VoltageDrop, StromEinspeisungen und Leiterquerschnitt WS2811

[outlawdareal]

Hallo,
ich bräuchte mal Rat von jemanden der Ahnung bezüglich Voltage drop bei WS2811 auf 18Meter.Habe mal zur verständlichkeit eine einfache Zeichnung angehangen. Ich habe erst das 40A Netzteil genommen und 1x 10m links herum und 8m rechts herum am Profil an der Decke verlegt. Zudem jeweils eine zusätzliche Leitung für Stromeinspeisung. 3 Einspeisungen auf die 10m und 2 Einspeisungen auf die 8m. Ansich fällt nur bei der Farbe Weiß der Drop stärker auf aber möchte es dennoch möglichst optimal machen. Habe dann das 2. Netzteil genommen mit 29A und die Einspeisungen darüber angeschlossen . Zu meiner Verwunderung hatte ich dann mit 2 Netzteilen ein schlechteres Ergebnis als mit einem. Leider habe ich bis vor kurzem überhaupt gar keine Ahnung von Elektrik gehabt und somit habe ich die Berechnung mit dem Leiterquerrschnitt nicht so ganz gepeilt.Zu meinem Fragen :
Wie sollte der Leiterquerschnitt aussehen am Beispiel meiner Zeichnung ?
Sollte ich es vielleicht ganz anders verlegen für ein besseres Ergebnis ?`
Wie würdet ihr die 18m WS2811 verlegen?

Gruß
der Elektronoob

[Achim H]

Jeder WS2811 steuert 3 Leds in Reihe.
Jede Led besteht aus 3 Led-Chips.
Je Led-Chip werden max. 20mA benötigt. 3 x 20mA = 60mA.
Bei 60 Led je Meter werden 20 ICs mit jeweils 3 Leds in Reihe = 20 x 60mA benötigt = 1200mA bzw. 1,2A.
Für 18m wird ein Strom von 18 x 1,2A = 21,6A benötigt.

Unter der Annahme einer Länge von 3m ab Netzgerät bis zum Ledstrip,
einem Spannungsabfall von max. 3% der Nennspannung (12V x max. 0,03 [3%] = max. 0,36V)
sollte folgender Leiterquerschnitt verwendet werden:
@ 21,6: 2adrig x 25mm² x 21m lang. --> Spannungsabfall auf 24m Länge (12m hin + 12m zurück): max. 0,277V.

Die beiden Enden der Ledstrips werden Plus an Plus, Minus an Minus verbunden = Ringsystem.
Die Kabel (rot bzw. schwarz) werden einmal rundum im Raum verlegt und nach 18m (Umfang des Raumes) an sich selbst angeschlossen (rot an rot, schwarz an schwarz).

Der Ledstrip sollte alle 2 Meter an das Kabel angeschlossen werden.
Dafür reichen 0,5mm² @ max. 30cm lang. --> Spannungsabfall auf dieser Strecke: max. 0,051V.

Spannungsabfall insgesamt:
@ 21,6A: max. 0,277V + max. 0,051V = max. 0,328V.

Anmerkungen:
Dicker dürfen alle Kabel immer sein, nur eben nicht dünner.

Das 40A Netzgerät ist überflüssig.
Das 29A Netzgerät reicht für alle Strips aus: 21,6A zuzüglich etwas Strom für den Controller.

[outlawdareal]

Hallo,
vielen lieben Dank für die schnelle kompetente Antwort !
Irgendwo habe ich aufgeschnappt, dass es einen Kurzschsluss geben würde wenn ich "Ringsystem" mache. Darum habe ich es auch gar nicht erst probiert. Es freut mich auch wirklich zu hören,
dass mein 29A Netzteil ausreicht , das Andere ist nämlich extrem laut.
Habe in meiner Unswissenheit einfach mal gerechnet 18m Stripes a 60led/m = ~33Ampere
Bedeutet das also das überflüssige Chips sich abschalten und keinen Strom ziehen ?
Jedenfalls ein dickes Danke! Bin froh, dass es Leute wie Dich gibt . Sonst würde wahrscheinlich schon längst was in Brand stecken in meiner Wohnung

Gruß
Dennis

[Achim H]

Irgendwo habe ich aufgeschnappt, dass es einen Kurzschsluss geben würde wenn ich "Ringsystem" mache.

