC-Wandler von den 24V auf die Seite
>> des ZK?
>
> Das hatte ich auch schon überlegt.
> Allerdings nimmt der Wandler doch ordentlich Platz weg

Ist denn der Platz auf Deiner Hutschiene so ein kritisches Thema?

Eine andere Alternative wäre ein weiteres Netzteil. Wenn Du keine große 
Leistung brauchst, gibt es z.B. welche in 1 TE für ca. 10 EUR von 
Meanwell in verschiedenen gängigen Spannungen.

> und meist
> benötigt man bei den Dingern noch eine nachgeschaltete
> Spannungsregelung, weil der Ripple doch ziemlich groß ist.

Naja, Du musst doch deine ZK-Spannung nicht auf 3 Stellen hinterm Komma 
genau messen. Und wenn Du nicht grade den allerbilligsten Wandler 
nimmst, sollten Ripple&Noise unter 150mV bleiben.

> Am schönsten wäre ein sparsamer 8-Pinner als VCO mit einstellbarem
> Puls-Pausen-Verhältnis :-)

Wie wäre es mit einem sparsamen 8-Bit µC mit ADC? Als Ausgang kannst Du 
dann z.B. auch UART nehmen, darauf dürfte schneller zu reagieren sein 
als PWM/PDM und ähnliches.

von Andre (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Allerdings nimmt der Wandler doch ordentlich Platz weg und meist

Du kannst in dem Hutschienengehäuse bestimmt zweistöckig bauen, das 
sollte machbar sein!
Ich würde einen DC/DC Wandler mit 9V Ausgangspannung verwenden. Dahinter 
ein L/C Filter und Linearregler. Das sollte für einen kleinen Controller 
mit 10 Bit ADC ausreichen. Selbst wenn das LSB zappelt, kommst du immer 
noch auf ca. 1V nutzbare Auflösung.

Das Relais Steuersignal überträgst du dann z.B. mit einem 6N137 zur 24V 
Seite. Da könnte man sich noch überlegen, ob der Controller als 
"Lebenszeichen" sein okay-Signal irgendwie moduliert ausgeben muss.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Gerd E. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>>> Wie wäre es mit einem isolierten DC/DC-Wandler von den 24V auf die Seite
>>> des ZK?
>>
>> Das hatte ich auch schon überlegt.
>> Allerdings nimmt der Wandler doch ordentlich Platz weg
>
> Ist denn der Platz auf Deiner Hutschiene so ein kritisches Thema?

Ja, da ist es extrem eng. Ich bekomme gerade noch so dieses Gehäuse auf 
einer Schiene untergebracht :-/

> Eine andere Alternative wäre ein weiteres Netzteil. Wenn Du keine große
> Leistung brauchst, gibt es z.B. welche in 1 TE für ca. 10 EUR von
> Meanwell in verschiedenen gängigen Spannungen.

Ja, das geht natürlich immer (hätte ich auch hier), aber platzmäßig ist 
das leider nicht möglich. Außerdem wollte ich die Überwachung so kompakt 
wie möglich halten, um sie auch leicht in anderen Maschinchen einsetzen 
zu können :-)

>> und meist
>> benötigt man bei den Dingern noch eine nachgeschaltete
>> Spannungsregelung, weil der Ripple doch ziemlich groß ist.
>
> Naja, Du musst doch deine ZK-Spannung nicht auf 3 Stellen hinterm Komma
> genau messen. Und wenn Du nicht grade den allerbilligsten Wandler
> nimmst, sollten Ripple&Noise unter 150mV bleiben.

Ja, aber das wäre bei 5V als Maximalwert schon einiges..

>> Am schönsten wäre ein sparsamer 8-Pinner als VCO mit einstellbarem
>> Puls-Pausen-Verhältnis :-)
>
> Wie wäre es mit einem sparsamen 8-Bit µC mit ADC? Als Ausgang kannst Du
> dann z.B. auch UART nehmen, darauf dürfte schneller zu reagieren sein
> als PWM/PDM und ähnliches.

Das hatte ich auch schon überlegt. Laut Datenblatt würde der Attiny85 
0,5mA bei 500kHz und 5V ziehen. Das wäre zusammen mit 200µA für den 
6N139 voll im Soll. Ich müsste dann nur dafür sorgen, dass das Relais 
auf der 24V-Seite  Selbsthaltefunktion hat, aber das ist ja nicht 
schwer.

