3-Leitertreppenlichtautomat mit smarter Shelly-Steuerung

Hallo!

Anlässlich zu Beitrag "Treppenlicht-Zeitschalter" habe ich eine eigene Schaltung entwickelt.

Der ultimative Hack für alte Lichtsteueranlagen basierend mit drei Adern und L-geflankte Tastern.

Etwas spät, aber ich habe das Teil mit einem Shelly 2PM und 1PM Mini GEN3 weiter entwickelt. Sowohl mit Thyristor und MOSFET. Alles in Dreilleitertechnik mit L-Tastung.

Elektrische Umbauten und Erneuerungen sind meist ein notwendiges Ereignis, aber oft sind solche Arbeiten aufgrund bestimmter Bedingungen nicht durchführbar. Sei es aus Denkmalschutz in gewissen Bereichen des Gebäudes oder man möchte die vorhandene Installation nicht austauschen.

Diese Schaltung soll in diesem Fall die vorhandene Steuerung ersetzen und zugleich die Steuerung etwas bequemer machen. Als Beispiel dient ein Shelly 1PM und 2PM Mini GEN3, welcher sehr viele Features bietet. Dabei sind Ausschalttimer, Leistungsmessung, Abschaltvorwarnung mit Sketch, Wattzähler, Überstrom- und Überspannungssicherung und mehr, mit App-Justierung inklusive.

Natürlich sollen die Nachteile, wie die 4-Leiteransteuerung nicht verschwiegen werden und deshalb meine Schaltung zwingend erforderlich ist. Ich setze auch auf Sicherheit und leichten Einbau ohne Änderung der vorhandenen Installation, also den Erhalt der drei vorhandenen Adern Phase, Neutral und Lampenphase. Shelly und Lampe sind extra abgesichert, da der 1PM und 2PM Mini keine richtige Sicherung im internen Aufbau besitzt.

Im Shelly selbst ist ein Sicherungswiderstand verbaut und eine Kurzschlußsicherung für die Last nicht vorgesehen, die ich in meiner Schaltung extern hinzugefügt habe und auf 5A ausgelegt ist, der Shelly wird mit 1A auch vorgesichert, auch die Schaltung von mir hängt dran. Die beiden Sicherungen sind leicht zu Ersetzen. Entstörglied, Varistoren für Versorgung und Last runden das System ab. Das Projekt wurde bewusst einfach gehalten und nur mit Standardbauteilen realisiert.

Zudem zeigt es auch die Anwenderschaltung und Anbindung ins vorhandene System.

F1 schützt die Detektor- und Shellyschaltung vor Kurzschlüssen im Fehlerfall, F2 bei Lampendefekten. Der Shelly selbst kann auch per App so justiert werden, dass dieser ab der eingestellten Stromstärke selbstständig die Last abwirft. Deshalb ist es Empfehlenswert, diese auf 5A wie die Sicherung und auch die Betriebsspannung auf 250V~ einzustellen.

Varistoren R1 und R5 stellen sicher, dass Spannungsspitzen aus dem Netz und bei Lastabschaltung eliminiert werden und das Entstörglied R4 und C3 stellen sicher die Störspitzen beim Abschalten ab.

Die Tastererkennung war etwas schwerer zu realisieren damit der Tastendruck in jeden Zustand der Lampe erkannt wird. Ich musste bewusst einen Spannungsabfall erzeugen, ohne den Betrieb der Lampe zu stören, vor allem LEDs sind in diesem Fall sehr empfindlich. Ein Aufbau mit Thyristor und Diode brachte in diesem Fall sehr gute Ergebnisse und R3 und D4 verlängern den Nullspannungsdurgang etwas, so dass der Tastendruck erkannt wird. Beim Drücken des Tasters liegen hier kein Ripple an, und sagt dem Detektor, dass der Taster gedrückt wurde.

Über C4 und R6 gelangen die Ripple-Spannung an der Transistor T2 und Schutzdiode D5. Bei ungedrückten Taster wird T2 im Takt der Netzfrequenz durchgeschaltet und lädt Elko C5 auf. Wegen R8 und R9 schaltet T3 durch, wodurch an R10 und D6 ca. 0,6V anliegen. Die Spannung reicht nicht aus T4 durchzuschalten und der Shelly keinen Tastendruck detektiert.

Bei einem Druck auf den Taster schaut die Situation dann anders aus, weil nun der Ripple wegfällt, T2 sperrt und sich der Elko C5 über R8, R9 und der Basis von T3 entlädt. Über R10 und D6 kommt nun eine positivere Spannung über R11 an die Basis von T4, der Shelly entdeckt einen Tastendruck und schaltet die Lampe ein. Wenn die Lampe eingeschaltet ist, kann noch immer ein Ripple vorhanden sein und die Sache funktioniert auch bei aktivierter Lampe.

Die Betriebsspannung für den Detektor wird durch ein Kondensatornetzteil erzeugt. Dieses besteht aus C1, R2, D1, D2 und C2. R2 ist ein PTC-Widerstand mit 1,5 Kiloohm, kann aber auch durch einen Widerstand mit 1,5 Kiloohm 1W ersetzt werden. Der PTC bringt einige Vorteile, da dieser als simple Pico-Fuse agieren kann und bei Fehlern im Detektor schnell hochohmig wird und nach Abkühlen seinen Normalzustand erhält. Man sieht im Anwenderplan die einfache Einbindung in das vorhandene 3- Leitersystem. Der Taster ist so angeschlossen, dass dieser an der Lampe und dem Modul anliegt. Die Lampe wird normal über die Phasenleitung angesteuert.

Der Kondensator C7 ist optional und wird nur benötigt, wenn die LED-Lampen im AUS- Zustand flackern oder blinken. C7 simuliert dann eine zusätzliche Last mit wenig Verlustwärme. Sein Wert kann zwischen 2 und 5μF variieren, sollte aber ein MKP mit einer Spannungsfestigkeit von 450V~ haben.

Vielleicht gefällt das hier jemanden und baut es nach. Videos dazu hier:

https://www.youtube.com/watch?v=vqxBydqIAck&t=8s

https://www.youtube.com/watch?v=KMivLWE-Hfk&t=94s

https://www.youtube.com/watch?v=K9JjGDk9LnE&t=1228s

https://www.youtube.com/watch?v=ofkpjuKQtUs&t=23s

Viel Spaß.