Strombegrenzungsschaltung für Boiler im Wohnwagen

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Autor
Strombegrenzungsschaltung für Boiler im Wohnwagen

    







BID = 858286

dasbörnt

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das mit der LED war im Schaltplan natürlich Quatsch, ist jetzt korrigiert.


Zitat :
Ich würde mal sagen, nein.

Was NEIN? Wo wären von der Schaltung her Probleme?




Zitat :
Wenn dort schon steht, dass er nur 10A schalten kann, kann das nix sein.


Du meinst das sicher in Bezug auf die volle Leistung, wenn ich die Umpolung überbrücken würde aber trotzdem noch den Wasserstandsschalter einsetze, obwohl ich dann ja auch nicht mehr als 7A hätte? Andererseits bedeutet mehr Reserve ja auch weniger Wärmeentwicklung bzw. Anwendungsstabilität?
Dann also etwas größer 20A?

Vielleicht könnte man die Rückmeldung ja etwas geteilt geben. Also die Wasserstandsschaltung getrennt von dem Umpoler betrachten.

BID = 858293

Offroad GTI

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Zitat :
Wo wären von der Schaltung her Probleme?
So ziemlich überall.

Vor allem fehlt ein Hinweis darauf, wo denn eigentlich die Versorgungsspannung herkommen soll. Daher habe ich jetzt angenommen, dass sie in Reihe zum Thermostatanschluss anliegt. Und meinetwegen der rechte Kontakt am Neutralleiter angeschlossen ist. Anderenfalls würde es ja überhaupt keinen Sinn ergeben

Der MOSFET bekommt am Gate die volle Netzspannung ab. Da er mit Drain ebenfalls an der Netzspannung hängt, kann die Gate-Source Spannung unmöglich groß genug werden, um den Transistor durchzuschalten. In dem Teil würde dann so viel Verlustleistung umgesetzt werden, dass er dir schneller um die Ohren fliegt, als du gucken kannst.

Die LED hat zwar einen Vorwiderstand, bekommt aber die volle negative Halbwelle (Sperrspannung) der Netzspannung (325Vs) ab. Das ist 65x so viel, wie es eigentlich maximal sein sollte.

Weiter geht es mit dem bistabilen Relais. Da es eben ein bistabiles ist, wird es, wenn es einmal geschaltet hat, nicht mehr abschalten.


Zitat :
Dann also etwas größer 20A?
Schon besser. Das Problem ist halt, dass Hochspannungs-MOSFETs allgemein eine relativ geringe Stromtragfähigkeit und einen großen Einschaltwiderstand haben. Sollten sie doch vertretbare Werte haben, sind sie sehr teuer.

So, das war´s erst mal von meiner Seite.




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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 858313

dasbörnt

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ok, Versorgungsspannung anzeigen ist für mich eher ein formaler Fehler, denn es ist ja klar, dass der Termostat in Reihe freischaltet oder, wenn die notwendige Wassertemp. erreicht ist, wieder abschaltet. Rechts Neutralleiter.
Wie war das noch bei FETs (ich mach das einfach zu selten, um mir die Sachen dauerhaft zu merken)? Spannungsteiler, damit Gate niedriger als Drain? Werte wären dann noch zu bestimmen.
Die LED habe ich mit einer nachgeschalteten Diode vor der Speerspannung geschützt.
Ich bin bei dem bistabilen Relais davon ausgegangen, dass es genauso wie ein Stromstoßschalter funktioniert nur eben icht ein-aus, sondern ein-ein als Wechsler. Damit würde beim Anliegen von Spannung durch die erste Halbwelle das Relais ausgelöst, wie das ja auch bei Relaisschaltungen für z.B. Lichtanlagen der Fall ist, oder? Die nächste Auslösng geschieht dann erst wieder wenn das nächste mal Spannung angelegt wird. Was sicher fraglich ist, ob das Relais umgepolt werden müsste, um in den anderen Zustand zu schalten, ein Stromstoßschalter müsste dies nicht. Oder würde das Relais ständig hin und her schalten, weil es sich ja um ungegelättete Halbwellen handelt, die ja periodisch einen Nullpunkt haben? Ich könnte das mal ausprobieren mit einem Schaltkastenrelais für 12V Lichtrelaisschaltung, habe ich noch rumliegen, hat sogar zwei Wechsler.

Schaltplan aktualisiert:


BID = 858327

perl

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Zitat :
hier mein Schaltungsentwurf.
Oh Herre!
Was ist denn das für eine Maschine?


