Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR Heizer 230V 10A bis 16A schalten Relais / Triac Kombination


von Martin R. (mrotz)


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Hi,

ich habe folgendes Problem:
Ich habe zwei Heizwendeln (Boiler) mit 9A bzw. 14 A  die bei erreichen 
der jeweiligen Solltemperatur abgeschaltet/umgeschaltet werden.
Die derzeitige Regelung wird durch ein Flüssigkeitsgefülltes Thermostat 
durchgeführt, das dann einen mechanischen Kontakt auslöst. Die 
Schalttemperatur ist mechanisch einstellbar.
Der eine Schaltkontakt ist als Wechsler ausgeführt, so daß immer nur ein 
Heizer gleichzeitig betrieben wird, so daß das ganze 1-Phasig 
angeschlossen werden kann.

Das ganze ist mitlerweile etwas in die Jahre gekommen, so daß die 
Schaltfunken größer wurden (schaltet wohl nicht mehr so schnell) und es 
dadurch am Wechsler dazu kam, daß kurzzeitig beide Heizer in Betrieb 
waren, was die Sicherung just in dem Moment des Umschaltens auslöste
(klick--> KLONK)   ;)

btw: Die Heizer sind i.O. Widerstand OK. Isolation (1000V Testo 
Prüfgerät) auch OK.
Die Schaltfrequenz ist etwa 1x pro Minute oder kleiner. Das Gerät wird 
nur sporadisch benutzt, sollte aber zuverlässig funktionieren. ;)

Ich wollte ganz gerne diesen Thermostaten durch eine uC - Ansteuerung 
ersetzen.

Der Leistungsteil soll so aussehen:
Ein Triac schaltet mehr oder minder im Nulldurchgang. Sobald der Triac 
gezündet ist soll dieser durch ein Relais kurzgeschlossen werden, so daß 
ich keine ~20 W Verlustleistung (wohl eher mehr) dauerhaft abführen muß.

Wenn ich den Leistungs-Triac über einen Optotriac mit 
Nulldurchgangserkennung ansteuere habe ich nun mehrere Möglichkeiten:
1) ich gebe das Gate-Signal über Optokoppler an den uC zurück und 
triggere darauf das Relais (dazu muss ich es vorher wohl gleichrichten + 
Vorwiderstand+Zener)
2) nur Timing: ich schalte das Relais einfach frühestens 10 ms (1 
Halbwelle) später als die LED des Optotriac

Das Relais braucht etwa 5ms zum Schalten.

Im 2. Fall habe ich relativ wenig Aufwand, gehe aber davon aus, daß der 
Triac bereits durchgeschalten hat. Falle ich in den "Nulldurchgang" 
schalte ich eventuell 20V oder mehr am Relais, ansonsten ~2V .


Im 1. Fall ist die Frage, ob das Gate-Signal überhaupt eine sauber 
genuge Flanke hat. Der Bauteilaufwand ist größer, allerdings würde ich 
das Relais dann immer sicher bei 1V Spannungsabfall schalten. Dafür habe 
ich dann eine LED direkt an Netzspannung, könnte also ausfallen....


Ich will nicht per fettem Schütz schalten. (Halte ich für zu 
überdimensioniert/teuer und braucht zu viel Platz).



Ich würde zu Fall 2) tendieren, da weniger Steuerungs-Aufwand. Da das 
Steuersignal des uC ja nicht auf den Nulldurchgang synchronisiert ist, 
muss ich also mindestens eine Halbwelle warten bis der Triac geschaltet 
haben kann. Muß ich damit rechnen, daß sich der Triac auch mal 
verschluckt und einfach nicht schaltet so daß ich dann am Relais die 
volle Last im Schaltvorgang hätte?
(Das Relais würde dies natürlich aushalten, aber hätte dann halt eine 
deutlich geringere Lebensdauer)
Wie lange würdet Ihr warten? Habt Ihr vielleicht eine bessere Lösung ?


Viele Grüße
Martin

PS der Triac bekäme natürlich noch einen Varistor mit Vorsicherung und 
einen kleinen Snubber (ist zwar ohmsche Last, aber Induktivitäten lauern 
überall...)

von Armin K. (-donald-) Benutzerseite


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Wie wäre es mit Halbleiterrelais? Die können doch ordentlich Leistung.

von MaWin (Gast)


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Martin R. schrieb:
> Ich wollte ganz gerne diesen Thermostaten durch eine uC - Ansteuerung
> ersetzen.

Warum nicht einfach durch einen neuen Thermoumschalter, der alte hat 
doch offenbar lange funktioniert. Dein uC wird nie so alt (schon das 
Netzteil nicht).

TRIACs sind so unsicher, die müssen nochmal einen echten Schalter haben, 
der sie vom Stromnetz trennt.

Martin R. schrieb:
> Ich will nicht per fettem Schütz schalten.

Lebt aber lange und hält auch den Kurzschlussstrom bis dsr 16A LSS 
Automat auslöst aus.

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

MaWin schrieb:
> TRIACs sind so unsicher, die müssen nochmal einen echten Schalter haben,
> der sie vom Stromnetz trennt.


Dann bräuchten wir zwei Relais - 1x VOR dem Triac und 1x parallel zum 
Triac.
Das Vor-Relais würde zuschalten, sobald der Boiler heizen soll und gibt 
somit erst Spannung an den Triac.
Dieser passt die nächste Halbwelle ab und zündet.
Noch eine Halbwelle später brückt Relais 2 den Triac und entlastet 
Diesen so.