Einen Kurzschluss würdest Du nur dann bekommen, wenn Plus an Minus angeklemmt wird.

Stell Dir vor, das Kabel (zum Beispiel: Plus) wäre ein Seil und Du würdest daraus ein Lasso machen. Dieses Kabel ist nur mit sich selbst verbunden.
Für Plus und Minus brauchst Du 2 Lassos.

Der Vorteil eines Ringsystem ist, dass die Strecke zur entferntesten Led immer gleich lang ist, egal ob der Strom im Kabel linksrum oder rechtsrum laufen muss. Der Gesamtstrom teilt sich auf diese beiden Arme auf, nach links und nach rechts ist der Strom nur halb so hoch. Und wenn der Strom geringer ist, dann kann auch der Leiterquerschnitt dünner sein.
Ok, 25mm² sind trotzdem noch sehr viel.

In Deinem Raum befindet sich die entfernteste Led (vom Punkt der Stromeinspeisung aus gesehen) 9m linksrum oder 9m rechtsrum.

Habe in meiner Unswissenheit einfach mal gerechnet 18m Stripes a 60led/m = ~33Ampere

Wie kommst Du auf die 33A?
Hast Du möglicherweise andere Werte?

Laut Datenblatt zum WS2811 Ledstrip steuert ein IC in der 12V Variante 3 RGB Leds gleichzeitig an (also nicht jede RGB Led separat). Der Strom je Farbe beträgt sogar nur 18,5mA.
In einer Reihenschaltung summieren sich nur die Vorwärtsspannungen aller Leds in Reihe. Der Strom fließt in einfacher Höhe (also 18,5mA) durch alle Ledchips der gleichen Farbe.
1m des Ledstrip = 20 ICs und 60 Leds a 3 Ledchips (R, G, B) = 20 x 18,5mA x 3 Farben = 1110mA = 1,11A.
18m = 18 x 1,11A = 19,98A.

Das Datenblatt kannst Du dir hier herunterladen (Link zu Ipixelleds.com).

Bedeutet das also das überflüssige Chips sich abschalten und keinen Strom ziehen ?

Es gibt keine überflüssigen Led-Chips. Strom fließt immer dann, wenn das IC angesprochen wird.
Jedes IC steuert seinerseits immer 3 RGB Leds gleichzeitig an (Reihenschaltung), nicht jede Led separat --> siehe Fig 2 auf Seite 5 des Datenblattes.

Falls beabsichtigt war, jede RGB Led separat anzusteuern, hättest Du die 5V Variante kaufen müssen.

Der Leiterquerschnitt wurde für den maximal möglichen Strom ausgelegt (alle Ledchips in allen Leds leuchten mit 100%).

[outlawdareal]

Aus meiner 33A Rechnung werde ich jetzt selber nicht mehr schlau xD Hab jedenfalls das auch falsch verstanden und dachte jede LED zieht einzelnt strom. ( Ja dann macht die Rechnung immer noch keinen Sinn ) Jedenfalls weiß ich jetzt ,dass die 60mAh auf das ganze "Modul" bezogen war
Ja und eigentlich war schon angedacht jede LED einzelnt anzusteuern ist aber auch nicht unbedingt notwendig aktuell.3 Leds ansteuern tut es auch. Aber das hat man halt von Learning bei doing
Also ist der Unterschied zwischen den 5v Variante und der 12v die Anzahl der angesteuerten LED´s? Vor dem Rätsel stand ich nämlich auch schon

Zitat
"sollte folgender Leiterquerschnitt verwendet werden:
@ 21,6: 2adrig x 25mm² x 21m lang. --> Spannungsabfall auf 42m Länge (21m hin + 21m zurück): max. 0,277V."

