Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Snubber an kapazitiv belastetem Relais?


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von mpunkt (Gast)


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Hallo,

ich habe folgendes Problem: über ein Relais werden parallel einige 
Module geschaltet, die in der Summe eine gewisse Kapazität durch ihre 
Pufferkondensatoren haben (~1000 µF). Die fraglichen Schaltungsteile 
werden mit 24 V= versorgt. Ich habe beobachtet, dass das Relais (Finder 
40.52.9) nach einer gewissen Zahl an Schaltzyklen "kleben belibt", in 
diesem Falle nicht mehr ausschaltet.

Mir ist soweit klar, dass das an den Einschaltströmen liegen muss, die 
die Relaiskontakte verbrennen. Das Relais ist für einen Dauertrom von 8A 
ausgelegt, die Einschaltströme durch die Cs sind hier vermutlich 
deutlich höher.

Was kann man da machen? Eine Variante wäre einen kleinen Widerstand in 
Reihe zur Last zu legen um den Einschaltstrom zu begrenzen. Das ist 
nicht meine erste Wahl (wenn es denn Alternativen gibt), weil dadurch 
natürlich ein permanenter Spannungsabfall entsteht.

Hilft alternativ ein Snubber (RC paralell zu den Schaltkontakten) auch 
bei primär kapazitiven Lasten wie hier um das Relais zu schonen?

Danke für alle Hinweise!

: Verschoben durch Moderator
von Horst (Gast)


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Das müßte dann ein Riesen- Snubber sein!

Würde einen Strombegrenzungs- Vorwiderstand vorziehen.

von Der Andere (Gast)


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mpunkt schrieb:
> Hilft alternativ ein Snubber (RC paralell zu den Schaltkontakten) auch
> bei primär kapazitiven Lasten wie hier um das Relais zu schonen?

Nein, der hilft nur gegen Spannungsspitzen beim Ausschalten induktiver 
Lasten.
Du brauchst eine Einschaltstrombegrenzung. Entweder durch einen 
Heißleiter oder besser durch einen Vorwiderstand, der nach kurzer Zeit 
durch ein Relais überbrückt wird.
Beides sollte aber thermisch überwacht werden.

Gibts fertig im Hutschienengehäuse, aber rel. teuer. z.B.
http://www.buerger-electronic.de/einschaltstrombegrenzer-il-wechselstrom.php

von Jan W. (jannyboy)


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mpunkt schrieb:
> Was kann man da machen?

Da kann man auch ein Thyristor nehmen.
Den zünden und dann via Relais brücken.

von Der Andere (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Gibts fertig im Hutschienengehäuse, aber rel. teuer. z.B.

Sorry, bei dir gehts ja um 24V DC. Da müsste man für fertige Lösungen 
mal suchen.

von hinz (Gast)


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High inrush current relay nehmen. Gibts aber AFAIK nicht als 2xUM.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Da kann man auch ein Thyristor nehmen.

Kann auch nur begrenzte Einschaltströme verkraften.

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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mpunkt schrieb:
> Hilft alternativ ein Snubber (RC paralell zu den Schaltkontakten)

Nein, der verschlimmert ja noch den Kurzschlussstrom über den Kontakten 
- du hast ja beobachtet, das die Kontakte beim Schliessen verschweisst 
werden. Snubber helfen im gegenteiligen Fall, wenn also z.B. eine 
Induktivität abgeschaltet wird und beim Öffnen der Kontakte ein 
Lichtbogen entsteht.

Du musst also entweder ein Relais nehmen, welches den hohen 
Einschaltstrom spezifiziert verkraftet, die Elkos verkleinern, oder mit 
Strombegrenzung (NTC, Widerstand) arbeiten.

: Bearbeitet durch User
von Der Andere (Gast)


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Stefan U. schrieb:
>> Da kann man auch ein Thyristor nehmen.
>
> Kann auch nur begrenzte Einschaltströme verkraften.

Das stimmt zwar, aber er hat gegenüber dem Relaiskontakt den großen 
Vorteil, daß er nicht prellt.
Insofern ist das im Einzelfall duchaus überlegenswert gegenüber einer 
Lösung mit:
Lastwiderstand, 2. Relais zum Überbrücken plus Ansteuerelektronik plus 
therm. Überwachung des Vorwiderstands.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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... oder einen Highside Switch?

von mpunkt (Gast)


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Vielen Dank schon mal!

