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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik AC Relais im AC Stromkreis mit einer Halbwelle betreibenHi, ich bin noch mal an dem Thema dran. Beitrag "Relais im Wechselstromkreis" Ich habe folgendes mit 2 1n4007 und einem AC Relais mit 230V Spule aufgebaut:
und an 230V AC betrieben. Warum surrt das Relais K1 nicht wenn D2 vorhanden ist bzw. was bewirkt D2 ? Vielleicht versteht man meine Frage so besser :-) Danke. JJ :
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Hier: Beitrag "Re: Haustechnik Bewegungsmelder und Taster" ist das eigentlich schon erklärt, also was genau passiert. Nur warum es passiert verstehe ich noch nicht genau. Ich sehe das mit dieser "Freilaufdiode" D2 ILK4 nie 0 wird, nur warum? Gruß, JJ "Kondensatoren kennt jeder: Wenn man in einen 1 Farad Kondensator 1 Sekunde lang einen Strom von 1 Ampere hineinschickt, wurde er um 1 Volt aufgeladen. Die Ladung wird im elektrischen Feld im Dielektrikum gespeichert. Die Spule funktioniert vollkommen identisch, lediglich Strom und Spannung sind vertauscht. Wenn man an eine 1 Henry Spule 1 Sekunde lang 1 Volt anlegt, steigt der Strom durch die Spule um 1 Ampere. Die Energie wird im magnetischen Feld gespeichert. Ein geladener Kondensator, den man kurzschliesst, erzeugt einen heftigen Strom. Eine geladene Spule, die man von der Stromquelle abklemmt (ja, wenn schon das Gegenteil, dann richtig gegenteilig), erzeugt eine hohe Spannung (Zündfunke durch Gegeninduktion). Während man an einem Kondensator ruck-zuck den fliessenden Strom ändern kann (z.B. von wenig hinein auf viel heraus), sich aber die Spannung an den Anschlüssen nur widerwillig ändert, weswegen man Kondensatoren zur Glättung der Spannung verwendet, kann man an einer Spule die Spannung an den Anschlüssen beliebig ändern, der Strom jedoch wehrt sich und ändert sich nur langsam, so daß eine Spule zur Glättung des Stromflusses verwendet werden kann." Hi Hinz, ok, Unterschied Spule Kondensator - da komme ich so wohl mit. Also der Strom hinkt hinterher, kann man ja auch schön im Diagramm sehen. Bis dahin komm ich klar. Kann man sagen dass der Strom ohne D2 0 wird weil keine Spannung von der Halbwelle zur "verfügung" steht - also zu 0 gezwungen wird. Dann funktioniert D2 genau entgegengesetzt einer Freilaufdiode denn der angeregte Strom durch die positive Halbwelle, welcher sonst zu 0 "gezwungen" wäre, kann durch durch D2 langsam abfließen und reicht so zufällig!? genau aus bis die nächste positive Halbwelle durch D1 kommt? JJ ...dann ist dieser "Betrieb" doch aber nicht belastender für das Relais als es direkt an 230V AC zu betreiben, es ist ja klein DC Betrieb, oder? Im Grunde genommen wird es ja mit weniger Leistung betrieben... Gruß, JJ Es wird mit viel mehr Leistung betrieben. Du baust in der Spule einen Fluß auf. Dieser wird zum Teil in der Totzeit abgebaut. Aber eben nur zum Teil. Das schaukelt sich schön auf, und kann zu einem recht großen Strom führen. Übrigens kann es dir auch passieren, daß du den Kern magnetisierst. Dann fällt das Relais nie wieder ab. Jürgen schrieb: > > Warum surrt das Relais K1 nicht wenn D2 vorhanden ist bzw. was bewirkt > D2 ? D2 ist eine Freilaufdiode. Was das ist weiß Wikipedia. D1 dient dazu, dass D2 bei einer negativen Halbwelle keinen "Kurzschluss" verursacht. Freilaufdiode, kurzschließen von ungewollten Spannungen im gleichstromkreis...ist klar... ..wie gesagt, was D1 macht verstehe ich. Nur was in der Verbindung D2 - Relaispassiert, das verstehe ich in dem Fall nicht... JJ Jürgen schrieb: >> > ..wie gesagt, was D1 macht verstehe ich. Nur was in der Verbindung D2 - > Relaispassiert, das verstehe ich in dem Fall nicht... Dann stell Dir vor das D2 dafür sorgt das der Strom (sobald Du an D1 abschaltest) im Kreis Spule-D2 weiterfließt. Das sorgt dafür das der Anker des Relais länger angezogen bleibt und so das Relaisbrummen nicht mehr hörbar ist. Würdest Du