Eine letzte Frage noch beovr ich aufhöre zu nerven Wieso 2Adrig ? Beide Adern aber dann +12v oder nicht ? Ist damit sogar 2x25mm² gemeint ? Also Quasi 50mm² ? Oder sollten die 25mm² schon insgesamt bei 2 Adern sein ?

Nochmal vielen Dank du hast mir echt geholfen. Ich werde die Thematik auch nochmal verinnerlichen damit ich in Zukunft nicht mehr dumm fragen muss und auch draus gelernt habe. Soll ja nicht verschenkte Zeit gewesen sein mich darüber zu informieren
Dickes Danke
Gruß
Dennis

[ustoni]

Die Rechnung hört sich ja echt gut an, enthält aber einige Denkfehler:

Spannungsabfall auf 42m Länge (21m hin + 21m zurück)

Wieso 21m? Die Leitung soll doch als Ringleitung gelegt werden. Vom Netzteil aus gesehen würde sich der Strom folglich schon mal grob gerechnet halbieren (auf 2 Leitungen verteilen).
Das würde dementsprechend auch den Querschnitt halbieren. Wären also nur noch 12,5 qmm je Leitung.

Gleichzeitig (auch vereinfacht, die 3 m Zuleitung nicht berücksichtigt) halbiert sich auch die Länge, da jeder Einzelstrang ja nur bis zur gegenüberliegenden Raumecke führt.
Damit halbiert sich der Querschnitt erneut auf 6,25 qmm.

Diese 6,25 qmm wären aber nur notwendig, wenn der Strom von 10,8 A tatsächlich über die kompletten 10,5 m fließen würde. Das macht er aber nicht, da ja die Ringleitung alle 2 m mit dem Stripe verbunden werden soll. Folglich werden alle 2 m 2,4 A abgegriffen.

Verlangt jetzt bitte nicht von mir, den tatsächlich benötigten Querschnitt zu berechnen.
Ich denke aber, dass eine Ringleitung mit einem Querschnitt von 1,5 qmm (allerhöchstens 2,5 qmm) ausreichen sollte. Wenn man auf Nummer sicher gehen will, kann man die Verbindung zwischen Netzteil und der Verzweigung zur Ringleitung auch mit 6 qmm ausführen - allerdings nur, wenn dafür tatsächlich 3 m erforderlich sind.

[Achim H]

Wieso 21m?

3m als Zuleitung,
18m immer an der Wand entlang. --> das Ende des Kabel wird dann wieder an die Zuleitung angeschlossen.

Spannungsabfall auf 3m @ 25mm² @ 21,6A: 0,092V.
Spannungsabfall auf 9m @ 25mm² @ 10,8A: 0,138V.
Spannungsabfall auf 0,3m @ 0,5mm² @ 2,4A: 0,051V.
-----------------------------------------------------------------
Spannungsabfall insgesamt: 0,281V.
=============================================

Aber Du hast recht, bis zur entferntesten Led sind es nur 9m + 3m Zuleitung = 12m.
Insgesamt müssen aber 21m eingekauft werden.


Genau genommen ist aber auch diese Rechnung falsch, weil sich der Strom durch das Kabel nach jeweils 2m Länge um 2,4A verringern würde. Aber auch das hattest Du schon angemerkt. Die jeweils nachfolgenden Kabel (jeweils 2m lang) hätten dünner sein dürfen. Dann bräuchte man aber 9 Klemmen, um diese wieder miteinander verbinden zu können (siehe angehängtes Bild).

