Synchronmotor schalten mit Relais -> ESP8266 stürzt ab

[R. H. (breezer)]

Hallo,

ich baue zurzeit eine Poolsteuerung. Ich habe mir mit einem 
Synchronmotor ein Motorventil gebaut welches zwischen Solarbetrieb und 
ohne umschalten soll, ich verwende hierzu dieses Modell:

https://www.amazon.de/Synchronmotor-Einstellbare-Geschwindigkeit-Permanentmagnet-Plattenspieler/dp/B077X7WXJG?th=1

Angesteuert wird der Synchronmotor mit einem Relaisboard wie dieses:

http://wiki.sunfounder.cc/index.php?title=4_Channel_5V_Relay_Module

Vom Relaisboard verwende ich hierzu zwei Relais, eines ändert die 
Drehrichtung und eines schaltet die Spannung.


Mein Problem ist nun, dass mein ESP8266 abstürzt sobald der 
Synchronmotor zugeschaltet wird, trenne ich den Synchronmotor ab und 
schalte die Relais ohne Last klappt alles ohne Probleme.

Die Schaltung wird mit einem Meanwell Printnetzteil 5V 3W betrieben.

Ich habe mit einem Oszi die 5V Spannung beim Schalten beobachtet. Ohne 
Last am Relais bleibt die 5V Spannung stabil, wenn der Synchronmotor 
dran hängt sehe ich üble kurze Ausschläge auf der 5V Spannung.

Was kann das sein und wie könnte man das Problem lösen?

[Stefan F. (Gast)]

Schon wieder diese kack Relais. Sie erfüllen nicht die vom VDE 
geforderte Isolationsspannung von 4000V (sie schaffen nur 1500V). Das 
ist also eine gefährliche Sache.

Das Netzteil ist mit 5V 3W (600mA) sehr knapp bemessen. Der ESP Chip 
nimmt bereits 430mA auf, wenn er "funkt". Dazu kommen die Relais mit 
jeweils 70mA sowie die Stromaufnahme sonstiger Bauteile.

Weiterhin ist die Leitungsführung wichtig. GND und Versorgungsspannungen 
sollen sternförmig an dem Punkt zusammen treffen, wo das Netzteil 
angeschlossen ist. Die Leitungen zum Motor sollten möglichst dicht 
zusammen liegen (am besten verdrillt) und möglichst Räumlich nicht durch 
den Bereich gehen, wo die Steuerung liegt.

Zeige mal Fotos vom Aufbau.

[R. H. (breezer)]

Die verbauten Relais sind diese:

https://www.conrad.de/de/p/afe-brd-ss-105l-printrelais-5-v-dc-15-a-1-wechsler-1-st-1405635.html#productDownloads

Laut Datenblatt haben die eine "Surge Resistance" von 3000V.

Der Aufbau ist nicht optimal, das Printnetzteil befindet sich unterhalb 
der Relaisplatine. Bist du dir sicher, dass der ESP8266 soviel Strom 
zieht? Ich habe was von 70mA gelesen.
Fakt ist, dass die Schaltung ohne Probleme läuft wenn der Synchronmotor 
nicht angeschlossen ist. Die Relais ziehen normal an und der ESP läuft, 
am Oszi bricht die 5V Spannung auch nicht zusammen.

Die beiden mittleren Relais sind für den Synchronmotor zuständig, am 
ganz rechten Relais soll die Poolpumpe geschaltet werden.

Irgendwie muss der Synchronmotor Störungen verursachen.

[H. H. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Laut Datenblatt haben die eine "Surge Resistance" von 3000V.

"Dielectric Strength:
Between Coil & Contact……….1,500VAC at 50/60 Hz
for one minute"

[Harald W. (wilhelms)]

R. H. schrieb:

> Irgendwie muss der Synchronmotor Störungen verursachen.

Das ist normal. Du musst eben Deine Schaltung passend entstören.
Das von Stefanus erwähnte Problem mit den von Dir verwendeten
Relais hat übrigens nichts mit den Störungen zu tun. Allerdings
würde ich gerade bei einem Pool Relais verwenden, die auch vom VDE
zugelassen sind. Diese haben meist einen entsprechenden Aufdruck.

[temp (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Schon wieder diese kack Relais. Sie erfüllen nicht die vom VDE
> geforderte Isolationsspannung von 4000V (sie schaffen nur 1500V). Das
> ist also eine gefährliche Sache.

Nö, ich sehe hier ein schönes Gehäuse was den Anforderungen an eine 
Schutzisolierung spielend genügt. Innerhalb des Gehäuses ist nur eine 
Funktionsisolation nötig, die Kleinspannung verlässt den ESP ja nicht 
und ist nicht "anfassbar" oder sonst wie über Schnittstellen mit der 
Außenwelt verbunden.

