Netzteil CNC Maschine Störungen Elemenieren

[Matthias W. (macho2000)]

Hallo,

ich bin seit einigen Tagen verzweifelt dabei die Stromversorgung meiner 
CNC Fräse zu optimieren, nachdem ich sporadische Fehler in der Steuerung 
habe.

Nachdem ich eine neue (etwas stärkere) Schrittmotorendstufe eingebaut 
habe kam es zu dem Problemen in meiner 5V Spannungsversorgung. Ich habe 
+/- 1,5V Spannungsspitzen auf der 5V Spannungsversorgung. 
Siehe(Spannungsverlauf.png)

Zum Aufbau des Systems:

Für die Spannungsversorgung der 3 Schrittmotorendstufen nutze ich einen 
Ringkerntrafo (RKT12015_data.png) mit einer Netzteilplatine 
(Netzteil2.png), welche 3 große Elkos plus den Brückengleichrichter 
TS15P01 (gleichrichter.png) enthält. Für die Versorgung der 12V Sensoren 
und der 5V Elektronik nutze ich MeanWell RS15 Netzteile (RS-15.pdf). Die 
Ground Seite der Schrittmotorendstufen ist mit dem Ground der MeanWell 
Schaltnetzteilen verbunden.

Zum Systemverhalten:

Wenn ich die MeanWell Netzteile anschalte, bekomme ich ein schönes 5V 
oder 12V Signal. Schalte ich den Trafo für die Schrittmotoren dazu, wird 
das Signal schlecht. Trenne ich die Schrittmotoren von den Endstufen, 
ist das Signal auch wieder gut. Beim Messen mit dem Oszi habe ich 
festgestellt, dann alle meine Endstufen einen negativen (wenn auch 
unterschiedlichen) Einfluss haben, d.h. die neue Endstufe hat das Fass 
nur zum überlaufen gebracht.

Hat jemand einen Tip wie ich das Filtern, Entkoppeln o.ä. kann?

Vielen Dank für Tips.

Matthias

[MaWin (Gast)]

Schrittmotorspulen sind zwar isoliert, haben aber eine Kapazität zum 
Schrittmotorgehäuse und das ist mit Masse der Fräse verbunden. Die Masse 
bewegt sich kaum, ist ja auch mit dem Schutzleiter verbunden, aber die 
Endstufen schalten die Spulen mit Chopperfrequenz an plus bzw. GND der 
Elektronik und damit GND von deinem Netzteil, welches entweder gar nicht 
oder nur über ein dünnes Kabel mit dem Schutzleiter und damit Masse der 
Maschine verbunden ist.
Daher tanzt dein GND mit Chopperfrequenz und dein Scope misst das.
Kabel zu den Schrittmotoren verdrillt und abgeschirmt direkt am 
Metallgestell der Fräse langführen. GND der Endstufen kurz und dick mit 
Masse der Fräse verbinden, ebenso GND der direkt daneben liegenden 
Netzteilplatine. Kabel zum Steuerungsrechner zusammenbündeln und 
Steuerung von der Fräse wegstellen was die Kabellänge erlaubt. Falls der 
Steuerungsrechner einen Schutzleiteranschluss hat, dessen Kabel parallel 
der Steuerkabel zur Fräse zurück verlegen und mit deren Netzkabel und 
dem Netzkabel deines Netzteils zur Steckdose führen.

Wie gut die Masseverteilung auf deiner Netzteilplatine ist, müsste man 
sich noch ansehen. An bestimmten Stellen könnten Stützkondensatoren zum 
Massepunkt sinnvoll sein.

[Sebastian (Gast)]

Noch ein zusätzlicher Gedanke zum schon gesagten: Die 
Massefeder/Masseklemme des Rigol ist normalerweise über den 
Schuko-Stecker des Oszi geerdet und kann solche Messungen verfälschen. 
Dann kann es helfen statt dessen differentiell zu messen. Die 
Forumsexperten können das viel besser erklären als ich.

LG, Sebastian

[Uwe (Gast)]

Was sind das für Endstufen?
Haben die Optokopplereingänge?
Dann wäre es besser die Massen der 5V und 24V zu trennen.

[Matthias W. (macho2000)]

Hallo MaWin und Sebastian,

Danke für die den ausführlichen Input. Hier nochmal eine Präzisierung 
des Aufbaus, in Bezug auf eure Anmerkungen:

Die gesamte Elektronik sitzt in einem Schaltschrank. Dieser 
Schaltschrank ist allseitg mit dicken Massebändern an PE Leiter 
angeschlossen. Eine direkte Masseleitung zur CNC Maschine besteht nicht, 
aber deren Gehäuse ist über den Spindelmotor mit dem Netz PE verbunden.

Die Kabel der Schrittmotoren sind teils geschirmt, der Schirm ist am 
Gehäuse der Fräse montiert. (Werde ich kontrollieren). Die Maschine 
steht direkt neben dem Schaltschrank, da der Keller leider zu klein ist.

Ist es sinnvoll ein dickes Masseband zwischen den Gehäusen zu verlegen?

Soll ich den GND des Schrittmotor-Netzteils mit dem PE bzw dem Gehäuse 
des Schaltschrankes verbinden? Das ist bis jetzt nicht der Fall.

Werde das die Tage mal Testen.

Vielen Dank soweit

Matthias

[MaWin (Gast)]

Matthias W. schrieb:
> Ist es sinnvoll ein dickes Masseband zwischen den Gehäusen zu verlegen?

Nicht unbedingt, da beide (Fräse und Steuerung) schon ihren eigenen 
Schutzleiteranschluss haben, entsteht eher eine Masseschleife, in die 
die starken Ströme der Motoren besonders einstreuen.

Wenn die Treiber an der Fräse montiert und getrennt von der Steuerung 
wären, wäre eine Optokopplerisolation sinnvoll. Sind sie aber nicht, die 
Motor-Kabel hängen vom Steuerschrank zur Maschine.

Da hast du die Ursache für die Störungen. Weg bekommen wirst du sie 
nicht. Broken by Design.

[Matthias W. (macho2000)]

Hi,

habe heute nochmal die Steuerung durchgecheckt und innerhalb der 
Steuerung ist bezüglich PE Leiter Anschlüsse schon alles maximal 
dimensioniert.

Ich habe dann den neuen stärkeren Schrittmotor (an der neuen Endstufe 
DM860I) mal demontiert und im Raum bewegt, soweit des das Kabel (40cm) 
erlaubt. Je weiter ich vom Schaltschrank wegkomme, wird es deutlich 
besser. Dabei habe ich ebenfalls festgestellt, dass das Anschlusskabel 
im Gegensatz zu meinen anderen Motoren keinen Potentialausgleich 
mitführt und auch keinen Schirm enthält.

Ich habe das Potential den Motor etwas weiter weg zu verbauen und werde 
auch das Kabel gegen ein geschirmtes Kabel austauschen.

Soll ich den Schirm mit an das Gehäusepotential anklemmen?

Danke

Matthias

[Matthias W. (macho2000)]

Hi,

ich kann hier einen Erfolg vermelden. ;)

Gleiches Setup, aber neues geschirmtes Kabel mit integriertem PE-Leiter. 
PE mit im Kabel geführt vom Schrittmotor zum Endstufengehäuse und die 
Schirmung auch auf PE geklemmt.

Danke an alle

Gruß

Matthias