KNX-Arduino Gemeinschaftsprojekt: "3-Phasen Energy Monitor" oder ...

[Hamerheat]

Hallo,

@l0wside der von dir genannte AD71056 ist für uns überhaupt nicht geeignet. Dieser bildet nur die Leistung einer Phase in einer Frequenz ab. Was ist mit den anderen Daten, Strom Spannung, Q,S, Wh.....
Der ADE7758 kostet in der Apotheke 20€, beim Chinamann ab 2,40€, bei Mouser 10€. Wir brauchen auch nicht 3 sondern nur einen. Hast du dir das Datenblatt überhaupt angeschaut?
Warum benutzt du 2 ADUM, was willst du von den ADE7758 im µC verarbeiten? Was liest du über SPI aus?
Der von dir genannte STPM34 ist keine Option, warum, habe ich hier schon geschrieben. (Aron)

[Hamerheat]

hier ein Bilder von Industrie Messumformer. Von der Sache das gleiche wie unser Vorhaben. Gibt nur die errechneten Messgrößen auf 4 frei programmierbare Kanäle (0/4-20mA, 0/1-10V) raus.
Bild1:
Mitte: Achtet insbesonderes auf die Eingangsbeschaltung. Dort zu sehen sind Trafos für die Spannung und Durchführungswandler für den Strom. Also alles isoliert.
oben: links analog Ausgabe rechts:µC
unten: Stromversorgung, konventionel und robust aufgebaut. Es kommen 78xx, 79xx Regler zum Einsatz. Ich finde Kondensatornetzteile an dieser Stelle fragwürdig. Das Gerät soll einen 7/24Std. Betrieb machen. Im Zeitalter von Schaltnetzteilen, Umrichter, Dimmer und was auch immer, kommt es ab und zu zu Überspannungen,nicht zuletzt durch Schalthandlungen (Komp-Spule) im Netz. Ein Trafo + Regler sind da robuster.
Bild1
Bild1.jpgj
Bild2
Bild2.jpg

[Hamerheat]

da war noch was.
@l0wside: es wäre echt hilfreich wenn du hier alle Beiträge lesen würdest. Die, so wie du es nennst, Transformatororgie dient der Potentialtrennung, wieso weshalb und warum nun doch nicht steht hier im Thread!

@tuxedo Danke, aber das Blockdiagramm ist schon wieder überholt, war ja zu erwarten. -) es steht noch nicht fest wie die "Stromabnahme" aussieht. Genau deshalb gestern mein Aufruf an alle interessierten sich einzubringen. Ohne das ich mir bisher die Stromsensoren angeschaut habe, denke ich beide Version sind technisch nicht weit auseinander.

[tuxedo]

Da wir um den physikalsichen 230V Anschluss wohl nicht drum rum kommen, fände ich es am geschicktesten für so ein Gerät, wenn man einfach L1-3 auf der einen Seite reinfüttert und auf der anderen Seite wieder raus gibt, und sich das Thema mit dem noch zusätzlich anzuschließenden, klipsbaren Messumformern zu ersparen.

[l0wside]

da war noch was.
es wäre echt hilfreich wenn du hier alle Beiträge lesen würdest. Die, so wie du es nennst, Transformatororgie dient der Potentialtrennung, wieso weshalb und warum nun doch nicht steht hier im Thread!

Mittlerweile habe ich mich wieder abgeregt. Ich hatte den Thread und das Datenblatt tatsächlich nicht komplett gelesen. Rest per PM.

Back to topic:

• Ich nehme an, du meinst bei den Trafos die industrielle Messeinrichtung, zu der du oben Bilder gepostet hattest. Industrie ist natürlich eine andere Nummer, aber ist das wirklich der Einsatzbereich für das Gerät?
  Mich stören an den Trafos vier Dinge:
  • Sie sind groß, und es soll ja kein REG-Gerät mit endlos vielen TE werden
  • Sie kosten Geld
  • Die Übertragungsfunktion der Trafos ist nicht bekannt (bei 50 Hz vielleicht schon, aber du hattest ja noch weitere Ansprüche an die Messung, und bei höheren Frequenzanteilen kommt da vermutlich nicht mehr viel Sinnvolles an)
  • Die Printtrafos, die ich bis jetzt in den Fingern hatte, haben alle eine saumäßige Effizienz, weil der Kern in Sättigung geht - die werden dann halt warm. Es gibt sicher bessere, aber die sind dann vermutlich nicht unbedingt bezahlbar.
• Zum Netzteil: deine Bedenken bzgl. Kondensatornetzteil teile ich nicht. Überspannungen kommen natürlich vor, lassen sich mit TVS aber unterdrücken. Ein nachgeschalteter LDO macht dann den Rest. X-Kondensator (selbstheilend) ist natürlich selbstverständlich. Oder hast du Erfahrungen mit gestorbenen Kondensatornetzteilen?
• 78xx und 79xx sind schon wegen der Eigenstromaufnahme seit Ewigkeiten nicht mehr Stand der Technik.
• Wie willst du die Daten aus dem ADE7758 auslesen, wenn nicht per SPI? Schon alleine zur Konfiguration brauchst du ja SPI, die Register Map sieht ziemlich länglich aus (0x01 bis 0x48).