Zitat :
Wäre das eine zu lange Periode?
Viel zu lange.

Zitat :
Wie prüfe ich das?
Überhaupt nicht.
Das legt man konstruktiv fest, indem man die Anode der Diode mit dem Heizer verbindet.

BID = 858333

Offroad GTI

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Zitat :
Schaltplan aktualisiert:
Immerhin wird die LED jetzt halbwegs geschützt. Aber eine 1N4001 hat auch nur eine Sperrspannungsfestigkeit von 50V

Hier ein kleiner Hinweis: Es kann eigentlich* immer eine 1N4007 (UR=1000V) eingesetzt werden. Dann muss man auch nicht lage überlegen, ala "ich habe 230V~ also 325Vs reicht da jetzt eine 4003er oder muss es eine 4004er sein..."


Zitat :
Wie war das noch bei FETs (ich mach das einfach zu selten, um mir die Sachen dauerhaft zu merken)?
Das war so, dass N-Kanäler eine positive Gate-Source Spannung benötigen, also ohne spezielle Treiber nur Low-seitig (also mit Source am Bezugspotential) betrieben werden können.

Außerdem ist in deinem Schaltplan ein Sperrschich-FET.


Zitat :
dass es genauso wie ein Stromstoßschalter funktioniert
Wenn du einen Stromdtoßschalter willst, musst du auch einen nehmen.


Zitat :
Damit würde beim Anliegen von Spannung durch die erste Halbwelle das Relais ausgelöst
Klar, aber
Zitat :
Die nächste Auslösng geschieht dann erst wieder wenn das nächste mal Spannung angelegt wird.
Nein, dann wird es nur noch einer geschaltet

Siehe Datenblatt:


Den ganze Zinnober brauchst du aber auch gar nicht. Ich würde einfach den Schwimmerschalter und ein normales Relais für 12V (und dann eben noch deine LED) ans Bordnetz des Wohnwagens hängen.

*)Außer bei extrem Zeitkritischen Anwendungen, weil die 4007er eine größere Sperrverzugszeit gegenüber der 4001er hat.




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BID = 858345

dasbörnt

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So langsam wächst der Ehrgeiz, den "Zinnober" aber auch mal richtig hinzubekommen.
ein Stromstoßschalter zählt meines Wissens auch zu den bistabilen Relais. Das oben genannte hatte ich gewählt, weil ich keine Stromstoßschalter mit 2 Wechselern gefunden habe, hatte aber nicht nachgeschaut, ob das Relais umgepolt werden muß, um wieder den Ausgangszustand zu schakten.
Ans Bordnetz (darunter verstehe ich jetzt das 12V Bordnetz des Wohnwagens) will ich eigentlich nichts vom Boiler hängen, auch nicht die Kontrollschaltung, der Boiler selbst wird ja auch nur bei Netzanschluss funktionieren. Ich hab den Ausgangsschaltplan noch einmal überarbeitet und nach den Hinweisen von Perl
Zitat :
Viel zu lange.
und
Zitat :
Das legt man konstruktiv fest, indem man die Anode der Diode mit dem Heizer verbindet
noch eine einfachere bzw. andere Variante, dann auch mit Relais, welches durch den Schwimmerschalter ausgelöst wird, gezeichnet.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: dasbörnt am 18 Nov 2012 10:44 ]

BID = 858350

Offroad GTI

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Zu deiner ersten Skizze fällt mir jetzt nichts mehr ein
Für meinen Geschmack kreuzen sich da auch zu viele Linien...

Die zweite sieht da schon wesentlich besser aus. Obwohl der Schwimmerschalter immer noch die volle Netzspannung abbekommt. Dabei gibt es doch genug, die auch 230V schalten können: Der zum Beispiel

Und das Relais plus Vorwiderstand ist auch nicht wirklich state of the art. Setze da doch einfach ein 230V Relais ein. Von denen gibt es ja auch genug.



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BID = 858364

dasbörnt

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Zitat :
kreuzen sich da auch zu viele Linien...

Verbindungen sind aber nur da wo auch Punkte sind.


