8-Kilowatt-4-Kanal-Wechselstromschalter mit Verbrauchsmessung. Teil 1

Um ein großes Haus zu automatisieren, erschien die Aufgabe, starke Lasten ein- und auszuschalten - Poolpumpen, Kessel und sogar Gästezimmer als Ganzes (wenn niemand in ihnen lebt), und ich wollte auch wissen, wie viel Energie von ihnen verbraucht wird. Es gab jedoch keine vorgefertigten Geräte mit den erforderlichen Eigenschaften (und sogar in deren Nähe). Ich musste es selbst erfinden. Die erste Version erwies sich als nicht sehr wartungsfreundlich, zeigte jedoch, dass ein wenig Arbeit und Sie ein vollständig fertiges Gerät erhalten.



Ehrlich gesagt habe ich praktisch keine Erfahrung mit der Erstellung leistungsfähiger Wechselstromgeräte. Daher habe ich bei der Entwicklung dieses Geräts versucht, auf Nummer sicher zu gehen - Blitzableiter, breite Wege zum Löten leistungsstarker Kupferreifen und Abschirmung in den Zwischenschichten der Platine. In der ersten Version gab es einige Überschüsse und Fehler (z. B. im Datenblatt des Stromversorgungsmoduls Spannungsausgang 1 und Vout1 - stellte sich heraus, dass sie nicht gleich waren. Daher musste ich die Spuren abschneiden und den Micro-USB-Anschluss einfach falsch trennen, sodass der Anschluss nicht teilte funktioniert).

Zum Schalten wurden bistabile 80-Ampere-Relais EW80 gewählt. Ich muss sagen, dass die Auswahl nicht sehr erfolgreich ist - der Fall ist undicht und unter lokalen Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit möglicherweise ungeeignet. Leider ist die Auswahl an leistungsstarken bistabilen Relais von verfügbaren Lieferanten nicht zu groß, sodass Sie entweder jedes Relais einzeln oder das gesamte Gehäuse abdichten müssen. Als Steuertasten habe ich die verfügbaren ADP3624-Mosfet-Treiber (einen für jedes Relaispaar) verwendet, mit denen die Wicklungen in beiden Polaritäten erregt und nach dem Auslösen abgeschaltet werden können. Die Hallsensoren ACS759-100 messen den Verbrauch und die Netzspannung über einen Transformator mit geringer Leistung. Als ADC und Steuermikrocontroller gilt STM32F373CBT6.

Um den Anschluss des fertigen Geräts zu vereinfachen, wird die Eingangsspannung an einen Anschluss geliefert, und über die Leiterplatten gelötete 7x3-mm-Kupferbusse werden auf alle Schaltkanäle gespannt. Unter Bedingungen von möglicherweise sehr langen Drähten zur Last (viele zehn Meter) wurde beschlossen, sowohl Null als auch Phase gleichzeitig zu schalten, um Probleme mit Störungen, Verzerrungen und nur aus Sicherheitsgründen zu vermeiden. Da die Platine nicht für den Betrieb ohne externe Schutzvorrichtungen („Stecker“, FI) ausgelegt ist, befinden sich keine Sicherheitselemente, sondern nur Blitzableiter zum Schutz vor Hochspannungsimpulsen. Jeder Kanal hat eine Anzeige-LED, es gibt auch eine Signalschaltung („Hochtöner“ und ein Relais für 10 Ampere externe Last), aber ihre Verwendung in Software wurde noch nicht implementiert.

Das Gerät wird über eine serielle Schnittstelle mit galvanischer Trennung gesteuert (theoretisch kann eine USB-Schnittstelle verwendet werden), mit einem einfachen Protokoll, das dem in meinem Dimmer verwendeten Protokoll ähnelt. Ich werde es später durch MQTT-over-serial ersetzen.



Ich muss gleich sagen, dass sich die Schaltung als nicht sehr erfolgreich herausgestellt hat und sich in der nächsten Version ein wenig ändern wird - die Spannungsstabilität von 3,3 Volt für die Stromversorgung der Stromsensoren und der Steuerung hält Kritik nicht stand, was zu Fehlern bei der Leistungsmessung in einigen zehn Watt führt (auch ohne Last). höchstwahrscheinlich werde ich für jeden Sensor separat stabile Referenzspannungsquellen von 3,3 V liefern. Es mag sich auch lohnen, einen 16-Bit-ADC in der Steuerung zu verwenden, aber leider ist seine Geschwindigkeit nicht zu hoch - jetzt werden Strom und Spannung ungefähr 5000 Mal pro Sekunde gemessen, was theoretisch mit 16-Bit möglich ist, aber ich habe es nicht geschafft, eine stabile Leistung zu erzielen seine Arbeit mit vielen Kanälen über DMA.

Die Controller-Firmware zeigt alle zehn Sekunden Daten zum Lastverbrauch auf jedem Kanal und zur Netzspannung an und empfängt Befehle zum Ein- und Ausschalten der Kanäle. Die Software ist sehr grob, sie muss auch überarbeitet werden, um verschiedene Steuerfunktionen hinzuzufügen (z. B. Überspannung im Netzwerk, Überlastung, Überhitzung der Karte usw.).

→ Code auf Github