Überarbeitetes BSB anbei. Ich habe IRQ weggelassen, vielleicht kannst du ja einen Kommentar liefern, ob man es doch braucht.
2015-11-17_11h59_04.png

Max

[Masifi]

Ich glaube das für einen ersten Versuch, externe Stromsensoren besser sind. Man muss damit nicht seine Hausverteilung umbauen, nur damit man das System mal testen kann. Wenn das so wie gewünscht klappt, kann man gerne auf die internen Stromwandler wechseln.

Oder spricht da was dagegen !?

[tuxedo]

Ich glaube das für einen ersten Versuch, externe Stromsensoren besser sind. Man muss damit nicht seine Hausverteilung umbauen, nur damit man das System mal testen kann. Wenn das so wie gewünscht klappt, kann man gerne auf die internen Stromwandler wechseln.

Oder spricht da was dagegen !?

Der Hintergrund zu meiner Anregung war folgender:

Wenn ich "nur" den BUS auf das Gerät bringen muss und mit den externen Stromsensoren arbeiten kann, und nix weiter anschließen/verkabeln muss: Super Sache. Was wie und wo dran kommt ist sofort klar und man kann wenig bis gar nix falsch machen und man hat eine Gefahrenquelle (dicke 230V Leitung in die Hand nehmen) weniger.



Wenn ich aber nicht nur den Bus, sondern auch noch 230V an das Gerät bringen muss, und dann noch zusätzlich externe Stromsensoren anstecken und über die zu messenden Kabel klipsen muss, dann ist das irgendwie komplizierter als

Ein Gerät das ich mit einer Busklemme versorgen muss, und in das drei Phasen unten rein gehen und oben wieder rausgehen. Fertig.




Dein "für den ersten Versuch" Vorschlag klingt so, als ob man sich dann zwei Geräte anschaffen muss: Das erste "zum mal ausprobieren" und dann das zweite damit die Installation sauber und strukturiert ist.

Man kann natürlich auch argumentieren das man mit "dem ersten Versuch" erstmal Erfahrung sammelt, und dann nach einem halben Jahr ein "PowerMonitor 2" raus bringt, der dann alles eingebaut hat. Dann bekommen die "Early-Adopter" die aufwendigere Version und die nachzügler die voll-integrierte, bessere.

Ich für meinen Teil würde da aber auf die Variante zwei warten wollen.

[mars]

Hallo an alle in diesen Thread,

ich lese hier sehr aufmerksam mit, da mich dieses Projekt auch sehr interessiert.
Leider konnte ich mich aufgrund Eures Tempos und Eurer fachlichem Kentnisse (beides ist wohl über meinem Vermögen ;-) noch nicht einbringen.

Doch jetzt möchte ich mich melden. In der Überschtift zu diesem Fred heiß es "... Gemeinschaftsprojekt ...".
Da finde ich es sehr schade, dass es dann heißt "wäre echt hilfreich wenn du hier alle Beiträge lesen würdest" oder "...ihr bekommt das alleine sicher besser hin".

Das es zu diversen Themen (ja, leider auch zum Grad des Sicherheitsniveaus) unterschiedliche Meinungen gibt, ist so im Leben.
Das es Diskussionen gibt, soll so sein (ist ja ein Diskussionsforum).
Das etwas missverstanden oder überlesen wird, kann und wird immer wieder passieren.

Ich fände es sehr schade, wenn deshalb diese Projekt scheitern würde (und habe mich deshalb zu diesem Post entschieden - auch wenn es mich etwas Überwindung gekostet hat)!


Jetzt doch noch was fachliches zum Projekt (soweit ich es verstanden habe und den Stand der Diskussionen einschätzen bzw. zusammenfassen kann):
Um die tatsächliche Energiemenge (Arbeit?) zu messen werden am Eingang des Mess-ICs (im Moment erscheint 1x ADE7758 das Mittel der Wahl) die zeitlichen Verläufe für Spannung und Strom aller drei Phase benötigt.

