Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Phase bei Wechselspannung erkennen, Arduino


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von Michael K. (gummiq)


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Hallo zusammen,

ich will bei 230V AC die Phase mit Sicherheit erkennen.
Hintergrund ist meine kleine Hobby-CNC, bei der verschiedene, externe 
230V Komponenten mittels SSR Fotec 20DA geschaltet werden, und die Kiste 
mal hier, mal da, einfach an einer Steckdose angeschlossen wird.
Dabei möchte ich nicht, dass ggf der Null-Leiter geschaltet wird, und 
die ganze Zeit die Phase bis zum Verbraucher ansteht.
Meine Idee ist nun, dass das System über einen Hauptschalter 
eingeschaltet wird, die Phase wird getestet, und wenn alles gut ist, 
bleibt es so, und wenn nicht, wird über ein kleines Schütz die 
Weiterführung von L1 und N vertauscht.
Das kleine 5V Netzteil für den Arduino wird direkt hinter dem 
Hauptschalter angeschlosse, ist also vom möglichen Umschalten nicht 
betroffen, und der UNO hat auch keine weitere Aufgabe, als L1 zu 
detektieren.
Basierend auf den Möglichkeiten eine LED an 230V zu betreiben, habe ich 
den Plan entwickelt. Erst ein Brückengleichrichter, danach also ca. 
325V.
1.2V und 5mA für den PC817 -> ergibt rund 64kΩ, und die verbrannte 
Leistung liegt bei ca. 1.7W. Also 4 x 47kΩ, 0.5W (Parallelschaltung aus 
je 2 in Reihe geschalteten R) und dazu noch ein 50kΩ Poti (2W) in Reihe 
zur "Feinabstimmung".
Nach dem Hauptschalter kommt ein "Seitenstrang", der mit Masse und N 
(oder halt L1), über 2 G3MB-202 in die Messung geht.
Wenn der Arduino dann via Signal vom PC817 bestimmt hat ob gedreht 
werden muss oder nicht (ich denke ein paar Messungen innerhalb einer 
Sekunde), wird der Seitenstrang via den kleinen SSR abgeschaltet und das 
Schütz ist dann entweder angezogen oder halt nicht.
DANACH zieht dann das "Hauptschütz" an, (klingt wild, ist aber nur ein 
Siemens 44E).
Ich Messe zwischen einem (per Definition) N und der Erde.
der FI löst bei den paar mA nicht aus (getestet), dazu kommt, dass ich 
das nur für ca. 1s laufen lasse.
Was glaubt ihr, funktioniert das so?
Auf einer kleinen Platine habe ich die 230V und 5V sauber getrennt, und 
eine Masse-Kupferfläche gibt es im 230V Bereich gar nicht.

Besten Dank für's Lesen :-)

von Helmut -. (dc3yc)


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Dann schalte zweipolig ab, so wie es jeder normale Mensch machen würde 
und lass diesen unnützen Schmodder weg!

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Helmut -. schrieb:
> Dann schalte zweipolig ab, so wie es jeder normale Mensch machen würde
> und lass diesen unnützen Schmodder weg!

Sehe ich auch so. Wie beeinflusst das Konstrukt den FI 
Personenschutzschalter? Vermutlich ist es eh verboten, den Erdleiter für 
funktionale Zwecke zu missbrauchen.

Ansonsten informiere dich mal über Kondensatornetzteile, damit kannst 
du deine Verlustleistung erheblich reduzieren. Mit "Heizwiderständen" 
kannst du heute niemanden mehr positiv beeindrucken. Ich denke dabei an 
so etwas in der Art: http://stefanfrings.de/optokoppler_230v/index.html

Und halte die nach VDE vorgeschriebenen Isolationsabstände ein!

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Michael K. schrieb:

> ich will bei 230V AC die Phase mit Sicherheit erkennen.

Dazu sollte es reichen, den SL über zwei Vorwiderstände und eine
Glimmlampe in Reihe mit einem der stromführenden Leitern zu ver-
binden. Wenn der Stecker falsch herum steckt, leuchtet sie und Du
kannst den Stecker rumdrehen. Normalerweise reicht da ein Strom
von 1mA fürs Leuchten der Glimmlampe aus und der Schutzleiter muss
nicht unnötig belastet werden. Die Glimmlampe sollte so beschaltet
sein, das sie nur bei Falschpolung leuchtet. Dann wird der SL im
Normalfall überhaupt nicht belastet.

von Michael K. (gummiq)


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Vielen Dank für die Antworten.

Entschuldigt bitte den doppelten Thread, Mein PC hatte iwi nicht 
aktualisiert, bzw bei "Veröffentlichen" nicht reagiert

Der komplette Schaltplan für die CNC steht, und ist auch bereits 
verkabelt.
Mir fiel erst später die Problematik mit L1 und N auf.

