hab schon länger einen 2,5kVA Siemens Motorstelltrafo rumliegen der soll endlich mal eine gescheite Verpackung, Einschaltstrombegrenzung und das nötige Hühnerfutter bekommen. Das Projekt läuft schon seit Aprill das was dabei an Bildern raus gekommen ist gibt es jetzt mal gesammelt für diejenigen die es interessiert. Ganz fertig bin ich noch nicht geht deshalb auch irgendwann weiter.
Mechanik
Als Verpackung dient ein 19'' 6HE Gehäuße das ich mal ganz billig bei ebay geschossen hab. Der Trafo findet seinen Platz zwischen den Steckkarteneinschüben und der Rückplatte die ganze Steuerung kommt auf Steckkartenmodule. Nachteilig den Trafo hinten zu Platzieren ist dass das Rack recht hecklastig wir und damit recht übel zu montieren.
Blöderweise ist die gesamte Verschraubung von dem Trafo aus Aluminiumschrauben die recht empfindlich sind. Beim Putzen des Trafos hatte ich vor Jahren 3 Stück davon Abgerissen.
Daher musste dazu eine Alternative her einen Distanzbolzen konnte ich retten beim anderen hatte leider die Schraube gefressen. Da der Motor auch mit nur 3 Distanzbolzen ausreichend stabil befestigt ist, habe ich darauf verzichtet einen Passenden Distanzbolzen zu organisieren(sind gar nicht so leicht zu bekommen). Um den Trafo im Rack aufzuhängen hab ich mir für jedes Eck Laschen aus 10*20mm Alu Profil gebaut. Der Trafo hängt an 12 M3 Schrauben im Rack klingt wenig reicht aber. Der Klemmkasten des Motors hat einige Anpassungen benötigt damit er in das Rack passt. Hatte auch etwas Angst dass der Kondensator PCB haltig ist, hat sich aber herausgestellt dass MP Kondensatoren nicht Belastet sind.
Elektrik
Anforderungen
Elektrisch ist natürlich die Frage was es alles braucht. Ich hab mich dazu entschieden dass auf jeden Fall das folgende vorhanden sein muss.
- Einschaltstrombegrenzung
- P N Wechselschaltung
- Motoransteuerung
- RMS Messung von Strom und Spannung(sekundärseitig)
- Primär- und Sekundärseitige Absicherung
- Hauptschalter
- Möglichkeit zur Regelung
- Handbetriebsmodus
Übersicht
Netzseitig ist als erstes der zweipolige Hauptschalter angeordnet, dieser ist so ausgelegt dass er auch unter Vollast geeignet ist abzuschalten. Nach dem B10 Leitungsschutzschalter befindet sich der Trafo zur Versorgung der restlichen Elektronik.
R1/2 dient der P/N Wechselschaltung, R4 realisiert mit RES1 die Einschaltstrombegrenzung. R3 Ermöglicht es den Stelltrafo vor dem Einschalten in Nullstellung zu bringen und im Falle des Versagens von R4 abzuschalten um das Abbrauchen von RES1 zu verhindern.
Nach dem Stelltrafo ist der Sekundärseitige B10 LSS vor dem Shunt im Neutralleiter zur Strommessung und der Spannungsmessung angeordnet.
Um den zweiphasigen Getriebemotor anzusteuern dienen die Relais R5 und R6. Im weiteren verlauf der Entwicklung hab ich diese durch zwei Triacs ersetzt.
Realisiert werden die einzelnen Schaltungsteile auf 100*160 Euro Steckkarten. Im Rack wird das ganze durch einen Kabelbaum verbunden P und N sind jeweils mit 1,5mm^2 verkabelt PE mit 2,5mm^2. (ich konnte irgendwie nicht auf Pinke Kabelbinder verzichten)
Rückplatte und Steckverbinder
Zum Netzanschluss hab ich einen schönen Neutrik Powercon verbaut, ausgangsseitig ist vorne und hinten jeweils eine CEE Dose und eine Schuko Dose vorgesehen. Die Frontplatte dafür ist leider noch nicht fertig von der Rückplatte ist das einzige Bild was ich hab ohne das Konstrukt aus dem Rack auszubauen von der Falschen Seite.(Wenn ichs mal wieder ausgebaut hab gibt es ein schönes Bild davon.)
Modul 0 LSS, Hauptschalter und Trafo
Das erste Modul(Modul0) beinhaltet die beiden LSS, den Hauptschalter, sowie den Trafo zur Versorgung.
Modul 1 Motorsteuerung, Regelung, Relais und Bedieneinheit
Das zweite Modul(Modul1) besteht aus drei Leiterplatten. Darauf sind die Relais, der Bedienteil, der uC zur Regelung und die Motorsteuerung angeordnet. Der Bedienteil dient als Verbindung zwischen Relaiskarte und Motorsteuerung.
