Strommessender Schaltaktor

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Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Also erst mal freut es mich, dass die Aktoren bei dir so gut laufen! Sind die alle bei dir im Haus verbaut?

Ich würde nur sehr ungern Platinen aus meinen vollständigen Materialsätzen herausreißen - dann sind sie nämlich nicht mehr komplett.

Kannst du nicht einfach 5 Stück nachbestellen? Mit der fast schon üblichen Überbelieferung würde es dann ja wieder passen bei dir.

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Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Ich habe die Wiki-Seite des strommessenden Schaltaktors wie angekündigt aus dem "Geräte in Entwicklung"-Zweig zu den "Geräten" verschoben.

Auch habe ich den Beta-Status entfernt.

Trotzdem darf natürlich jeder gerne weitertesten und gefundene Fehler melden.
Doumanix
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Doumanix »

Ich wollte gerade alles zusammentragen und mal Teile bestellen, habe aber im letzten Moment festgestellt, dass hier ja die Relais mit 12V Spulenspannung verwendet werden. In allen anderen SP-Schaltaktoren haben wir welche mit 24V Spulenspannung.

Gib'ts einen Grund dafür, dass hier nur 12V verwendet werden?
Wäre es möglich durch einfache Wertänderung bei manchen Bauteilen, auch hier 24V Spulenspannung-Relais zu verwenden?

Grüße
Christian
Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Hallo Christian,

um die Wahl der 12V Spulenspannung zu verstehen, muss man sich das das Prinzip der Verwaltung der Schaltenergie des Aktors vor Augen führen:
Die Stromaufnahme des Aktors ist (wie auch bei jedem kommerziellen KNX-Gerät) streng gedeckelt. Damit kann es auch bei vielen gleichzeitigen Schalthandlungen am Bus nicht zu einer Überlastung des Netzteils kommen. (Einen Sonderstrick macht der strommessende Schaltaktor dann doch: Er genehmigt sich bis zu ca. 10mA mehr als das Limit.)
Von der begrenzten Stromaufnahme kommt man dann direkt auf eine schwankende Ladespannung des Elko-Zwischenkreises. Bei jeder Schaltaktion sinkt diese, sogar noch während des Schaltpulses selber. Der Mikrocontroller wiederum steuert die Relais nicht einfach mit 100% Duty-Cycle an, sondern mit einer PWM. Diese wird so gesteuert, dass in der Spule in etwa der Strom fliesst, als wenn konstante 12V anliegen würden.
Bei vielen Schaltvorgängen wird der Zwischenkreis so weit entleert, bis er bei einem Schaltpuls unter 12V sinken würde. Dann wird gewartet, bis sich die Elkos wieder weiter aufladen.
12V Relaisspulen haben den Vorteil, dass man den ganzen Spannungshub von fast 30V bis runter auf 12V nutzen kann. Setzt man nun 24V Relaisspulen ein, ist der Energievorrat viel früher erschöpft. Die Anzahl der kurz hintereinander möglichen Schaltvorgänge sinkt deutlich. Um das auszugleichen, müssten die Elkos deutlich vergrößert werden. Das klappt aber aufgrund des Bauraums nicht.
Doumanix
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Doumanix »

Hi Florian,

danke für die Antwort. Schade, ich hatte gehofft, dass ich meine schon auf Lager befindlichen HFE20 Relais verwenden könnte.

Ich denke, ich hab das Prinzip verstanden. Ich hab mich zufällig in den letzten Tagen mit alternativen (größeren) Elkos beschäftigt. Mal angenommen, ich würde da 2700µF oder gar 3000µF unterkriegen. Hätte ich dann eine Chance? Oder müsste man mehr als die Werte von ein paar Bauteilen verändern?

Gruß
Christian
Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Schwierig.
Die Firmware errechnet, ob am Ende eines Schaltpulses noch die notwendige Spulenspannung vorhanden wäre. Am Anfang des Pulses also naturgemäss mehr. Das kann man natürlich an HFE20-Relais anpassen, die nicht so einen hohen Strom benötigen, wie die großen HFE10. Überhaupt kannst Du mit den kleineren Relais mehr Schaltspiele je µF Elko erwarten, wie mit den großen Relais. Das sind Pluspunkte für Dein Unterfangen.
Auf der anderen Seite hat die einfache Stromquelle des Schaltaktors, der die Elkos auflädt, immer einen Spannungsabfall. Die Zwischenkreisspannung erreicht also gar nicht die volle Eingangsspannung. Das arbeitet gegen Dich. Für welche Busspannung planst Du?
Das Ganze wäre sicherlich ein interessantes Experiment, ich möchte aber keine Prognosen für das Ergebnis abgeben.

Gruß,
Florian
Doumanix
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Doumanix »

Hm. Ich dachte ja an die Hongfa HFE20-1/24-1HSD-L2.
Also 24V Spulenspannung. Wenn du ne Chance siehst, könnte ich ja einfach mal nen Versuch starten.
Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Hallo Christian,

ich habe gerade noch mal nachgesehen:
Bei meinen Messungen hatte ich ein 28V Netzteil zur Versorgung meiner Drossel benutzt. Der Elko-Zwischenkreis lädt sich mit einiger Verzögerung auf 25,5V auf. (Der Ladestrom sinkt bereits früher, kann man auch gut simulieren.) Die etwa 3V verlierst Du also immer. Und so nah kommt man bereits an die Mindestspannung der 24V Relais.
Im Vergleich: Bei 12V Spulenspannung hast Du über 13V Spannungshub, der genutzt werden kann. Ich fürchte, auch mit größeren Elkos und dem niedrigeren Spulenstrom der kleineren Relais bleiben da kaum Schaltungen.
Das kannst Du Dir übrigens auch ausrechnen: Energie in den Elkos bei maximaler Ladespannung, bei Mindestspannung. Und dann Schaltenergie für die Relais: Strom x Spannung x Pulslänge. Dann weist Du schon mal ungefähr, wieviel Schaltspiele Du erwarten kannst. Ich habe die Daten gerade nicht im Kopf.