die Freuquenz erniedrigen, kommst du irgendwnn an den Punkt an dem die Zeit in der Strom über D2 weiterfließt zu gering wird -- der Relaisanker fällt doch (mehr oder weniger) ab und du hörst wieder ein Brummen. ich hoffe das war verständlich. Jürgen schrieb: > ..wie gesagt, was D1 macht verstehe ich. Nur was in der Verbindung D2 - > Relaispassiert, das verstehe ich in dem Fall nicht... Bei der Positiven Halbwelle ist D1 in durchlaßrichtung, und es kommt ein Strom durch das Relais zustande, es wird ein Magnetfeld aufgebaut, in dem dann Energie gespeichert ist. Bei der negativen Halbwelle sperrt dann D1, nun wird die zuvor gespeicherte Energie im Relais wieder frei. Das Relais wird nun selbst zur Spannungsquelle (Selbstinduktion), aber mit umgekehrter Polarität, und D2 ist nun in Durchlaßrichtung. Der Strom kann nun weiter fließen, und das Relais bleibt weiterhin angezogen. Der Strom nimmt nun langsam ab, aber bevor er null wird kommt schon wieder die nächste positive Halbwelle, und das gleiche Spiel wiederholt sich. vielen dank für die nette Beschreibung >>ich hoffe das war verständlich. ja, schon. Aber fließt der Strom nicht viel schneller über D2 ab als wenn sie nicht da wäre? so ähnlich hatte ich es ja auch schon vermutet: Beitrag "Re: AC Relais im AC Stromkreis mit einer Halbwelle betreiben" Nur was bedeutet das nun aus Sicht der Leistung. Das die Spule nur positiv angeregt wird ist klar. Die Relais kleben jedoch nicht fest, auch nach mehrwöchigem Betrieb nicht. Da "schaukelt" sich auch nichts auf, wie man ja auch auf den Diagrammen der Simulation erkennen kann... Danke jedenfalls für die Geduld, bei mir hat es nur noch nicht 100% klick gemacht... JJ Wie es sich bei dieser Betriebsart mit der Leistung verhält, hängt vom konkreten Relais ab. Bei Wechselspannund wird der Strom durch den Ohmschen Widerstand und die Induktivität begrenzt - je größer das Relais, desto wichtiger die Induktivität (jedenfalls von der Tendenz). Dabei kann die Induktivität auch noch je nach Position des Ankers ändern: bei schon angezogenem Anker erhöht sich die Induktivität ggf. deutlich und der Strom reduziert sich damit ganz automatisch - es bleibt aber genug um den Anker zu halten. Mit der Halbwellen-Gleichrichtung so wie oben, wirkt vor allem noch der Gleichstromwiderstand begrenzend für den Strom. Dafür ist die Spannung im mittel geringer. Das kann also je nach Relais mehr oder weniger Leistung ergeben. Von der Tendenz ist eher zu befürchten das es mehr Leistung ergibt, zumindest im Haltezustand. Jürgen schrieb: > Aber fließt der Strom nicht viel schneller über D2 ab als wenn sie nicht > da wäre? Ohne D2 kann praktisch kein Strom fließen. Die gespeicherte Energie wird über eine Schwingung (Induktivität K1, Kapazität D1) abgebaut -> hohe Spannung, minimaler Strom, welcher nichts zur Haltekraft beitragen kann. Mit D2 fließt der Strom weiter - so wie von u.a. von Günter Lenz beschrieben - einfacher kann man es meiner Meinung nach nicht mehr erklären. > Die Relais kleben jedoch nicht fest, > auch nach mehrwöchigem Betrieb nicht. Da "schaukelt" sich auch nichts > auf, wie man ja auch auf den Diagrammen der Simulation erkennen kann... Die Simulation ist nur ein grobe Annäherung um das Prinzip zu zeigen. Die Belastung der Relaisspule (vor allem Pv am ohmschen Widerstand der Wicklung) sollte aber recht gut mit der Realität übereinstimmen. Sättigungseffekte und die variable Induktivität durch den sich ändernden Luftspalt sind nicht berücksichtigt. Auch der Einfluß der Kurzschlußwindung am Spaltpol (vermutlich ist dein Relais eine solche Ausführung) und ein Mindestabstand des Ankers vom Kern werden davon nicht erfasst. Diese beiden konstruktiven Maßnahmen sind in erster Linie dafür verantwortlich, dass das Relais weder klebt noch - auch im Normalbetrieb - brummt. Sie veringern auch das Risiko, den Kern in die Sättigung zu bringen und verhindern zusammen mit dem ohmschen Widerstand das Abrauchen.