Dann muss ich vermutlich den Vorwiderstand verwenden oder das Relais 
rausschmeißen ... An anderer Stelle in dem System verwende ich 
tatsächlich schon einen High-Side-Switch. Mit dem Relais wollte ich nur 
zwischen zwei Spannungsquellen (interner Akku/ externes NT) umschalten. 
Die Umschaltung sollte eben genau dann erfolgen, wenn die externe 
Spannung anliegt. Das lässt sich mit einem Relais ja grundsätzlich sehr 
einfach machen, deswegen war das hier der favorisierte Weg. Mit den 
High-Side-Switches wirds etwas aufwändiger weil die ja nur ein- und 
nicht umschalten. Aber bevor ich jetzt noch ein zweites Relais zum 
Brücken des Vorwiderstandes verwende überlege ich mir lieber etwas 
anderes ...

von Peter II (Gast)


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mpunkt schrieb:
> An anderer Stelle in dem System verwende ich
> tatsächlich schon einen High-Side-Switch. Mit dem Relais wollte ich nur
> zwischen zwei Spannungsquellen (interner Akku/ externes NT) umschalten.

wenn die externe Spannung > als die Akku Spannung ist reichen doch 2 
Diode.

von Harald W. (wilhelms)


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mpunkt schrieb:

> An anderer Stelle in dem System verwende ich tatsächlich schon einen
> High-Side-Switch.

Auch solche Transistoren müssen für grosse Einschaltströme
kräftig überdimensioniert werden. Die erwähnten Spezialrelais
sind da deutlich robuster.

von mpunkt (Gast)


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Peter II schrieb:
> wenn die externe Spannung > als die Akku Spannung ist reichen doch 2
> Diode.

Das ist richtig, ich würde das nur nicht so gerne als "harte 
Randbedingung" einführen.

Harald W. schrieb:
> Auch solche Transistoren müssen für grosse Einschaltströme
> kräftig überdimensioniert werden. Die erwähnten Spezialrelais
> sind da deutlich robuster.

Es fällt mir schwer abzuschätzen wie groß die "Stoßströme" durch die Cs 
tatsächlich sind. Im Moment ist ein BTS6143 eingeplant, dessen 
Strombegrenzung lt. Datenblatt bei 75A einsetzt - wobei da sicherlich 
auch noch der zeitliche Aspekt eine Rolle spielt, will sagen, ich weiß 
nicht ob mir das bei dem relaitv kurzen Puls hilft.

von oszi40 (Gast)


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mpunkt schrieb:
> beobachtet, dass das Relais (Finder
> 40.52.9) nach einer gewissen Zahl an Schaltzyklen "kleben beleibt"

FIN 40.52.9 24V : Steckrelais, 2x UM, 250V/8A, 24V, RM 5,0mm
Es gibt auch Kontakte, die mehr als 8A aushalten.

Ein kleiner "Vorwiderstand" könnte auch durch eine dünnere Zuleitung zu 
Stande kommen? Man sollte die Zuleitung aber so wählen, daß die 
Sicherung noch eine Chance hat bei Überlastung auszulösen.

von mpunkt (Gast)


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oszi40 schrieb:
> Es gibt auch Kontakte, die mehr als 8A aushalten.

Du meinst ein "größeres" Relais an der Stelle zu verwenden? Das Problem 
ist vermutlich, dass die Anfangsströme wirklich sehr groß sind, wenn ich 
danach das Relais dimensionieren würde, wäre es vermutlich wirklich 
riesieg - und teuer ...

Ich hatte aber gerade noch einen anderen Gedanken, vielleicht mag mal 
jemand was dazu sagen (insb. ob da irgendwo ein Denkfehler vorliegt). 
Ich könnte den Vorwiderstand ja vor das Relais in den Zweig vom ext. 
Netzeil legen, sodass er nur in dieser Betriebsart und nicht im 
Akkubetrieb wirksam ist (siehe Skizze (ich weiß, etwas unübersichtlich 
...)).

Es gibt ja zwei Zustände:

1.) Akkubetrieb -> ext. NT wird angesteckt
in diesem Falle sind die ElKos geladen, es findet nur eine gewisse 
Entladung während der Umschaltzeit des Relais statt. In dem Moment wo 
das NT verbunden ist, wirkt außerdem der Vorwiderstand

2.) System aus -> ext. NT wird angesteckt
in diesem Falle müssen die ElKos umgeladen werden, dabei begrenzt aber 
der Vorwiderstand im Zuleitungszweig vom NT den Einschaltstrom.

Wenn das System im Akkubetrieb eingeschaltet wird, sind die 
Relaiskontakte ja bereits geschlossen, es sollte also zu keiner 
Funkenbildung kommen.

Wie gesagt, mich stört der Vorwiderstand nur im Akkubetrieb. Auf diesem 
Weise sollte ich dem aus dem Wege gehen, oder?