Leiterplatte 0 Versorgung, Motorsteuerung und Regelung
Die erste Leiterplatte trägt Versorgung, Motorsteuerung und uC zur Regelung der Schaltplan als pdf ist hier zu finden https://flo-e.de/Stelltrafo/Schematics/ ... ontrol.pdf.
Motorsteuerung
Die Motorsteuerung besteht aus der klassischen Triac Optotriac Lösung viel Strom ist es ja nicht. Für die Snubber, Varistoren und TVS Dioden musste ich etwas rechnen auch wenn das nur ein fummliger kleiner Getriebe Motor ist kommt man auf etwa 18H effektive Induktivität wenn der dreht. Damit man nicht Ausversehen beide Phasen gleichzeitig ansteuert hab ich mit 4 Mini Mosfets dafür gesorgt dass das nicht passiert.
Versorgung
Die Versorgung für das Modul0 ist ebenfalls auf dieser Leiterplatte angeordnet. Vom Trafo kommen 24V AC weil die Relais 24V DC brauchen. Da es etwas arg ineffizient wäre das für den uC und das LCD linear zu verbraten ist die 3,3V und 5V Versorgung als Plug and Play Schaltregler ausgeführt. Eine Absicherung und Eingangsfilterung gibt es natürlich auch noch.
Regler und SPI Bus
Zur Regelung und Anzeige der Messwerte auf dem LCD gibt es natürlich noch einen dsPIC33EP64MC504. Da ich etwas Bauchweh hab den uC bei einer DRSSTC als Last an die Motorsteuerung zu lassen gibt es im Bedienteil einen Digitalmultiplexer der zwischen Handbetrieb und Automatik umschaltet. Deswegen verlaufen die Motorsteuerleitungen etwas komisch. Der LCD ist als seperates Modul auf die Frontplatte geschraubt die Anschlüsse hierfür befinden sich auf dieser Leiterplatte. Softwaremäßig hab ich leider noch nicht viel fertig das folgt Später irgendwann.
Da das TrueRMS Messgerät Sekundärseitig seine Masse auf N beziehungsweise beim Einschalten oder im Fehlerfall der P N Wechselschaltung auf P liegen hat muss die Kommunikation mit dem Regler uC Isoliert stattfinden. Da eine Isolierung mit nur einer Signalflussrichtung einfacher ist hab ich mich für einen SPI Bus zur Kommunikation entschieden. Der Master des Bus sitzt im TrueRMS instrument. Damit ich keine Versorgungsspannung mitführen muss sitzt die Isolierung immer Empfänger seitig bei SCK und MOSI also auf Seite der Steuerung bei MISO auf Seite des TrueRMS Instruments. Damit es keine Leitungsprobleme gibt hab ich vor die Leitung als Cat 5 Leitung auszuführen. Um diese zu Treiben kommen 74HC14 Inverter zum Einsatz.
Leiterplatte 1 Bedienteil
Der Bedienteil enthält Taster für den Handbetrieb(Motor Down, Motor Up, Einschalten) sowie für den Automatikbetrieb(Pfeiltasten, Enter, Zurück), Schalter und Digitalmultiplexer für Automatik/Handbetriebumschaltung und einen Drehgeber zur einfacheren Bedienung. Außerdem dient er als Verbindung zwischen Relaiskarte und Steuerung. Der Schaltplan als pdf ist hier zu finden https://flo-e.de/Stelltrafo/Schematics/ ... erface.pdf
Leiterplatte 2 Relaiskarte
Die Relaiskarte enthält die Relais zum Einschalten, zur Einschaltstrombegrenzung und für die P N Wechselschaltung. Zusätzlich ist eine Abschaltung bei Thermischer Überlastung der Einschaltstrombegrenzung eingebaut. Der Schaltplan als pdf ist hier zu finden https://flo-e.de/Stelltrafo/Schematics/ ... Relais.pdf. Zur Versorgung wird ein 7824 verwendet den Schaltplan hierzu hier zu zeigen wäre etwas lächerlich im pdf ist es allerdings enthalten.
P/N Wechselschaltung
Die PN Wechselschaltung besteht aus einem M1 Gleichrichter, einem Spannungsteiler gegen Masse/PE und einer Z-Diode um die Phase zu erkennen, sowie einem Relais um die Umschaltung vorzunehmen.