"Verwenden" der Erdung...
Aus meiner Sicht ist kaum was anderes, als wenn ich z.B. mit einem 
Multimeter die Phase in der Steckdose ausmesse, oder mit einem 
Steckdosenprüfer den FI teste.


Die Verlustleistung ist bei mir zwar höher, ensteht aber nur für 1 
Sekunde, und nur dann, wenn der Hauptschalter eingeschaltet wird.

von Joachim B. (jar)


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von Martin S. (sirnails)


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Michael K. schrieb:
> Was glaubt ihr, funktioniert das so?

Klar kann man das so machen. Aber wozu sich diesen enormen Aufwand 
antun, wenn's komplett unnötig ist (allpolige Abschaltung), oder man mit 
viel weniger Aufwand ans Ziel kommt? Zumal Deine SSR von 2009 sind, und 
längst abgekündigt wurden. Alleine schon die Ersatzteilproblematik 
nervt.

Die Variante mit der profanen Gasentladungslampe wurde ja schon genannt. 
Möglichkeit Nr. 2 ist: Du lässt einen kleinen Prüfstrom nach PE fließen. 
Und wenn da ein Strom fließt, steuert das einen Optokoppler an, der den 
Schütz anzieht. Die separate Versorgung brauchst Du trotzdem, aber bei 
dieser Variante hast Du vier Bauteile und noch ein paar 
Angstwiderstände. Und durch den Hauptschalter, der davor kommt, 0 mA 
Ruhestromaufnahme.

Michael K. schrieb:
> Der komplette Schaltplan für die CNC steht, und ist auch bereits
> verkabelt.
> Mir fiel erst später die Problematik mit L1 und N auf.

Weder sollte das ein Problem sein (abgesehen von persönlichen 
Befindlichkeiten) noch ist das ein Grund, eine sonderbare Lösung zu 
bauen.

Wenn die angeschlossenen Geräte Schuko dran haben, dann müssen sie 
verdrehsicher sein. Nur weil Du einen Schütz davor hängst, ändert sich 
das nicht.

Mir wird der Sinn dieser Übung nicht klar.

von Rainer W. (rawi)


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Michael K. schrieb:
> SSR Fotec 20DA

Martin S. schrieb:
> Zumal Deine SSR von 2009 sind, und längst abgekündigt wurden.

Wahrscheinlich ist ein Fotek SSR-20DA gemeint. So schnell stirbt diese 
Klasse nicht aus und die Ansprüche halten sich bei dieser Schaltung in 
Grenzen.
Notfalls baut man ein SSR-25DA ein.

Wenn es allerdings um sichere Abschaltung geht, würde ich mich nicht 
alleine auf ein SSR verlassen.

von Michael B. (laberkopp)


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Michael K. schrieb:
> Meine Idee ist nun, dass das System über einen Hauptschalter
> eingeschaltet wird, die Phase wird getestet, und wenn alles gut ist,
> bleibt es so, und wenn nicht, wird über ein kleines Schütz die
> Weiterführung von L1 und N vertauscht

Vergiss es.

Es gibt auch 230V Steckdosen mit 115V~ am einen und 115V~ am anderen 
Stift. Oder welche ganz ohne Erdbezug.

Bau deinen zweipolig abschaltenden  Hauptschalter rein, und innerhalb 
der Maschine ist es egal ob N oder L geschaltet wird. Zumal SSR sowieso 
nicht personensicher trennen.

von Michael K. (gummiq)


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Erstmal danke für's Löschen des zweiten Threads und... Eure Antworten

@Msirnails
Das Schütz vertauscht L1 & N.
Zweck der Übung ist, dass ich halt DEFINTIV & automatisch immer den L! 
am SSR habe, und nicht, wenn man nicht daran denkt, den N.
Im Prinzip mache ich ja, was Du vorschlägst.
Ich lasse einen kleinen Prüfstrom, via die LED des Optokopplers, an PE 
fließen. Das werte ich mittels Schaltung aus, und eben dDese ändert es, 
wenn es nicht passt.

@rawi
In der Welt wird allerhand mit 230V SSR geschaltet, und für den 
Staubsauger der die Späne absaugt soll's wohl reichen.
Als (vor ca 100 Jahren) gelernter Elektriker mag ich es halt nicht, wenn 
die Phase im Verbraucher rumschwirrt und der N geschaltet wird.
Vieleicht bekloppt, aber so bin ich halt ;-)


Jepp, Fotec.