Gruß,
Florian
Doumanix
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Doumanix »

Nachdem sich das Thema in meinem Kopf etwas gesetzt hat und ich mir noch ein paar mal angesehen habe, was alles beim Aufbau des Aktors getan werden muss, habe ich mich gefragt, ob die relaiv vielen Modifikationen / 3D Drucksachen wirklich zwingend nötig sind und woher die kommen. Insbesondere stellt sich mir daher die Frage:

Machen die ganz dicken HFE10 Relais wirklich Sinn?
  1. auch die HFE20 halten 16A (seit dem neuesten Datenblatt: 20A!) aus
  2. wer große kapazitative Lasten schalten möchte, bekommt von denen auch die Wolframvorlaufkontakt
  3. die HFE10 sind relativ schwer zu beschaffen (HFE20 bekommt man bei Reichelt, Conrad, diversen anderen Anbietern)
  4. die HFE10 bringen die Gefahr mit sich, dass der manuelle Schalter in die Quere kommt - obwohl wir den gar nicht nutzen können
  5. ganz wichtig: die HFE20 sind kleiner!
Insbesondere den letzten Punkt finde ich interessant. Meiner Meinung nach könnte man durch die Beschränkung des Designs auf die HFE20
  1. Platz sparen, um so
    1. Abstandshalter / Befestigungen von der Stange unterzubringen
    2. ggf. die Standard-Befestigung im Gehäuse verwenden
    3. keine Kollisionen mit den Befestigungspunkten in den Gehäusen zu bekommen
  2. die Gefahr der sich bewegenden manuellen Schalter vermeiden
  3. eine zusätzliche Variante an Relais-Footprints vermeiden (Standardisierung zumindest auf Footprint-Ebene, wenn auch nicht bei den 24V / 12V)
Grüße
Christian
Florian
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Re: Strommessender Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Vielleicht hilft es ein wenig, meine Motivation für den Einsatz dieser Relais darzustellen:
Ich wollte einen Schaltaktor, der absolut betriebssicher bei allen zulässigen Belastungen ist. Egal, ob man darüber nur sein Wohnzimmerlicht schalten, eine Sammlung von Schaltnetzteilen (mit heftigen Einschaltströmen) oder in der Werkstatt seine elektrischen Maschinen schalten möchte. Also alles, was man an einen 16A Leitungsschutzschalter so anschliessen könnte. Und das viele Jahre lang. Knapp ausgelegte Relais können am Ende ihrer Lebensdauer schon mal Übergangswiderstände an den Kontakten entwickeln, manchmal mit durchschmelzenden Resultaten. Bei einem Gerät, dass auch von Laien mehr oder weniger gedankenlos auf- und eingebaut werden kann, wollte ich diesen Gedanken aus dem Weg gehen.

Ich habe es mir vor Jahren zur Angewohnheit gemacht, Relais-Typen vor deren Design-In zu sezieren. Das habe ich sowohl mit dem HFE10 und HFE20 gemacht. Da finde ich das große HFE10 schon sympathischer... Mir ist natürlich bewusst, dass man bei allen Relais mit Mikro-Kontaktöffnung die (ab-)geschaltete Kontaktseite aus Sicherheitssicht stets als unter Spannung betrachten muss, aber die Unterschiede in der Kontaktöffnung sind deutlich.

Und wer nicht die großen, fetten Relais einsetzen will, für den gibt es doch die Bestückmöglichkeit für die kleineren, oder?

Und damit wäre ich gleich bei Deinem letzten Argument:
- zu 3.: Dich stört das Vorhandensein von zwei Bestückmöglichkeiten? Du willst "standardisieren", indem zu Optionen weglässt? Das Argument kann ich nicht nachvollziehen. Ich verstehe den Vorteil nicht.
- zu 2.: Der sich bewegende manuelle Schalter wurde im Design berücksichtigt, der Aufbau entsprechend gewählt. Konntest Du Probleme beobachten? Wenn Du mit dem Gedanken spielst, die Platine darüber direkt auf die Relais aufzulegen gibt es eine Falle: Der Hersteller spezifiziert üblicherweise keine Spannungsfestigkeit gegenüber Dingen, die nahe am Relaisgehäuse sind. Wenn das Relais ein Belüftungsloch haben sollte, musst Du ausreichende Abstände sicherstellen können. Für die Öffnung oben am HFE10 habe ich die Betrachtung der Luft- und Kriechstrecken durchgeführt, sie sind gegeben.
- zu 1.: Das Argument lasse ich gelten: Die HFE10 sind größer, was zu mehr Platzverbrauch führt. Das ist der Preis der Robustheit der Dinger. Die HFE10 konnte ich bisher übrigens immer problemlos über Aliexpress beziehen.

Eines möchte ich noch ergänzen:
Ich sehe es als Vorteil, beim Selbstbau ungewöhnliche Konstruktionen verwenden zu können, mit denen ein Aufbau überhaupt erst möglich wird. Wir sind nicht darauf angewiesen, Ergebnisse zu haben, die Fit für die Massenproduktion wären.
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