Strom: wird über Wandler erfasst (und ist damit vom Stromnetz isoliert), die es intern oder extern gibt

1. interner Wandler
   Vorteil (gegenüber extern):
   - ins Gehäuse integriert, damit weniger Verkabelung / Fehrlerquellen bei Gerätemontage
2. externer Wandler
   Vorteil (gegenüber intern):
   - Auswerteeinheit unabhängig von Strommessung (ggf. bei Stromschinen ein Problem)
   - Anschlussklemmen für kleinen Querschnitt

Spannung: wird direkt (mittels Spannungsteiler) oder über (Klein-)Tranformator gemessen

1. direkte Messung
   Vorteil: klein und preiswert
   Nachteil: Genauigkeit / Verluste
2. Messung über Transformator
   Vorteil: Spannungsmessung vom Netz getrennt
   Nachteil: zusätzliche "große" Bauteile, damit wird das Gerät immer größer
   mir unklar: reicht der Bezug zu N an den Trafos (siehe Blockschaltbild im Post #72) zur Messung?

Konsens ist, dass die eigentliche Messung über ADUMs von der Auswertung und Datenübertragung zum Bus getrennt werden muss.


.. und letztlich noch meine (bescheidene) Meinung zu den offenen Punkten beim Konzept:
Strom: ich würde externe Wandler bevorzugen - passt besser in meinen Schrank, da ich den Gesamtverbrauch meines Hauses messen möchte und mit diesem Gerät die ungenaue Lichtschrankenabtastung (mit CNY70 an der Ferrarischeibe des Zählers) ablösen würde
Spannung: meine Stimme für die Messung über Spannungsteiler (wie im Blockschaltbild von Post #88) - Begründung: während der Geräteentwicklung und im Test (also bei geöffnetem Gehäuse) wird über Trenntrafo gearbeitet, später im Realeinsatz ist es unter vielen anderen im Schaltschrank (RCDs, LS, Aktoren, ggf. BE mit 230V- Eingang...) ein zusätzliches Gerät, das mit der Netzspannung verbunden ist.

Ich hoffe etwas zur Weiterführung beigetragen zu haben, verfolge dies aufmerksam weiter und hoffe nicht noch Öl ins Feuer der Diskussionen gegossen zu haben.


Gruß Marco

[l0wside]

Danke für die weiteren Beiträge. @mars: ich habe mein Posting inzwischen angepasst.

Ich sehe es wie Alex (@tuxedo): wenn, dann gleich richtig und keine Vorab-Zwischenlösung. Externe Stromsensoren haben sich auch ihre Berechtigung, eine Wirkleistungsmessung stelle ich mir damit aber schwierig vor. Oder anders gesagt: das wäre vermutlich ein eigenes Gerät, das bei Verwendung von Durchsteckstromwandlern den Charme hätte, keine galvanische Trennung zu brauchen, weil der Stromwandler die schon mitbringt (man korrigiere mich ggf., könnte durch zu geringe Abstände trotzdem notwendig sein).

Was mich zur nächsten Frage bringt: soll das Gerät Schutzklasse 1 oder Schutzklasse 2 werden? Ich würde für Schutzklasse 2 plädieren (kein Anschluss an PE, dafür verstärkte Isolierung). Was die Frage nach sich zieht, welches Gehäuse sinnvoll ist. Hamerheat, kannst du dazu etwas Fachkundiges sagen?

Max

[Hamerheat]

Hallo Leute,
nur ganz kurz, in der Tat ist es nervlich wenn man diverse Dinge wiederholen muss nur weil die Beiträge nicht gelesen werden. Ich habe auch anderes zu tun, zum Bsp. läuft meine KNX nicht richtig. -(

Bereits im Beitrag vom 15.11.2015, 15:52. wurde aus technischen Gründen die Idee mit den Trafos für die Spannung verworfen. (N-Bezug)

Industiegerät, in der Tat möchte ich ein robustes Gerät haben. Man überlege das es 7/24h Betrieb macht. Ja, ich habe schon deutlich mehr defekte Kondensator NT gehabt als "normale" Netzteile. Leider bauen viele Hersteller diese Dinger ein, besonders in Standby NT. .
Nicht zuletzt habe ich mich für KNX entschieden da es doch soetwas wie ein Industriestandard ist.
Der von mir gezeigt Messumformer ist aus der aktuellen Serie und kostet ca.1k€, ich bin mir sicher die Firmen würden es "billig" bauen wenns gut wäre.
Das mit den Übertragungsverhalten lasse ich gelten, bei 50Hz aber kein Problem. Aber das werden ich mal mit einen Trafo probieren.