Zitat :
Obwohl der Schwimmerschalter immer noch die volle Netzspannung abbekommt


Beim diesem von mir gewählten Schwimmer ist der Vorteil, dass ich den einfacher im Boiler einbauen kann, denn der Wasserstand muss mindestens halbvoll betragen, damit der Heizstab voll im Wasser liegt. Der von Dir gewählte Schwimmer bräuchte eine extra Befestigung, da er von oben eingeschraubt werden soll. Oder ich müsste eine Verlängerung des Auftriebskörpers anbringen (Styroporklotz). Im Datenblatt des Schwimmer ist allerdings ebenfalss eine Version beschrieben, die auch 400V abkann.

Das mit dem Relais mit 230V macht natürlich Sinn!

Noch mal zu der anderen Variante: FET an der richtigen Stelle? Spannungsteiler R3/R4 richtig zum Gate angeschlossen? Irgendwann muss es doch mal richtig sein (meine Erfahrungen stammen bisher aus dem erfolgreichen experimentellen Aufbau von Röhrenvorstufen, da kann man, wenn man den Grundaufbau hat, sehr gut nach Gehör arbeiten ).


BID = 858374

Offroad GTI

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Zitat :
Verbindungen sind aber nur da wo auch Punkte sind.
Schon klar.


Zitat :
Im Datenblatt des Schwimmer ist allerdings ebenfalss eine Version beschrieben, die auch 400V abkann.
Ja, das ist aber nicht die Version, die Reichelt verkauft.


Zitat :
Noch mal zu der anderen Variante: FET an der richtigen Stelle?
Welcher FET? Ich sehe da nur einen PNP Bipolartransistor.


Zitat :
Der von Dir gewählte Schwimmer bräuchte eine extra Befestigung, da er von oben eingeschraubt werden soll.
Das stimmt natürlich...




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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 18 Nov 2012 14:53 ]

BID = 858389

dasbörnt

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Zitat :
Ja, das ist aber nicht die Version, die Reichelt verkauft.
genau, leider


Zitat :
Welcher FET? Ich sehe da nur einen PNP Bipolartransistor.
mmhh, wieder das leidige 'welches Symbol ist das richtige'. Saß der FET vorher etwas an der richtigen Stelle, also vor der Last oder ist hinter der Last richtig aber Schaltzeichen falsch?


Zitat :
Das stimmt natürlich...

und oben ist nicht wirklich Platz, denn von da wird der Heizstab eingeführt und alle Stecker, Termostat etc.sind da auch noch. So ein seitlich einzubauender wäre unproblematischer.


Ach am rande: Das Thema erstreckt sich mit meinem ja elektronisch ja eigentlich eher kleinen Problem schon über 6 Seiten und ich habe mit meinem geringen Fachwissen würfelnd doch das Gefühl, dass die sich helfend daran Beteiligenden es gut meinen. Danke dafür.(Lob! Lob!)

BID = 858420

Offroad GTI

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Zitat :
Saß der FET vorher etwas an der richtigen Stelle,
Zumindest ist er Low-seitig angeordnet, vom Rest der Schaltung haben sich leider eine Augen verknotet...

Wenn schon unbedingt ein FET reinsoll, sollte es etwa so aussehen:



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BID = 858443

dasbörnt

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alles ganz ohne Verknotungen und die Schaltung würde auch funktionieren!

Aber dennoch: Ich würde gern Perls Rat mit Anode der Diode an Heizelementbeherzigen, in Deinem Schaltplan ist das jetzt genau andersherum. Wenn man die Diode dreht, müsste man auch die Stromquelle drehen und alle anderen Dioden ebenfalls, oder?

Zum verständnis: Was machen die Zener, der Kondensator und die D4(D4148)? Die sind doch alle für die Spannungsglättung/Gleichrichtung zuständig, oder. In so einem Zusammenhang sind sie mir jedenfalls schon mal über den Weg gelaufen bei einer Netzteilerstellung. Da der Schwimmerschalter hinter der Diode liegt, müsste doch auch einer gehen, der nur 200 VDC weil es doch effektiv dort nicht mehr über 200 sein können, da ja nur Halbwellen ankommen?

Dafür ein FET zu nehmen und nicht ein Relais würde bedeuten, dass es keine Klickgeräusche gibt und dass ich den Schwimmer mit 200 VDC nehmen könnte, oder? Der von Dir gewählte FET ist sicher gut aber nicht gerade populär, also zumindest habe ich so auf die schnelle keine Shop gefunden, der den hätte.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: dasbörnt am 18 Nov 2012 20:28 ]

BID = 858460

Offroad GTI

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Zitat :
gern Perls Rat mit Anode der Diode an Heizelementbeherzigen,
Ich frage mich zwar, wozu dies gut sein soll, aber es ließe sich auch erreichen, wenn man die Richtung selbiger beibehält. Habe das man schnell editiert.

