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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Große Stützzeiten bei Relaisspulen effizient überstehen


Autor: Bastler (Gast)
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Hallo Zusammen,

ich muss eine Elektronik entwickeln welche ein Relais überwacht und 
schaltet. An sich nichts besonderes, jedoch muss diese Schaltung 
Stützzeiten von über 1 sec überstehen. Die Elektronik verbraucht kaum 
was, aber das Ansteuern der Relaisspule zieht schon einigen Strom.

Nun will ich ungern riesigen Elkos in die Schaltung einbauen, schon 
allein deswegen, weil es das Gerät deutlich Schwerer, grösser und vor 
allen Dingen teurer macht. Ein selbsthaltendes Relais geht leider auch 
nicht, da es sich bei der Anwendung um ein elektronisches Türschloss 
handelt. Da wäre es unschön wenn man die Tür bei einem Defekt der 
Elektronik nicht mehr aufkriegt.

Habt ihr vielleicht Ideen wie man das Magnetfeld der Spule möglichst 
lange ohne externe Energiezufuhr aufrechterhalten kann? Mit einer 
Freilaufdiode fließt der Strom zwar immer im Kreis, die in der Spule 
gespeicherte Energie wird aber vermutlich schnell in der Diodenstrecke 
verheizt. Eventuell habe ich mir überlegt einen Kondensator parallel zu 
schalten wodurch ein Schwingkreis entsteht. Zwar ändert sich die 
Polarität des Magnetfeldes ständig, jedoch sollte es kein Problem sein, 
da das Angezogene Material kein Dauermagnet ist und somit keine eigene 
Polarität besitzt.

Was mein ihr dazu?

Autor: Fralla (Gast)
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DC Relaisspulen begrenzen den Strom ja oft selbst durch den Widerstand, 
das heist eine Spule mit äußerst niedriger Güte.
Zusätzlich wird der Schwingkreis im angezogenen Material, welches 
vermutlich kein Ferrit oder ähnliches ist Wirbelströme induzieren was 
sich wie ein zusätzlicher R im Schwingkreis auswirkt -> Dämpfung.

Wie steuerst du die Relais Spulen, einfach DC aufschalten?

Autor: Bastler (Gast)
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> Wie steuerst du die Relais Spulen, einfach DC aufschalten?

Ja, über deinen DC/DC Wandler 18 VDC drauf geben

> DC Relaisspulen begrenzen den Strom ja oft selbst durch den Widerstand,
> das heist eine Spule mit äußerst niedriger Güte.
> Zusätzlich wird der Schwingkreis im angezogenen Material, welches
> vermutlich kein Ferrit oder ähnliches ist Wirbelströme induzieren was
> sich wie ein zusätzlicher R im Schwingkreis auswirkt -> Dämpfung.

Ansonsten hast du wohl recht.

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Ohne zugeführten Strom bleibt das Magnetfeld nicht lange erhalten. Die 
Spule hat durch ihren ohmschen Widerstand ziemliche Verluste
Ein Schwingkreis hat das zusätzliche Problem, dass damit Wechselstrom 
fließt. Und Wechselstrom erzeugt Wirbelstromverluste im Eisenkern, damit 
ist die Energie auch schnell futsch.
Eine vielleicht praktikablere Lösung:
Damit das Relais angezogen bleibt, muss man es längst nicht mit 
Nennspannung betreiben. Ich habe es gerade mal ausprobiert:
Ein 12V-Relais (ich habe so ein Standard-Relais von Finder mit 2 
Umschaltkontakten für je max. 8A verwendet) fällt erst bei ca. 3V ab.
Sicherheitshalber könnte man auch 4V verwenden.
4V sind ein Drittel von 12V. Damit braucht das Relais bei 4V also nur 
noch 1/9 der Nennleistung.
Der Elko kann somit viel kleiner ausfallen.
Zum zuverlässigen Anziehen sollte das Relais mal kurz 12V bekommen, dann 
kann man auf 4V zurückschalten. Wenn eh ein µC verbaut wird, dann kann 
man die Leistung auch per PWM reduzieren.

Autor: Fralla (Gast)
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Da wird dann Grundsätzlich schon mal mächtig verheizt, klar ist so 
vorgesehen.
Der Strom wird nur durch den R begrenzt (R-L-Glied).
Um Strom mal Grunsätzlich zu Sparen könntest du andere niederohmige 
Spulen verwenden und den Strom mittels PWM Regeln(Buck Koverter, wie bei 
einem Chopper für einen DC Motor) Sichergestellt mus sein, das der 
gleich Fluß wie sonst entsteht. Und diese Regelelktronik dann mittels 
Kondesatoren (welche ist wieder eine Diskussion wert, Supercap) speisen.
So muss der Kondesator die Energie zum erneuten Anfmagnetisieren, 
Schalten, Elektronik, etc speichern aber eben nicht ständig den normalen 
relais DC-Widerstand einheizen.

Ich denke anders wird du 1s Holdup Zeit nicht überstehen.
Selbst wenn eine Recht niederohmige Spule über einen Fet (statt 
Freilauf) kurzgeschlossen wird, 1s wird nicht halten.

MFG

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bastler (Gast)

>Stützzeiten von über 1 sec überstehen. Die Elektronik verbraucht kaum
>was, aber das Ansteuern der Relaisspule zieht schon einigen Strom.

WIEVIEL? Siehe Netiquette!!!