Bliebe noch die Zeit während das ganze programmiert wird und der ESP 
nach außen Verbindung hat. Wenn während dieser Zeit die 230V Seite der 
Relais abgeklemmt (abgesteckt) ist, ist alles OK. Gut, man sieht nicht 
wie das Printnetzteil verdrahtet ist, aber diese Diskussion ist hier 
nebensächlich.

Oder eine neue Firmware wird gleich über WLAN eingespielt, dann sind 
alle Bedenken Gegenstandslos.

[Stefan F. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Bist du dir sicher, dass der ESP8266 soviel Strom zieht?

Ja.

> Ich habe was von 70mA gelesen.

Das ist die durchschnittliche Stromaufnahme.

[Stefan F. (Gast)]

temp schrieb:
> Nö, ich sehe hier ein schönes Gehäuse was den Anforderungen an eine
> Schutzisolierung spielend genügt. Innerhalb des Gehäuses ist nur eine
> Funktionsisolation nötig, die Kleinspannung verlässt den ESP ja nicht
> und ist nicht "anfassbar" oder sonst wie über Schnittstellen mit der
> Außenwelt verbunden.

Wenn das so ist, dann stimme ich dir zu. Die Funkschnittstelle scheint 
das zu bestätigen.

Wo ist denn das Netzteil? Ist auf dem Weg dahin alles berührungssicher?

[Harald W. (wilhelms)]

Stefan ⛄ F. schrieb:

> Wo ist denn das Netzteil?

Zitat: "das Printnetzteil befindet sich unterhalb der Relaisplatine"

[Stefan F. (Gast)]

Harald W. schrieb:
> "das Printnetzteil befindet sich unterhalb der Relaisplatine"

Klingt gut. Dann haben wir hier den besonderen Fall, wo diese Relais in 
Ordnung sind.

[Roland P. (pram)]

Ich würde als erstes versuchen, einen 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Snubber parallel zu den 
Relaiskontakten zu schalten.

VG Roland

[Harald W. (wilhelms)]

Roland P. schrieb:

> Ich würde als erstes versuchen, einen
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Snubber parallel zu den
> Relaiskontakten zu schalten.

Entstörung ist nicht immer einfach. Man muss verschiedenes
nacheinander ausprobieren.

[oszi40 (Gast)]

Prüfe Schwachstellen:
-Netzteil
-Snubber
-Freilaufdioden
-Abblock-Cs
-Anlaufstrom/Abschaltspannung der Motoren?(mal abklemmen?)

[R. H. (breezer)]

Danke für die Antworten, ich werde es mal mit einem Snubber probieren.

Kann ich die hochfrequenten Störungen mit dem Oszi messen um zu prüfen 
ob der Snubber funktioniert? Ein Trenntrafo habe ich...

[oszi40 (Gast)]

R. H. schrieb:
> sehen ob der Snubber funktioniert? Ein Trenntrafo habe ich...

Ja, wenn Du Glück und Ahnung hast. Ich würde ERST mal nach der 
Ausschussmethode den Motor abklemmen, um zu prüfen ob dann die Störung 
noch vorhanden ist. Wenn die Störung ohne Motor noch da ist, so liegt 
das grundsätzliche Übel woanders. Der Snubber wäre dann nur das 
Sahnehäubchen um den bösen induktiven Abschaltimpuls in eine gedämpfte 
Schwingung zu verwandeln.

[R. H. (breezer)]

oszi40 schrieb:
> Ich würde ERST mal nach der
> Ausschussmethode den Motor abklemmen, um zu prüfen ob dann die Störung
> noch vorhanden ist.

Ist schon passiert, wenn der Motor abgeklemmt ist gibt es keine 
Probleme. Diese Spikes auf der 5V Versorungsspannung, wie auf dem Bild 
im ersten Post, habe ich auch nur bei angeklemmten Motor...

[oszi40 (Gast)]

Dann wäre geeigneter Snubber mit einem C, der auch ausreichend Spannung 
verträgt möglich.