Danke sehr für's Mitdenken!

von Harald W. (wilhelms)


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mpunkt schrieb:

> Das Problem ist vermutlich, dass die Anfangsströme wirklich
> sehr groß sind,

Du meinst, grösser als 100A? 100A Einschaltstrom sind für die
oben erwähnten Spezialrelais mit Wolframkontakten kein Problem.

von Manfred K. (mkch)


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Hallo,
in der Leistungselektronik (Stromrichtertechnik) arbeitet man mit einer 
Vorladung, die am Ende von einem weiteren Schaltgerät überbrückt wird. 
Beim Zuschalten ohne Vorladung muss man sich vor Augen halten, dass 
immer auch Induktivitäten beteiligt sind, die dazu führen, dass sich am 
Kondensator die doppelte Spannung einstellen kann. Das kann wiederum zum 
Überspannungstot von angeschlossenen Bauteilen führen. Des weiteren 
beobachtet man den Vorladenvorgang und ermittelt dabei, ob die Kapazität 
noch stimmt, denn wenn man so große Kapazitäten benötigt, sind mehrere 
Kondensatoren beteiligt, von denen auch mal welche kaputt gehen können.
Viele Grüße MKc

von mpunkt (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Du meinst, grösser als 100A? 100A Einschaltstrom sind für die
> oben erwähnten Spezialrelais mit Wolframkontakten kein Problem.

Das denke ich eher nicht, weiß aber wie gesagt nicht, wie hoch der Strom 
tatsächlich ist. Einen gewissen ohmschen Widerstand bringen die 
Zuleitungen/Leiterbahnen ja auch noch mit sich.

Könntest Du evnt mal ein Link zu den von Dir angesprochenen Relais hier 
posten? Ich finde da kaum etwas, das in der Bauform grob in die Richtung 
des o.g. Finder Relais geht.

von mpunkt (Gast)


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Noch mal eine Nachfrage: Ist Funkenbildung eigentlich nur beim Schließen 
der Relaiskontakte zu erwarten oder auch beim Öffnen?

von Harald W. (wilhelms)


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mpunkt schrieb:

> Könntest Du evnt mal ein Link zu den von Dir angesprochenen Relais hier
> posten?

Naja, hier ist der erste Link bei Google mit Suche nach inrush relais:
http://www.voelkner.de/products/154642/Relais-1um-G5rl-1-E-Hr-12-Vdc-Highinrush.html
Schon mal von Google gehört?

> Noch mal eine Nachfrage: Ist Funkenbildung eigentlich nur beim Schließen
> der Relaiskontakte zu erwarten oder auch beim Öffnen?

Es kann Funken o.ä. beim Öffnen und beim Schliessen geben.
Die Ursachen sind unterschiedlich.

von Klaus (Gast)


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mpunkt schrieb:
> Ist Funkenbildung eigentlich nur beim Schließen
> der Relaiskontakte zu erwarten oder auch beim Öffnen?

Beim Schließen passiert garnichts, nur beim Öffnen. Und Funken spielen 
dabei keine Rolle, dazu sind die Spannungen zu niedrig. Sie sind auch 
nicht das wirkliche Problem. Sie sind eigentlich kalt und tragen nur ein 
wenig Material ab.

Es ist der Lichtbogen, wie beim Schweißen. Wenn der Kontakt beim 
Schließen prellt, und das tut er, öffnet er kurz, es entsteht ein 
Lichtbogen und der Kontakt verschweißt. So wie beim Schweißen die 
Elektrode kleben bleibt, wenn man es nicht richtig kann.

Früher hat man daher z.B. Quecksilberschalter genommen, die nicht 
prellen. Heute nimmt man Halbleiterschalter, so sie denn den Strom 
aushalten.

MfG Klaus

von Manfred (Gast)


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mpunkt schrieb:
> Ist Funkenbildung eigentlich nur beim Schließen
> der Relaiskontakte zu erwarten oder auch beim Öffnen?
Funkenbildung ist nicht Dein Hauptproblem. Du sagst "über ein Relais 
werden parallel einige Module geschaltet, die in der Summe eine gewisse 
Kapazität durch ihre Pufferkondensatoren haben"

In einfachen Worten heißt das, Du schaltest quasi gegen einen 
Kurzschluß, weil die Elkos leer sind - das bringt Deine Relais um, der 
Einschaltstrom hat einen theoretisch unendlich hohen Wert.

Funkenbildung entsteht typisch beim Abschalten, das sehe ich aber bei 
Deiner Schilderung als unwichtig.

Ich denke, Du solltest mit einem zweiten Relais samt Vorwiderstand Deine 
Elkos vorladen, man nennt es auch "Einschaltstrombegrenzung".

von oszi40 (Gast)


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Manfred schrieb:
> Ich denke, Du solltest mit einem zweiten Relais samt Vorwiderstand Deine
> Elkos vorladen, man nennt es auch "Einschaltstrombegrenzung".