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>>Ohne D2 kann praktisch kein Strom fließen. ok, danke - verstehe. >>Auch der Einfluß der Kurzschlußwindung am Spaltpol... Kurzschlusswindung? >>ein Mindestabstand des Ankers vom Kern Generell, oder im aktiven Zustand? >>und verhindern zusammen mit dem ohmschen Widerstand das Abrauchen.. Verstehe, das klingt logisch. Ich habe mal ein Bild des Relais angehängt. Vielen Dank für diese Infos, wirklich klasse. Gruß, JJ Jürgen schrieb: > ja, schon. Aber fließt der Strom nicht viel schneller über D2 ab als > wenn sie nicht da wäre? Ich versuche es nochmal etwas anders zu erklären: Bei einer Induktivität will der Strom immer weiter fließen, dabei ist die Stromänderung abhängig von der Spannung: U = L * (di/dt) Wenn die Diode da ist, ist L über die Diode (fast) kurzgeschlossen. U ist klein, daher ist auch di/dt klein: Der Strom wir nur langsam kleiner, also wir auch das Magnetfeld nur langsam abgebaut. Ohne Diode ist es genau umgekehrt: die Spannung geht hoch und der Strom wird schnell kleiner. Anwendung: Wenn man eine ideale Spule (Ri=0) kurzschließt, fließt der Strom unendlich lange. Das macht man mit supraleitende Spulen z.B. beim Teilchenbeschleuniger von CERN oder bei MRTs. Gruß Dietrich
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Hallo Dietrich, vielen Dank, ich verstehe schon. Freilaufdioden habe ich immer eingesetzt wenn ich mit einem Transitor ein Relais von einem uc Pin aus geschaltet habe. Sie sind ja auch im ULN2804 verbaut. Wie ich das mal verstanden habe, macht man das um u.u. entstehende hohe Spannungen beim Abschalten kurzzuschließen damit die nicht andere Teile der Schaltung (in dem Fall den Transistor) zerstören. Das passt nun auch alles zusammen. Wenn ich nun (im DC Kreis) eine SPule bestrome und dann abschalte, ist ja die Spannung sprungartig weg und der Strom hängt hinterher, was passiert nun in dem Moment, wie sieht das genau aus? Ich frage nur, weil ich immer dachte dass die Freilaufdiode u.u. entstehende negative Spannungen an der Spule nach dem Abschalten vermeiden soll und nicht zu hohe welche sich zur Betriebsspannung hinzuaddieren... JJ bin nun gerade hier unterwegs: http://www-math.upb.de/~mathkit/Inhalte/ETechnikMuPAD/data/manifest5/spule.html JJ Jürgen schrieb: >>>Auch der Einfluß der Kurzschlußwindung am Spaltpol... > > Kurzschlusswindung? Das kleine Kupferplättchen auf einer Hälfte deines Kerns, oberhalb der Spule. Helge A. schrieb: > Jürgen schrieb: >>>>Auch der Einfluß der Kurzschlußwindung am Spaltpol... >> >> Kurzschlusswindung? > > Das kleine Kupferplättchen auf einer Hälfte deines Kerns, oberhalb der > Spule. Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Zugmagnet#Wechselspannungsbetrieb https://de.wikipedia.org/wiki/Relais#Wechselstromrelais Jürgen schrieb: >>>ein Mindestabstand des Ankers vom Kern > > Generell, oder im aktiven Zustand? Im aktiven Zustand wird dafür gesorgt, dass ein bestimmter Luftspalt nicht unterschritten wird, damit die aus der Remanenz der Kernmaterials resultierende Kraft - "Kleben" - kleiner als die Rückstellkraft der Feder bleibt. Entweder durch Einfügen eines nicht(ferro)magnetischen Materials oder dadurch, dass der Anker nicht plan am Kern aufliegt. Jürgen schrieb: > Wenn ich nun (im DC Kreis) eine SPule bestrome und dann abschalte, ist > ja die Spannung sprungartig weg und der Strom hängt hinterher, was > passiert nun in dem Moment, wie sieht das genau aus? Versuch doch einmal diese Fragestellung mit einer Simulation zu beantworten. Genaue Werte einer Relaisspule braucht man für das prinzipielle Verständnis nicht - nimm z.B. L=1H, R=1kΩ bei U=10V. Damit kannst du auch die Beispiele aus deinem letzen Link nachvollziehen und unmittelbar vergleichen, was bei Änderung eines Parameters passiert. Jürgen schrieb: > Wenn ich nun (im DC Kreis) eine SPule bestrome und dann abschalte, ist > ja die Spannung sprungartig weg und der Strom hängt hinterher, was > passiert nun in dem Moment, wie sieht das genau aus? Der Trick an der Sache ist: wenn eben gerade noch ein Strom durch die Spule geflossen ist, dann fließt der nach dem Abschalten einfach weiter. Das ist alles. Bei geschlossenem Schalter fließt der Strom I einfach geradeaus durch:
Wird der Schalter geöffnet, dann ist das der Spule egal, sie lässt den Strom einfach weiter fließen (an dieser Stelle muss das Publikum staunen und klatschen, denn das ist der ganze Trick an der Sache). Der Strom kann jetzt natürlich nicht mehr über die Spannungsquelle fließen und sucht sich einen anderen Weg: die Freilaufdiode
Und dieser Strom fließt so lange, bis sich das Magnetfeld (in dem steckt die Energie) abgebaut hat. Dieser Energieabbau geschieht an der Diode und am Ri der Spule. Daraus ergeben sich natürlich irgendwelche Spannungen, aber die sind vollkommen nachrangig und zum Verständnis und für die Funktion unwichtig! Und jetzt kommts: Nach dem Abschalten fließt der Strom durch die Spule weiter, auch wenn keine Freilaufdiode eingebaut ist!
Aber wie soll der Strom denn bei geöffnetem Schalter fließen können? Das geht nur über eine hohe Spannung! Also steigt die Spannung über dem Schalter so weit, bis ein Funke überspringt. Das passiert innerhalb ein paar ms während des Abschaltens und ist als Kontaktfunke sichtbar. Und dieser Funke formt die im Magentfeld gespeichterte Energie in Schall, Licht und Wärme um. Fine. Jürgen schrieb: > Ich frage nur, weil ich immer dachte dass die Freilaufdiode u.u. > entstehende negative Spannungen an der Spule nach dem Abschalten > vermeiden soll und nicht zu hohe welche sich zur Betriebsspannung > hinzuaddieren... Vergiss diese Spannungsdenkweise. Viel einfacher ist es, wenn du sagst: woher kommt der Strom? Wohin fließt er? Welchen Widerstand muss er überwinden. Und dann kannst du ganz einfach die zugehörigen Spannungen ausrechnen. Denn aus der Richtung ergibt sich die Polarität und aus dem Widerstand mal dem Strom nach U=RI die Spannung... > Warum surrt das Relais K1 nicht wenn D2 vorhanden ist Weil mit Freilaufdiode der Strom weiterfließen kann, ergibt sich auch weiterhin ein Magnetfeld und der Anker bleibt angezogen. :
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