: Bearbeitet durch Moderator
von wellmean (Gast)


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Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern" ist mein Favorit für 
billige galvanisch getrennte Strom/Spannungsmessung die keine extra 
Stromversorgung auf der Primärseite braucht.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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wellmean schrieb:
> Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern" ist mein Favorit für
> billige galvanisch getrennte Strom/Spannungsmessung die keine extra
> Stromversorgung auf der Primärseite braucht.

Danke, aber das hatte Arno schon weiter oben ins Spiel gebracht ;-)

---

So viele Vorschläge... :-)

Im Moment tendiere ich zu Gerds Lösung mit dem ATtiny85 auf der 
Primärseite. Damit ist eine genaue Messung möglich und den Koppler 
könnte man mit 1mA aus einem LP2950 versorgen, so dass keine weitere 
Stromversorgung nötig wäre. Über das angesprochene Monoflop kann man 
eine Überwachungsfunktion einrichten und die Haltefunktion des Relais' 
nach dem Auslösen kann man direkt mit den 24V der Sekundärseite 
realisieren, so dass man dort auch keine weitere Spannungsregelung 
benötigt.

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Damit ist eine genaue Messung möglich und den Koppler
> könnte man mit 1mA aus einem LP2950 versorgen

Und wo ist da jetzt der Vorteil gegenüber der TL431 Lösung?
Brauchst Du nicht eigentlich einen Shuntregler?

LG
old.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Aus der W. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Damit ist eine genaue Messung möglich und den Koppler
>> könnte man mit 1mA aus einem LP2950 versorgen
>
> Und wo ist da jetzt der Vorteil gegenüber der TL431 Lösung?

Ich kann die Spannung permanent überwachen und bspw. bei falscher 
Normalspannung (Spannung, die deutlich von den 250V abweicht) 
abschalten.

Und ich kann auf der Sekundärseite eine Überwachung der Spannungsmessung 
selbst installieren (bspw. durch ein retriggerbares Monoflop). Fallen 
die Pulse aus, gibt es da einen Defekt.

> Brauchst Du nicht eigentlich einen Shuntregler?

Warum? Der µC zieht immer unterschiedliche Ströme.

Davon abgesehen habe ich noch 20 Stück LP2950 rumliegen :-)

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Warum?

Du willst doch über einen Vorwiderstand versorgen, oder?

LG
old.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Aus der W. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Warum?
>
> Du willst doch über einen Vorwiderstand versorgen, oder?

Über einen Spannungsteiler. Klar, der wird dann belastet. Aber man kann 
ihn passend auslegen, so dass der LP2950 auch bei maximalem Strom durch 
µC und OK immer genug "Luft" zum Atmen hat.

Mit einem Kondensator puffern wird man natürlich auch noch, so wie 
Andrew vorschlug.

Ich habe gerade nochmal beim Tiny85 geschaut. Im "ADC noise reduction 
mode" kann man wohl noch unter die 140µA des Idle mode kommen, insgesamt 
mit ADC also deutlich unter 300µA (bei 500kHz).

Wenn man dann noch den OK nur "blitzen lässt" um das Monoflop zu 
triggern, so fällt dieser bei der Stromentnahme fast weg.

Man muss den Spannungsteiler also so auslegen, dass er von 0 bis 300µA 
Stromentnahme und 250V bis 500V Spannung dem LP2950 minimal vielleicht 
10V und maximal 25V zur Verfügung stellt.

Das sollte machbar sein.

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Über

Ich meine, dass Du mit einem Shuntregler besser bedient bist.
genau kann ich das aber erst mit Schaltung sagen.

LG
old.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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ArnoR schrieb:
> Ich hatte hier:
>
> Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern"
>
> mal ein paar Schaltungen gezeigt, mit denen man kleine Ströme auf hohem
> Potential optisch getrennt linear messen kann. Die Schaltungen
> funktionieren auch mit Strömen << 1mA highseitig. Du könnest einfach
> einen hochohmigen Widerstand in den High-Kreis legen und so die Spannung
> dort in eine lowseitige Spannung wandeln.

Nach einigem Hin und Her werde ich wohl Arnos Schaltungsvariante testen.