3m Zuleitung mit 25mm² @ 21,6A --> Abzweigung nach links und nach rechts.
2m bis zum 1. Abgriff mit 25mm² --> danach müssen nur noch 8,4A geleitet werden.
2m bis zum 2. Abgriff mit 16mm² --> danach müssen nur noch 6A geleitet werden.
2m bis zum 3. Abgriff mit 10mm² --> danach müssen nur noch 3,6A geleitet werden.
2m bis zum 4. Abgriff mit 6mm² --> danach müssen nur noch 1,2A geleitet werden.
1m bis zum Ende dieses Zweiges mit 4mm² --> diese 1m werden mit dem aus der Gegenrichtung verlegtem Kabel verbunden, sodass auch dort wieder 2m bis zum nächsten Abgriff enstehen werden.

Spannungsabfälle (für einen Zweig):
3m Zuleitung mit 25mm² @ 21,6A: 0,092V
2m mit 25mm² @ 10,8A: 0,031V
2m mit 16mm² @ 8,4A: 0,037V
2m mit 10mm² @ 6A: 0,043V
2m mit 6mm² @ 3,6A: 0,043V
1m mit 4mm² @ 1,2A: 0,011V
Spannungsabfall über das max. 30cm lange Kabel mit 0,5mm² @ max. 2,4A: 0,051V
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Summe: max. 0,308V.
===================

18m_im_Raum.png

Wieso 2Adrig ?

Plus (Farbe rot) + Minus (Farbe schwarz).

[ustoni]

Die Zeichnung ist immer noch nicht korrekt.
An der rechten Verzweigung wird der Strom bereits in die ersten beiden Teilstücke des Stripes eingespeist.
Hier habe ich die Ströme mal in der unteren Hälfte korrekt eingezeichnet:

Ringleitung.jpg (46.7 KiB) 14740 mal betrachtet

Der Strom von 21,6 A teilt sich an der Verzweigung auf. Gleichzeitig werden aber bereits die Stripes angeschlossen, durch die Kupferleitung fließen also bereits 2,4 A weniger.

Da durch beide Zweige der gleiche Strom fließt, liegt an den Punkten X und Y auch das gleiche Potential an. Damit kann zwischen X und Y kein Strom fließen, die 4 mm²-Leitung ist folglich überflüssig. Stattdessen befindet sich dort das letzte 2 m-Segment des Stripes, bei dem beidseitig eingespeist wird.

Nicht berücksichtigt bei der ganzen Betrachtung ist dabei die Leitung auf den Stripes, die ja zur Kupferleitung parallel geschaltet ist. Die tatsächlichen Ströme werden also geringfügig kleiner sein.

Der WS2811 hat Konstantstromausgänge. Deshalb halte ich die 3% erlaubten Spannungsabfall für zu niedrig angesetzt.
Meiner Meinung nach können deshalb deutlich niedrigere Querschnitte verwendet werden.

[BMK]

Ein Praxistipp:

25mm² ist recht unhandlich, abgesehen von den 4 verschiedenen Querschnitten, die zu beschaffen wären.

Ich würde nur 6mm² in feindrähtig flexibel beschaffen und jeweils passend parallel verlegen:
Zu Beginn 4x6, dann 3x6, dann 2x6 und letztlich 1x6

Das deckt die Anforderung weitestgehend ab. Vermutlich ist aber weniger erforderlich.

[Achim H]

25mm² ist recht unhandlich, abgesehen von den 4 verschiedenen Querschnitten, die zu beschaffen wären.

Ich würde nur 6mm² in feindrähtig flexibel beschaffen und jeweils passend parallel verlegen:
Zu Beginn 4x6, dann 3x6, dann 2x6 und letztlich 1x6

Dann müsste Du alle Kabel 2m lang machen, um diese miteinander verbinden zu können.