Einschalten
Das Relais zum Einschalten soll NUR einschalten und nur im Fehlerfall der Einschaltstrombegrenzung ausschalten. Das Relais ist nicht dazu ausgelegt unter Last regelmäßig Ein oder Auszuschalten. Zum normalen Ausschalten dient der Hauptschalter. Deswegen gibt es auch nur einen Ein Taster im Handbetrieb! Wird dieser gedrückt wird der RS Flip Flop Eingeschaltet ein Ausschalten ist somit über Bedienelemente nicht mehr möglich. RC Glied und Diode am ~R Pin dienen dazu um bei anlegen der Versorgungsspannung den richtigen Zustand zu setzten. Bei einem Übertemperaturevent wird am Reset Pin ausgeschaltet. Die nötige Hysterese für den NTC wird durch den Komperator hinzugefügt, dadurch ist ein sofortiges Wiedereinschalten nicht möglich. Die Relais zum Einschalten und zur Einschaltstrombegrenzung werden durch unterschiedliche RC glieder Verzögert angesteuert. Die Dioden stellen sicher dass beim Ausschalten sofort ausgeschaltet wird.
Modul 0 Assembly
Zusammengebaut sieht das Modul 0 dann folgendermaßen aus:
Bestückt hab ich die Relaiskarte und die Bedieneinheit vollständig, da es wenig Sinn macht eine Regelung zu haben ohne die TrueRMS Karte die das Feedback liefert ist uC und der SPI Treiber noch nicht bestückt. Ein paar kleinere Fehler hatte ich leider bei dem Hardware Interlock auf Leiterplatte 0 war die Pinzuordnung der MOSFETS falsch hab das hingefrickelt ich stell besser mal kein Bild rein. Der zweite Bug tritt auf wenn der Motor bei ausgeschaltetem Stelltrafo an einen Endschalter fährt da über dem Endschalter kein Snubber hängt Triggert der EMV müll von dem Schalter leider manchmal das Einschalten des Stelltrafos im Handbetriebsmodus. Ich bin mir nicht ganz sicher woran das liegt ich vermute jedoch dass der Bedienteil hier schlecht Konstruiert ist. Ärgert mich bisschen weil ich gehofft hatte das halbwegs EMV fest konstruiert zu haben.
Es gibt dann natürlich auch noch hübsche selbstgefräßte Schalter für die Frontplatte. Beim Fräßen hab ich Depp natürlich zwischen VHM Schruppfräßer und Maschieneschraubstock gelangt weil ich zum wegwischen der Späne vor dem Messen natürlich den Finger nehmen musste ohne die Bohrmaschiene auszuschalten. Hat mir einen Zertrümmerten Fingernagel beschert obwohl ich noch ziemlich Glück hatte. Die M3 Schrauben auf dem Bild welche die Knöpfe führen hab ich mittlerweile ausgebaut weil es so verkantet.
Und eine schöne Frontplatte gibt es natürlich auch noch
Vom Handbetrieb hab ich dann noch ein kleines Video
https://flo-e.de/Stelltrafo/VID0.mp4
Das war der bisherige Stand an dem was bereits Fertig ist.
Wie gehts weiter?
Eigentlich fehlt nur noch das TrueRMS Instrument, der Bestückte Regler und die Software.
Ein kleines Problem habe ich allerdings noch gefunden das ich noch Beheben muss. Ich hatte ursprünglich vor das TrueRMS instrumet und den Regler aus dem Selben Trafo aus den Beiden Sekundärwicklungen zu versorgen. Mittlerweile hab ich allerdings etwas Bauchschmerzen dabei weil ich nicht weis ob die Isolierung zwischen den Sekundärwicklungen das im Fehlerfall und beim Einschalten aushält wenn Netzspannung anliegt. Außerdem muss ich im TrueRMS sonst etwa 25V linear verbraten weil ich da keinen Schaltregler will. Irgendwie hässlich drantüdeln will ich auch nichts also bleibt nur den Trafos durch 2 einzelne kleinere Trafos zu tauschen. Dabei wird es vermutlich auf 2 kleine Printtrafos mit 10VA und 16VA hinauslaufen.
Modul 2 TrueRMS Instrument
Bisher existiert ein Entwurf zu dem Instrument. Die Auswertung mach ein PIC32 mit ADC gesampelt wird mit 125kSps. Als Antialiasing Filter ist ein 5th Order 50kHz Bessel Filter auf der Strom und Spannungs Linie geplant. Für die Spannung gibt es einen Messbereich für Strom gibt es 3 Messbereiche. Eine Toleranz von +/-2,5% wird angestrebt außer im kleinsten Strommessbereich hier werden bis 20mA +/-10% und unterhalb +/-20% angestrebt. Für Strom und Spannung existieren sowohl DC Messung als auch eine Entkoppelte AC Messung. Der Schaltplan ist hier https://flo-e.de/Stelltrafo/Schematics/ ... rueRMS.pdf zu finden.
Ich wäre recht dankbar wenn jemand einen Blick darauf werfen Könnte ob das so Prinzipiell Sinn macht oder ob ich mich da in etwas verrannt habe.
lg ferrum