>Nun will ich ungern riesigen Elkos in die Schaltung einbauen, schon
>allein deswegen, weil es das Gerät deutlich Schwerer, grösser und vor
>allen Dingen teurer macht.

WIEVIEL TEURER, SCHWERER etc?

>handelt. Da wäre es unschön wenn man die Tür bei einem Defekt der
>Elektronik nicht mehr aufkriegt.

So groß muss der Elko gar nicht sein. Rechne es mal aus. Rechne mit Tau 
= 0,3s.

MFG
Falk

Autor: Peter (Gast)
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es gibt ja auch noch akkus, eventuell ist das ja eine Alternative.

Autor: chverbinder (Gast)
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>Da wäre es unschön wenn man die Tür bei einem Defekt der
>Elektronik nicht mehr aufkriegt.
Das wird sowieso passieren, oder welche Schaltung steuert dann das 
Tuerschloss?

Gast

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> .. aber das Ansteuern der Relaisspule zieht schon einigen Strom.
Für solche Aufgaben wurden bistabile Relais erfunden... :-/

> Ein selbsthaltendes Relais geht leider auch nicht, da es sich bei
> der Anwendung um ein elektronisches Türschloss handelt. Da wäre es
> unschön wenn man die Tür bei einem Defekt der Elektronik nicht mehr
> aufkriegt.
Diese Denkweise ist mir nicht ganz klar: Ich könnte mir aber auch andere 
Defekte in der Elektronik vorstellen. Z.B. solche, die das Relais 
niemals oder immer anziehen lassen. Auch dann solltest du die Tür ja 
irgendwie aufbekommen...

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Goldcaps?

Autor: Bastler (Gast)
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@ Markus F.
Guter Ansatz da bei einer Spule das Magnetfeld durch den Strom bestimmt 
wird sollte man nach dem Ladevorgang in der Tat nicht mehr so viel 
Spannung benötigen. Ich werde es mal Prüfen. Die Spannung selbst könnte 
man über einen diskret aufgebauten DC/DC Wandler erzeugen indem man in 
die Rückkopplung endsprechend Kapazitäten einbaut um im Einschaltmoment 
eine Überspannung von 18 V zu erzeugen.

Vielen Dank

@ Falk Brunner

Die Spule verbraucht laut Angaben 200 mA bei 18 V. Hinzu kommen nochmal 
die Verluste des DC/DC Wandlers, da rechne ich mit einem pessimistischen 
Wirkungsgrad von 85 %. Hinzu kommt noch das der Elko durch den Wandler 
nicht exponential entladen wird sondern genau andersherum. Je weniger 
Spannung der Elko hat ums mehr Strom zieht der Wandler. Bei einer 
Startspannung von 28 VDC brauch ich somit eine Kapazität von ca. 17 mF 
um die Spannung an der Spule während der gesamten Stützzeit auf 18 V zu 
halten.
Ich kann zwar nicht genau sagen um  wieviel teurer das Ganze wird da es 
noch in der Anfangsphase ist, aber ich schätze mal, dass so ein Elko so 
viel kosten wie der Rest des Gerätes.

Autor: Fralla (Gast)
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Jetzt wäre wirklich interessant, wieviele Relais, Stromverbrauch am 
besten Type, wieviel Strom braucht der Rest, sonstiges 
Stromversorgungskonzept?

Autor: Bastler (Gast)
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@ Lothar Miller
Ist schon richtig doch der Fall, dass ein defekt dazu führt, dass die 
Spule kontinuierlich mit 18 V versorgt wird, ist wesentlich 
unwahrscheinlicher, als dass die Schaltung durchbrennt oder der Strom 
ausfällt.

Autor: Bastler (Gast)
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@ Fralla

Der Rest ist ein Mikrokontroller mit einem CAN-Treiber, optimistisch 
geschätzt ca 0,5 W.

Autor: Fralla (Gast)
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@Bastler: Welche Relais, wieviel brauchen die? 18VDC und ...mA? Sonst 
ist es nicht möglich richtig zu helfen...

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo,
Goldcap mit Sperrwandler.
Gruss Klaus.

Autor: Mark (Gast)
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Achso 200mA hab das überlesen...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bastler (Gast)

>Die Spule verbraucht laut Angaben 200 mA bei 18 V. Hinzu kommen nochmal

Macht nach Adam Ries 90 Ohm. Bei einem tau von 0,3s braucht man also
3,3mF. Sagen wir 4,7mF als Reserve.

>Ich kann zwar nicht genau sagen um  wieviel teurer das Ganze wird da es
>noch in der Anfangsphase ist, aber ich schätze mal, dass so ein Elko so
>viel kosten wie der Rest des Gerätes.

Aha, soooo viel also!! Mann, Mann, Mann. Schon mal was von ZAHLEN 
gehört? Den Artikel Netiquette wirklich gelesen und auch VERSTANDEN?

http://www.reichelt.de/?ARTICLE=5892

Kostet 2,35 EUR.

MfG
Falk

Autor: Andreas K. (derandi)
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Wozu der Aufwand? Mit deiner Schaltung haben die Leute eine Sekunde Zeit 
das Gebäude zu verlassen. Danach sind sie eingesperrt.

Nochmal, für sowas gibts bistabile Relais, da muss man nur kurz Strom 
aufwenden um sie umzuschalten. So funktionieren auch die Ventile in 
diesen Infrarot-Spülauslösern für Pissoirs, sonst würde man da ja 
ständig neue Batterien brauchen.

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