Ich würde 25mm² besorgen (Kupfergewebeband verzinnt, 22 x 2.5mm) und diesen für Plus und für Minus jeweils einmal rundum verlegen. Und wenn das Projekt irgendwann in der Zukunft wieder abgerissen wird. kann man die 2 x 21m komplett abnehmen und für ein anderes Projekt verwerten.
Die Löcher für die 0,5mm² Kabel kann man mit einem 60er Nagel stechen und dort anlöten.

abgesehen von den 4 verschiedenen Querschnitten, die zu beschaffen wären.

Das wären sogar 6 verschiedene:
25mm²
16mm²
10m²
6mm²
4mm²
0,5mm²

[ustoni]

Nein, das ist falsch. Der Strom teilt sich genau mittig auf.

?????

Da hast Du mich wahrscheinlich falsch verstanden.
Natürlich teilt sich der Strom mittig auf. Und natürlichen fließen in jede Hälfte 10,8 A.
An der Verzweigung sind aber doch bereits auch die LED-Stripes angeschlossen. Folglich gehen doch bereits je 2,4 A in die beiden ersten 2 m-Stücke der Stripes. Für die Ringleitung verbleiben damit je 8,4 A für die jeweils ersten 2 m der Ringleitung.

[Achim H]

Beim nochmaligen Nachdenken, ist es mir auch aufgefallen. Deswegen hatte ich diesen Part auch wieder aus meiner Antwort gelöscht.
Du hast recht.

Und dann würden auch 16mm² (nicht 25mm²) ausreichen.
2 x 2m + 3m Zuleitung = 7m.

Der WS2811 hat Konstantstromausgänge. Deshalb halte ich die 3% erlaubten Spannungsabfall für zu niedrig angesetzt.
Meiner Meinung nach können deshalb deutlich niedrigere Querschnitte verwendet werden.

Das ist ein WS2811 Strip. ICs, Leds, Vorwiderstände, Kondensatoren sind dort bereits aufgelötet.
Der Strip selbst ist für eine 12V Spannung gedacht. Erlaubte Toleranz: +/-0,5V.
Um innerhalb der Toleranz zu bleiben, sind leider massivere Leiterquerschnitte erforderlich.

[ustoni]

Der Strip selbst ist für eine 12V Spannung gedacht. Erlaubte Toleranz: +/-0,5V.

Ok, ich hab nur das Datenblatt des WS2811 als Referenz genommen.
Sind dann aber trotzdem 4,2% Drop. Die würde ich auch ausnutzen, um den Querschnitt so niedrig wie möglich zu halten.
Selbst mit 16 qmm wird die Ringleitung wahrscheinlich teurer als der Strip.

Edit:
Ist ja eigentlich keine Ringleitung mehr, sondern 2 Stichleitungen.

[outlawdareal]

kommt zwar jetzt ein wenig spät aber die zuleitung wäre in meinem fall 1,5m. Habe das Netzteil hinter einer Stehlampe an die Wand gehauen um es möglichst kurz zu halten.
Danke
Gruß
Dennis

[Achim H]

Habe das Netzteil hinter einer Stehlampe an die Wand gehauen um es möglichst kurz zu halten.

Aus diesem Grund hatte ich auch mit 3m kalkuliert. Dann hätte das Netzgerät am Boden gelegen.

Vielleicht findest Du irgendwo noch eine Kuckucksuhr, die Du aushöhlen kannst, um damit das Netzgerät zu tarnen.

[ustoni]

Noch eine Frage an den Threadstarter:
Welchen Zweck hat diese Installation? Ist dies eine reine Effektbeleuchtung oder soll das auch als Raumbeleuchtung dienen?

Die obigen Berechnungen beziehen sich alle auf den Fall, dass alle LEDs mit maximaler Helligkeit leuchten, also rot: 100%, grün 100% und blau 100%.
Das wäre aber nur der Fall, wenn mit der Leiste auch helles weißes Licht erzeugt werden soll. Genau dafür sind RGB-LEDs aber prinzipbedingt völlig ungeeignet.