Klar ist auch Faulheit dabei, könnte die ganze, vorhandene 
Steuerung/Verkabelung aufreissen und ändern...
Oder halt eben schnell prüfen, und die davorgesetzte Schaltung ändert 
die Positionen von L1 & N und ich fühle mich wohler.

von Michael K. (gummiq)


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Michael B. schrieb:
> Es gibt auch 230V Steckdosen mit 115V~ am einen und 115V~ am anderen
> Stift. Oder welche ganz ohne Erdbezug

Ja, das gibt es bestimmt noch irgendwo, aber nicht in unserem Haus, und 
auch nicht bei meinem Nachbarn, der sich das Ding vlt mal ausleiht.

Ganz ohne Erdbezug ist es z.B. nach meinem Trenntrafo, denn sonst hätte 
ich das gar nicht so schön mit dem Oszi messen können :-)

von Michael K. (gummiq)


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Michael B. schrieb:
> Bau deinen zweipolig abschaltenden  Hauptschalter rein, und innerhalb
> der Maschine ist es egal ob N oder L geschaltet wird. Zumal SSR sowieso
> nicht personensicher trennen.

Den Hauptsdchalter habe ich ohnehin, aber mir ist eben nicht egal, ob 
ich L oder N schalte, egal ob es mittlerweile opportun, ist oder nicht.

von Martin S. (sirnails)


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Michael K. schrieb:
> aber mir ist eben nicht egal, ob ich L oder N schalte, egal ob es
> mittlerweile opportun, ist oder nicht.

Aber warum? Beim Staubsauger ist es dir auch egal.

Michael K. schrieb:
> Das werte ich mittels Schaltung aus, und eben dDese ändert es, wenn es
> nicht passt.

Wie gesagt: möglich, aber unnötig umständlich.

von Michi S. (mista_s)


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Michael K. schrieb:
> ein 50kΩ Poti (2W) in Reihe zur "Feinabstimmung".

Was - in Gottes Namen - willst Du an dieser Stelle bitte 
feinabstimmen??? Hier gehts doch ausschließlich darum, daß bei 325V 
(bzw. korrekter 350V, denn 10% Überspannung im Netz sind ja erlaubt) so 
etwa der max. zulässige Strom durch die OK-LED fließt.


Michael K. schrieb:
> der UNO hat auch keine weitere Aufgabe, als L1 zu
> detektieren.

Okay - dann sollte es zumindest prinzipiell möglich sein, die 
Korrektheit der Firmware für den UNO zu beweisen; schließlich ist der ja 
zentraler Teil eines hochgradig sicherheits(gefühls)relevanten Baugruppe 
und ein SW-Bug an dieser Stelle könnte fatal enden!


Michael K. schrieb:
> ich denke ein paar Messungen innerhalb einer Sekunde),

Wichtig wäre an dieser Stelle vor allem ein einigermaßen definierter 
(und möglichst weit weg von 10ms und allen Vielfachen) Zeitabstand 
zwischen zwei (mehrere bringen kaum Mehrwert) der Messungen; denn bei 
einem Intervall nahe 10ms kanns auch bei 100 Messungen passieren, daß Du 
jedes Mal zu nah am Nulldurchgang landest.


> DANACH zieht dann das "Hauptschütz" an

Warum sollte es das tun? - Der UNO soll ja ausschließlich dazu dienen 
eine allfällige Polwende-Notwendigkeit zu erkennen, der darf also 
keinesfalls Dein Hauptschütz ansteuern.


Michael K. schrieb:
> Was glaubt ihr, funktioniert das so?

Unter der Voraussetzung, daß sämtliche Bauteile (noch) korrekt 
funktionieren und der UNO fehlerfrei programmiert ist, sollte das 
durchaus funktionieren. Falls irgendwann mal (eine CNC nutzt man ja ggf. 
viele Jahre lang) ein Bauteil aufgibt, dann merkst Du zwar nichts davon, 
aber nachdem diese Baugruppe eh ausschließlich Deinem Sicherheitsgefühl 
dienen soll und für die tatsächliche Sicherheit Deiner Maschine ohne 
Bedeutung ist, wäre das auch nicht weiter tragisch.


Ach ja, im Falle eines einfachen Fehlers (PE in der Zuleitung 
unterbrochen) legt Dir diese Schaltung unter Umständen L1 auf Deiner 
Maschine Metallgehäuse.

Ja klar, nur für 1s, aber genau in dem Moment befindet sich immer 
zumindest ein Finger in unmittelbarer Gehäusenähe!
Ja, natürlich strombegrenzt und deshalb zumindest nicht 
lebensgefährlich.


P.S.: Beim lesen Deiner Schilderungen ist mir immer mal wieder folgende 
Frage in den Sinn gekommen: Falls Du irgendwann - rein hypothetisch 
natürlich - auf Spatzenjagd gehen würdest, könnte es dann sein, daß Du 
in diesem Fall bevorzugt ICBMs als Jagdwaffe einsetzen wollen würdest? 
;)

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