kommen wir zum Strom: außer baulich sehe ich von der technischen Seite keinen Unterschied ob der Wandler intern oder extern sitzt. Beide machen aus den zu messenden Strom, je nach Typ, eine dem Strom proportionale Spannung bzw ein Strom. Extern hat natürlich den Vorteil das es einfacher zu installieren ist. Das Gehäuse kann kleiner ausfallen. Man muss kein 16mm2 ans Gehäse bringen. Ein kleine Anpassschaltung wird für beide benötigt.
Denkbar wäre eine Version mit 2 Leiterplatten. LP1 enthält die komplette Schaltung. LP2 als Option nur mit Stromwandler bestück zum Einbau ins Gehäuse.

Zum Gehäuse kann ich nichts beitragen. Auch ob die isolierung des ADUM ausreicht kann ich nicht beurteilen. Werde mir mal das Datenblatt anschauen.

@l0wside Dein BSB sieht jetzt gut aus, die /CS Leitung können wir uns bei nur einen IC sparen, oder?
Gruß
Christian

[Masifi]

die /CS Leitung können wir uns bei nur einen IC sparen, oder?

nein das gaht leider nicht, ein SPI-Device hat immer ein CS. Der ADUM1401 hat extra einen Kanal für denn CS, ist also nur halb so wild.

[l0wside]

Man könnte den /CS prinzipiell auch einfach auf GND legen. Allerdings gibt es Devices, die die fallende Flanke von /CS brauchen, um auf dem SPI aktiv zu werden. Wie sich der ADE7758 da verhält, weiß ich nicht - ihr habt das Datenblatt gründlicher gelesen als ich.

Wenn das Kondensatornetzteil nichts ist: wie wäre es mit dem ST VIPer? http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00159053.pdf, S. 7. Die Teile sind nicht teuer, mit der notwendigen Peripherie (Induktivitäten, Cs, Dioden) kommt man vielleicht auf 3 EUR, und hübsch klein ist das Ergebnis auch noch.

Wer noch ein bisschen mehr Lesestoff zum Thema will: http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00087237.pdf

Allerdings wäre eine Aussage zum Thema Gehäuse nach wie vor hilfreich. Der ADUM kann 10s lang 4kV (http://www.mouser.com/ds/2/609/ADuM1200_1201-279454.pdf, S. 20), das ist völlig unkritisch. Man kann die LP darunter auch noch ausfräsen, um Kriechströme über die Leiterplatte weiter zu reduzieren.

So, nachgeschaut und grob über die DIN EN 60335-1 drübergeflogen: Doppelte Isolation nach DIN EN 60335-1 (VDE 0700-1) bedeutet 3kV.

Die Stoßspannung für die Anwendung würde ich als 4kV annehmen. Mindestluftstrecke für 4kV ist 3mm. Alternativ kann man die Luftstrecke auch kleiner machen und messen.
Kriechstrecke für 250V Betriebsspannung ist worst case 4mm, für 400V 6,3mm. Ich bin mir unsicher, ob nun 230V oder 400V anzusetzen sind. Ich tendiere aber zu den 230V der Sternschaltung, da mir kein Einzelfehler einfällt, bei dem 400V gegen Masse irgendwo anliegen.
Der ADUM hat 4mm Gehäusebreite, passt also.

Die Norm fordert auch noch, dass elektrische Schläge und Brand nicht auftreten können, wenn eines der folgenden Probleme auftritt:

• Abgefallenes Bauteil (Unterbrechung an einem Pin)
• Kurzgeschlossener Kondensator (Ausnahme: X- und Y-Kondensatoren)
• Kurzschluss zwischen zwei Pins eines Bauteils (gilt nicht für ICs und nicht für Optokoppler; ich würde den ADUM als Optokoppler i.S.d. Norm einstufen)
• Defektes IC oder Bug im µC-Programm

Elektrischer Schlag macht mir keine Sorgen, das erledigt die Isolierung. Brand dagegen kann bei einer losen Lötstelle, über die nennenswert Strom geht, durchaus ein Thema sein; es sollten also Stromwandler mit mehreren Pins verwendet werden.
Wenn der VIPer abfackeln sollte (könnte passieren, wenn der Schalttransistor aus irgendeinem Grund in den Linearbereich gerät), darf das ebenfalls nicht zum Brand führen. Allerdings hat der VIPer eine Übertemperaturabschaltung, man könnte sich also um das Thema irgendwie herummogeln.