Besonders elegant ist, dass auf der ZK-Seite nur noch der zusätzliche 
Widerstand zur Strombegrenzung vorhanden ist.

Prinzipiell könnte man natürlich die Übertragungskurve eines OK 
ausmessen und im Tiny speichern, aber OK altern ja durchaus.

Außerdem gefällt mir der Schaltungsansatz und die sehr lineare 
Übertragungsfunktion (ist ja geradezu erschreckend perfekt :-)

Was ich noch nicht entschieden habe, ist, ob ich Arnos rein analogen 
Ansatz verwende und dann per ADC abgreife oder aber den Controller 
zusätzlich auch mit der Regelung des Stroms selbst beauftrage.

Ich muss mal schauen, welche 4-fach-Koppler für die geringen Ströme 
geeignet sind. Die Idee mit dem Abknipsen der Beinchen der beiden 
mittleren OKs gefällt mir. Das sollte für ausreichende 
Spannungsfestigkeit sorgen.

Getrennte Koppler sind vermutlich keine so gute Idee, weil der 
Vorwiderstand im ZK doch warm wird. Es soll ja auch halbwegs genau sein 
:-)

Edit: Der PC845 (LTV845) von LiteOn sieht vielversprechend aus. Schon ab 
0,1mA hat er ein vernünftiges CTR und im für mich interessanten Bereich 
(1-2mA) laut CTR/If-Diagramm sein Peak.

: Bearbeitet durch Moderator
von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Nach einigem Hin und Her werde ich wohl Arnos Schaltungsvariante testen.

Ich war auch ganz hin und her gerissen, weil ich ja jetzt
Platz auf der Leiterplatte gewonnen habe.

Aber die Argumente von falk und Messungen an Optokopplern
haben mich jetzt davon abgebracht.

Ich möchte noch messen, ob die Zwischenkreisspannung einen
Mindestwert erreicht hat und werde das so wie im Anhang
gezeigt, aufbauen.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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...

Das Modell hat einen Fehler, deshalb D2.
Beitrag "Re: Selbstbau von Überspannungsrelais"

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Und mit dem gleichen Schaltungsaufwand kontrolliere ich so
bis zu 4 Spannungswerte genau und reproduzierbar mit
Bandgap-Referenz.

LG
old.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Schöne Schaltung, allerdings ist ein einzelner Widerstand auf der 
ZK-Seite preislich und von der Zuverlässigkeit her  kaum zu schlagen ;-)

Und: mir ist eine kontinuierliche Messung über den gesamten Bereich 
lieber, weil ich so einfach kontrollieren kann, ob auf der Seite noch 
alles ok ist.

Ich kann so bspw. beim ersten Einschalten den 250V-Wert ermitteln und 
Abweichungen davon später auswerten. Sollte aus irgendeinem Grund 
(Vorwiderstände, OK, Gleichrichter, Trafo, 
Endstufen-/Netzteilkurzschluss) dieser Wert abweichen, kann ich das 
erkennen.

Theoretisch könnte ich so sogar die Servos überwachen (Anlaufströme 
etc.)

von oldeurope O. (Gast)


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Chris D. schrieb:
> ein einzelner Widerstand auf der
> ZK-Seite preislich und von der Zuverlässigkeit her  kaum zu schlagen

Die Reihenschaltung mehrerer Widerstände ist wegen der
Spannungsfestigkeit der Einzelwiderstände.

Jedenfalls warte ich Deine Resultate ab, bevor ich
meine Schaltung auf die Unterspannungserkennung erweitere.
Die Überspannungsabschaltung ist ja vorhanden und die ist
lebenswichtig für die Halbbrücken.

Ich würde dann die Mittlere Schaltung von Arno nehmen
(mit nur 5V Versorgung)
und den Collectorwiderstand individuell ausprüfen.
(Dass sich die Spannung von 0...3V im MB bewegen kann.)

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Nicht ohne uns O. schrieb:
> Jedenfalls warte ich Deine Resultate ab

Wie hast Du es denn nun gelöst?

Ich frage deshalb, weil ich dabei bin einen zweiten
FU mit Netzrückspeisung zu bauen.
Dafür wäre es gut, die ZWK-Spannung über einen Opto
auf einen Analog Pin des Arduino zu geben.

LG
old.

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