Einfach alle Dioden drehen geht wegen des MOSFETs nicht. Und P-Kanal FETs in dieser Größenordnung sind auch schwer aufzutreiben und haben zudem einen etwa 3fach größeren Einschaltwiderstand als ein N-Kanal FET. Also wird in ihnen die 3fache Verlustleistung umgesetzt.


Zitat :
Was machen die Zener, der Kondensator und die D4(D4148)? Die sind doch alle für die Spannungsglättung/Gleichrichtung zuständig
Genau, bis auf D4. Die begrenzt die Spannung am Gate des MOSFETs, wenn der Schwimmerschalter offen ist.


Zitat :
Da der Schwimmerschalter hinter der Diode liegt, müsste doch auch einer gehen, der nur 200 VDC weil es doch effektiv dort nicht mehr über 200 sein können
Stimmt auch. Die Z-Diode begrenzt die Spannung auf 15V.


Zitat :

Dafür ein FET zu nehmen und nicht ein Relais würde bedeuten, dass es keine Klickgeräusche gibt
Dafür ist der FET aber selber unnötige eine kleine Heizung (neben der notwendigen Haupt-Diode). Ein Relais ist in diesen Fall besser geeignet.


Zitat :
Dir gewählte FET ist sicher gut aber nicht gerade populär
Das ist gut möglich. Habe den nur genommen, weil es bei LTSpice nicht allzu viele Hochspannungs-FETs gibt. Auch die Dioden sind, wenn man sich die dazugehörigen Datenblätter anschaut, auch nicht gerade geeignet. Aber auch hier mangelt es wieder an Alternativen.



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BID = 858605

dasbörnt

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Super,
ich habe kein Problem mit so ein wenig extra Heizung, denn warmes Wasser im Wohnwagen brauche ich immer nur dann, wenn es draußen gerade nicht so warm ist.
Also würde ich die Schaltung gemäß Deines Planes bauen. Vorher noch die Bauteilauswahl. Vorschläge (außer die Widerstände, nehm ich die Halbwatter, die ich da habe):
D1(am Heizelement): DSEP 30-12A
D1(bei Spannungsquelle): BAV 19
M1: IRFP 460
D2: ZF 15
D3: LED 5-25000WS(kommt ne grüne Abdeckung drauf)
D4: 1N 4148
C1: 47u/15V oder 47u/30, da habe ich verschiedene daliegen
u1: Schwimmersensor 200V/10W

Geht das so?

BID = 858622

Offroad GTI

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Zitat :
ich habe kein Problem mit so ein wenig extra Heizung
Das war natürlich ironisch gemeint...


Zitat :
(außer die Widerstände, nehm ich die Halbwatter,
Bei R1 bekommst du dann aber ein mittleres Problem, wegen der hohen Verlustleistung. Über dem fällt nämlich die gesamte Differenz zur Netzspannung ab.

Die 4148 wäre auch etwas schwach. Wie ich schon sagte, für derartige Niedrigstrom-Anwendungen kann fast immer eine 4007er eingesetzt werden. Bei der Z-Diode könnte es auch die 1,3W Variante sein.

Bezüglich der LED: Warum nicht gleich eine grüne? Allzu viel Helligkeit solltest du dir von der sowieso nicht erhoffen, da sie in der Dimensionierung nur etwa 2mA aufnimmt.

Die Haupt-Diode und der MOSFET wären geeignet.


Wieso willst du es eigntlich unnötig kompliziert, wenn es mit einem Relais so einfach wäre?


Fast vergessen: Dein 15V Elko wäre für 15V Nennspannung der Z-Diode viel zu eng bemessen. Der 30V-Typ würde passen. Etwas größer könnte der Elko ruhig sein, nur wesentlich kleiner wäre schlecht. Wenn du Pech hast, würde die Spannung dann so weit absinken, dass die Gate-Source Spannung nur noch knapp über der Schwellspannung liegt. Dann wirkt er nicht mehr als Schalter (Stromquellenbetrieb/Sättigungsbereich), sondern als Widerstand (linearer Bereich), was eine immense Vergrößerung der Verlustleistung, und damit schließlich die Zerstörung des Transistors, zur Folge hätte.


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 19 Nov 2012 22:53 ]


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