Ich habe in den knapp 200 Seiten der Norm sicher noch einiges übersehen. Wer sich auskennt, möge den Rest beitragen

Falls nun jemand auf "Bastelprojekt" hinweist: man muss natürlich die Norm nicht buchstabengetreu erfüllen und auch nicht ins Prüflabor mit dem Ergebnis. Aber die Ersteller der Norm haben sich ausführlich Gedanken gemacht, wie man dafür sorgt, dass die Geräte ungefährlich sind. Und diesen Maßstab sollten wir auch an unser Werk anlegen.

Max

[tuxedo]

Ähm, was mir gerade so noch einfällt:

Für welchen Nenn- und Grenzstrom wird das Ding ausgelegt?

Zum Thema Blockschaltbild und Spannungsteiler:

http://datenblatt.stark-elektronik.d...schreibung.pdf
Seite 6 der PDF.

Den Zähler hat mein EVU bei mir eingebaut. Zwei Stück davon. Die nutzen untern wohl auch Spannungsteiler.

[Masifi]

Noch ein kleiner Hinweis:

Allerdings wäre eine Aussage zum Thema Gehäuse nach wie vor hilfreich. Der ADUM kann 10s lang 4kV (http://www.mouser.com/ds/2/609/ADuM1200_1201-279454.pdf, S. 20), das ist völlig unkritisch. Man kann die LP darunter auch noch ausfräsen, um Kriechströme über die Leiterplatte weiter zu reduzieren.

Der ADUM1201 ist für UART und der ADUM1401 für SPI, wird aber wohl ähnlich aufgebaut sein.

Ansonsten super das sich jemand mal über die Normen gedanken gemacht hat. Und wo sie umsetzbar sind, sollten wir sie auch anwenden.

Wenn das Kondensatornetzteil nichts ist: wie wäre es mit dem ST VIPer? http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00159053.pdf, S. 7. Die Teile sind nicht teuer, mit der notwendigen Peripherie (Induktivitäten, Cs, Dioden) kommt man vielleicht auf 3 EUR, und hübsch klein ist das Ergebnis auch noch.

sieht super interessant aus.

[l0wside]

Die deutsch-tschechische Beschriftung der Bilder ist ja der Knüller

Der Auslegungsstrom ist eine Frage der maximalen Verlustleistung. Mehr als 1W/Kanal würde ich nicht haben wollen. Für 6TE ist die Leiterplattengröße 82x99mm (http://www.industriegehaeuse.de/kuns...e-1050/#c11598), Leiterbahnlänge von unten bis oben also rund 70mm.

Mit diesen Daten bekomme ich bei http://www.leiton.de/leiton-tools-sp...rplatten.html:

• 16A/Kanal: 8mm Leiterbahnbreite bei 35µm Cu (Standard)
• 32A/Kanal: 35mm Leiterbahnbreite bei 35µm Cu (Standard)
• 32A/Kanal: 18mm Leiterbahnbreite bei 70µm Cu (Dickkupfer, ist ca. 20% teurer)

Wenn man die Leiterbahnen auf Ober- und Unterseite aufsplittet, jeweils 3mm Abstand lässt und 4 Kanäle (3xL+N) hat, ergibt sich für die Gesamtbreite der Leiterbahnen:

• 16A, 35µm: 31mm
• 32A, 35µm: 85mm
• 32A, 70µm: 60mm

Mit 16A und 6 TE (halbe Breite einer normalen Schiene im Schrank) reicht also locker eine einzelne Leiterplatte. 32A/35µm geht nicht oder nur mit Zusatz-Leiterplatte oder auf 8 TE. 32A/70µm lassen 39x82mm für die Auswerteschaltung übrig, das ist machbar.

50A wird nur mit entweder richtig dickem Kupfer (210µm) oder mit Hilfslösungen (Drähte einlöten oder von Hand dick verzinnen) gehen - also teuer oder gebastelt.

EDIT: es braucht auch noch die passenden Klemmen. 10mm² oder 16mm² einführen ist nicht ganz trivial. Beispiel http://de.farnell.com/phoenix-contac...ont/dp/1784118 für 16mm², da kostet eine Dreifachklemme schon fast 7 EUR; N ist da noch gar nicht angeschlossen.

Max