Sinnvoll wäre also auch zunächst mal abzuschätzen, mit wieviel Prozent der theoretisch maximalen Leistung die LEDs überhaupt verwendet werden. Wird im Normalfall jede LED z. B. nur mit einer Farbe angesteuert, wäre dementsprechend auch nur ein Drittel des Stroms und entsprechend kleinere Querschnitte nötig. Das gilt dann auch für Mischfarben wie z.B. 50% blau + 50% grün.

Noch geringer werden Strombedarf und Querschnitt, wenn Effekte laufen sollen, bei denen nicht alle LEDs gleichzeitig an sind, also z. B. laufende Punkte und laufende Bänder.

[Achim H]

Man verlegt doch keine Kabel mit geringerem Querschnitt nur in einer Annahme, dass dort nur ein geringerer Strom fließen könnte.
Man geht immer vom maximal möglichen Strom aus.

Die Netzzuleitung an meinem Fernseher ist auch mindestens 0,75mm². Ausgereicht hätten 0,07mm².

[ustoni]

Man geht immer vom maximal möglichen Strom aus.

Genau davon rede ich ja. Wenn es sich um eine reine Effektbeleuchtung handelt, kann der maximal mögliche Strom durchaus nur ein Drittel des theoretisch machbaren maximalen Stroms betragen.
Hängt eben stark von der Anwendung ab. Passieren kann nichts. Schlimmstenfalls geht das Netzteil in die Strombegrenzung und der programmierte Effekt funktioniert nicht.

Stripes, bei denen RGB-LEDs mit WS-Chips gesteuert werden, verwendet man normalerweise für bewegte Effekte oder zum Einstellen unterschiedlicher Farben in unterschiedlichen Bereichen.
In dieser Anwendung alle LEDS mit maximaler Leistung weiß leuchten zu lassen wäre ziemlich dümmlich. Für Beleuchtungszwecke verwendet man andere LED-Techniken.

Du packst Dir doch auch keine dreißig 20l-Kanister Benzin in den Kofferraum, nur weil Du sie eventuell irgendwann mal gebrauchen könntest.

[Achim H]

Man geht immer vom maximal möglichen Strom aus.

Genau davon rede ich ja.

Genau davon redest Du nicht.
Du rechnest nicht mit dem maximal möglichen Strom, sondern nur mit dem, was möglicherweise gebraucht wird.
Wie hell es werden muss, und welcher Strom dann fließen wird, kann man meist nicht abschätzen. Folglich muss man den maximal möglichen Strom annehmen. Und dieser beträgt 1,11A je Meter. bei 18m sind 19,98A. Und nur mit diesem Strom musst Du die Leitungen kalkulieren. Alles andere ist irrelevant.

Stell Dir mal vor, man könnte den Strom grob abschätzen und kauft entsprechend dünneres Kabelmaterial ein. Nach der Inbetriebnahme stellt man plötzlich fest: "Oh, das ist aber nicht hell genug." Heller machen kann man es dann nicht mehr, weil die Kabel nicht für diesen höheren Strom ausgelegt sind.

In dieser Anwendung alle LEDS mit maximaler Leistung weiß leuchten zu lassen wäre ziemlich dümmlich.

Es geht zwar um eine Effektbeleuchtung, aber warum sollte man damit nicht auch Weiß darstellen können?

Link zu Youtube: how to LED floor tiling system DIY make your floor interactive Aluminum LED Light tilebar profile (11:25) --> ab ungefähr 08:00.
Was letztendlich programmiert wird, wissen wir nicht.

Denkbar wäre
Erst 1, dann 2, dann 3, dann 4, usw. bis alle Leds leuchten.
Korrektur (da immer 3 Leds gleichzeitig leuchten): erst 3, dann 6, dann 9, dann 12, usw. bis alle Leds leuchten.

Ob der Strip an der Decke hängt oder wie im Video in den Fußboden verlegt wird, ist nebensächlich.