[R. H. (breezer)]

Ich habe jetzt mal provisorisch Snubber (47nF und 47R) gebastelt und 
eingesetzt.
Ich habe zwei Snubber direkt an der Motorklemme eingesetzt, einen für 
vorwärts und einen für rückwärts.
Der Snubber hat eine deutliche Verbesserung gebracht. Auf der 5V 
Versorgungspannung sind keine Ausschläge mehr zu sehen. Der 
Mikrocontroller stürzt jetzt nur noch ganz selten ab. Wichtig war 
anscheinend auch die Relais nicht zeitgleich zu schalten, d.h. erst das 
Relais für die Drehrichtung dann 500ms warten und dann die Spannung 
zuschalten, beim Abschalten umgekehrt.
Anscheinend darf ich den Motor auch nicht zu schnell umschalten, dann 
kommen auch wieder teilweise Abstürze, ich muss imnmer so mindestens 
eine Minute warten, dann klappt es besser. Kann es daran liegen, dass 
der Snubber sich erst entladen muss?
Ich bin mir auch nicht sicher ob der Snubber richtig dimensioniert 
ist...

[H. H. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Snubber (47nF und 47R)

Der Motorkondensator wird kaum mehr Kapazität haben. Und 47 Ohm ist 
deutlich zu wenig Widerstand.

[Stefan F. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Anscheinend darf ich den Motor auch nicht zu schnell umschalten

Das wäre für die Mechanik eh nicht gut gewesen. Aber eine Minute ...? 
Ein paar hundert ms sollten reichen, denke ich. Es geht ja nur darum, 
dass der Motor zum Stillstand kommt, bevor er die Richtung wechselt.

[Manfred (Gast)]

R. H. schrieb:
> Ich habe zwei Snubber direkt an der Motorklemme eingesetzt,

Ich dachte immer, der gehört über den Relaiskontakt und nicht an die 
Last.

[oszi40 (Gast)]

"Denkpause" zwischen Richtungswechsel ist wichtig. Ob 0,5s reichen kommt 
auch auf die Mechanik an. 10nF parallel zum Motor wären auch einen Test 
wert.

[Karl B. (gustav)]

Hi,
BTW: passende Rinkerndrosseln in den Motorzuleitungen wirken bisweilen 
wahre Wunder.
Was ist das überhaupt für ein Motor, den der TO "Synchronmotor" nennt.
Also, für mich hat ein "Synchronmotor" keine "Kohlen" oder einen 
Kommutator, der drehzahlabhängige Impulsstörungen abgibt.
Eine Spule und noch eine mit Phasenschieberkondensator, der je nach
Anklemmen an welches Wicklungsende die Drehrichtung bestimmt.
Vielleicht ist ein "Wackelkontakt" in der Richtungsumkehr dort zu 
suchen.

ciao
gustav

[Firlefanz (Gast)]

Vieleicht erzeugen Deine Relais so heftige Funken im Relais, dass sich 
der ESP, sowie die benachbarte Elektronik hiervon beeinflusst fühlt.

Mal den Lastteil (Relaisplatine) auf Abstand zur Elektronik bringen. So 
10 cm. Nur versuchsweise!

[R. H. (breezer)]

Ich habe den Widerstand des Snubbers auf 220 Ohm erhöht, leider resettet 
der ESP immer noch teilweise, jedoch nur beim Einschalten des Motors. 
Kann es sein, dass der Anlaufstrom daran schuld ist?

Irgendwo habe ich als Fausformel für Snubber gelesen, dass 1 Ohm pro 
Volt und 0.1uF pro Ampere geeignet sind.  Unter der Betrachtung wäre 
mein Widerstand gut, mein Kondensator allerdings zu groß, rechnerisch 
bräuchte ich 13nF. Kann ein zu großer C beim Snubber negativ wirken?

[H. H. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Kann ein zu großer C beim Snubber negativ wirken?

Ja, und die Faustregel vergiss besser schnell wieder, die passt 
bestenfalls zufällig.

[Stefan F. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Kann es sein, dass der Anlaufstrom daran schuld ist?

Kann, muss aber nicht.

Funken sind auf jeden Fall immer blöd, weil sie breitbandig alles 
stören, was sich stören lässt.

Direkt als nächstes würde ich in der Tat über parasitäre Antennen 
(Kabel) nachdenken, die Stromstöße in elektromagnetische umwandeln.

[temp (Gast)]

Dann versuch doch den Motor mit einem Halbleiterrelais mit zero-cross- 
detection zu schalten. Dann gibt es zumindestens beim Ein- und 
Ausschalten keine "Funken".
z.B.
https://www.reichelt.de/halbleiterelais-1-polig-sil-gehaeuse-5a-230vac-rp1a23d5-p79456.html?&trstct=pos_0&nbc=1

oder sowas:
https://www.makershop.de/module/relais/1-kanal-omron-solid-state/

Optional kann man ein normales Relais in Reihe schalten wenn es um 
sichere Trennung geht. Dann muss das natürlich etwas früher einschalten 
und etwas später aussschalten als das SSR.