Das wäre ein üblicher Weg den Vorschalt-R überbrücken. Wir wissen nicht, 
wie hoch hier der STROM ist und wir wissen nicht wie lang seine 
Leitungen sind. Es könnte als armer Bastler einen längeren Draht 
einlöten und seine Funken beobachten.

von Manfred K. (mkch)


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Hallo,
noch eine letzte Anmerkung meinerseits, bitte denken sie auch an die 
armen Kondensatoren, die sich ja nicht gegen den Strom wehren können. In 
der Praxis führt ein Zuschalten ohne Vorladung zu Frühausfällen mit z.B. 
abgerissenen internen Anschlüssen im Kondensatorbecher.
Grüße Manfred

von Der Andere (Gast)


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Manfred schrieb:
> Funkenbildung entsteht typisch beim Abschalten, das sehe ich aber bei
> Deiner Schilderung als unwichtig.

Da jedes Relais beim Einaschalten prellt ist die Funkenbildung genau 
hier nicht unwichtig, sondern die Ursache daß die Kontakte 
zusammenschweißen.

Manfred schrieb:
> Ich denke, Du solltest mit einem zweiten Relais samt Vorwiderstand Deine
> Elkos vorladen, man nennt es auch "Einschaltstrombegrenzung".

Was schon in versch. Varianten mehrfach vorgeschlagen wurde.

Manfred K. schrieb:
> In
> der Praxis führt ein Zuschalten ohne Vorladung zu Frühausfällen mit z.B.
> abgerissenen internen Anschlüssen im Kondensatorbecher.

Eher weniger, das beweisen Millionen Schaltnetzteile, die entweder 
intern eine Begrenzung haben oder denen es nichts ausmacht.
Aber schonender ist es allemal, das kritische Element ist aber erstmal 
das Relais / der Schalter.

von Minimalist (Gast)


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Eine weitere Anmerkung:
Thyristoren mögen auch keinen riesen Einschaltstrom. Im Schaltmoment ist 
die Sperrzone nur an wenigen Stellen leitend. Die leitenden Stellen 
müssen sich erst ausbreiten. Ist der Einschaltstrom sehr hoch, dann 
heizen sich diese kleinen Bereiche sehr stark auf, und der Thyristor ist 
anfällig fürs durchlegieren.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Wie waer's mit einer kleinen (Speicher)Drossel in der Leitung zu den 
Modulen und entsprechender Freilaufdiode, so dass beim Abschalten des 
Relais kein Lichtbogen entsteht? Die Drossel so gross, dass der 
Einschaltstrom gedaempft wird, aber so klein, dass die 
Spannungsueberhoehung an den Elkos noch nicht kritisch wird und die Rdc 
Verluste auch noch im Rahmen sind.

Gruss
WK

von Andi (Gast)


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Evtl. ein Relais mit Wolfram-Vorlaufkontakt verwenden (Hongfa, Schrack 
o.ä.). Die sind für große Einschaltströme ausgelegt.

Ansonsten Einschaltstrombegrenzer verwenden.

von Helmut L. (helmi1)


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Minimalist schrieb:
> Thyristoren mögen auch keinen riesen Einschaltstrom. Im Schaltmoment ist
> die Sperrzone nur an wenigen Stellen leitend. Die leitenden Stellen
> müssen sich erst ausbreiten. Ist der Einschaltstrom sehr hoch, dann
> heizen sich diese kleinen Bereiche sehr stark auf, und der Thyristor ist
> anfällig fürs durchlegieren.

Deshalb schaltet man da auch kleine Drosseln in Reihe die die 
Stromanstiegsgeschwindigkeit begrenzen. Die kann man wiederum durch ein 
RC-Glied bedaempfen.

von Manfred (Gast)


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Minimalist schrieb:
> Eine weitere Anmerkung:
> Thyristoren mögen auch keinen riesen Einschaltstrom. Im Schaltmoment ist
> die Sperrzone nur an wenigen Stellen leitend.
Das mag so stimmen. Hier geht nun aber ganz offensichtlich um 
Gleichstrom, da kann ein Thyristor wenig sinnvolles bewirken - der geht 
nämlich nicht mehr aus.

von Harald W. (wilhelms)


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Manfred schrieb:

> Hier geht nun aber ganz offensichtlich um
> Gleichstrom, da kann ein Thyristor wenig sinnvolles bewirken - der geht
> nämlich nicht mehr aus.

Doch, mit einem zweiten Thyristor kann man den ersten  ausschalten.
Solche Gleichstromschalter sind aber zemlich aus der Mode gekommen,
seitdem es billige FETs für hohe Ströme gibt. Ich nehme allerdings
an, das man für HGÜ weiterhin Thyristoren als Schalter nimmt.

von hinz (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Ich nehme allerdings
> an, das man für HGÜ weiterhin Thyristoren als Schalter nimmt.

Zunehmend IGBTs.

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