Abschalten in umgekehrter Reihenfolge

Da zwei Heizleistungen vorhanden sind, müssten Diese, je nach Abstand 
zur Soll-Temperatur, entsprechend beschaltet werden, wo dann die 
2-Relais-Lösung nicht mehr greift.
Wenn das Vor-Relais der Wechsler ist, hätten wir nur noch den Triac als 
Sperre im Stromkreis, was wohl nicht 'Ohne' ist.

Unterm Strich wird wohl ein Relais (wenn man's halt haben will) und zwei 
SSR in Richtung Lösung gehen.

MfG

von Christian K. (christian_rx7) Benutzerseite


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Warum schaltest du nicht das Relais im Nulldurchgang oder besser gesagt 
x ms vor dem Nulldurchgang. Im einfachsten Fall reicht es, dass Relais 
1x zu vermessen. Wenn du etwas mehr Aufwand investieren willst, dann 
baust du vor und hinter das Relais eine Art Nulldurchgangserkennung und 
vermisst das Relais bei jeden Schaltvorgang um die Alterung zu 
berücksichtigen.
Dass das System funktioniert, hat zum Beispiel Beckhoff bei den neuen 
Relaisklemmen (KL2602-0010) bewiesen.

Christian_RX7

von Martin R. (mrotz)


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Danke an alle für die Antworten.

Der Gedanke, einfach das Relais im Nullpunkt zu schalten ist wirklich 
interessant. Werde dies mal für ein anderes Projekt austesten.


Ich habe das ganze nun doch wieder mit analogem Temperaturschalter 
realisiert. (Zeitproblem)


cu

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Martin R. schrieb:
> Der Gedanke, einfach das Relais im Nullpunkt zu schalten ist wirklich
> interessant. Werde dies mal für ein anderes Projekt austesten.

VOR dem Nullpunkt, da das Relais ja auch etwas Zeit braucht, um die 
Kontakte zusammen zu bekommen.
VOR hat dabei den Vorteil, daß die Spannung eh gerade gegen Null geht 
und das Prellen wohl nicht weiter störend wirken dürfte.

Wenn Du erst IM Nullpunkt ansteuerst, kommen die Kontakte erst bei 
bereits wieder schnell steigender Spannung zusammen - das Prellen 
geschieht dann auch bei immer größer werdender Spannung und Funken.

Abschalten ist, wenn eine nicht-ohmsche Last vorhanden ist, vll. beim 
Strom-Nullpunkt interessant (Phasenverschiebung zwischen Spannung und 
Strom).
Bei ohmscher Last wären eh beide Nullpunkte gleich.

MfG

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Patrick J. schrieb:
> VOR dem Nullpunkt, da das Relais ja auch etwas Zeit braucht, um die
> Kontakte zusammen zu bekommen.
> VOR hat dabei den Vorteil, daß die Spannung eh gerade gegen Null geht
> und das Prellen wohl nicht weiter störend wirken dürfte.
>
> Wenn Du erst IM Nullpunkt ansteuerst, kommen die Kontakte erst bei
> bereits wieder schnell steigender Spannung zusammen - das Prellen
> geschieht dann auch bei immer größer werdender Spannung und Funken.

Bei ohmscher Last Kasperletheater, Relais schalten und fertig.

von Marc V. (Firma: Vescomp) (logarithmus)


Angehängte Dateien:

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Martin R. schrieb:
> Der Gedanke, einfach das Relais im Nullpunkt zu schalten ist wirklich
> interessant. Werde dies mal für ein anderes Projekt austesten.

 Das wird aber so nicht (oder nicht wie gewollt) funktionieren.
 Ein normales Relais braucht etwa 5ms um durchzuschalten.
 In der Zeit ist die Spannung aber schon auf 100% angestiegen, es wird
 also bei voller Spannung ein- oder ausgeschaltet.

 P.S.
 Prellen kommt noch dazu (auch bei voller Spannung).
 Bild anbei.

: Bearbeitet durch User
von Martin R. (mrotz)


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Ich teste es mal aus.
Wenn das Relais eben immer ziemlich genau z.B. 5ms braucht (nachmessen), 
dann kann man ja getrost im Spannungs/Strom Maximum schalten und bis 
dann tatsächlich geschalten wird, ist man nahe dem Nullpunkt. Auch das 
Prellen findet dann um den Nullpunkt statt und ist somit verglichen zur 
alternative (irgendwo schalten) dann doch besser für die Kontakte.

Es war vielleicht unglücklich formuliert, aber es war schon so gemeint, 
die Ansteuerung des Relais so zu gestalten, daß der Kontakt im Nullpunkt 
öffnet/schließt mit eben angepasstem Timing für das Signal ans Relais.

cu
Martin

von Klaus (Gast)


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Ist ja schon lange her, aber ein Gedanke wurde nicht erwähnt, deshalb 
will ich den kurz auch noch loswerden:

Die Wahl von Relaischließers parallel zum Triac und vor (oder hinter) 
dem Triac ist gut, will ich auch so bei einem anderen Problem 
einzusetzen. Aber ich würde nicht unbedingt nach Nullstellen suchen, 
warum nicht einfach ERST den Kontakt schließen der in Reihe liegt, dann 
den Triac zünden und 10 ms später oder so schließt dann das Relais 
parallel zum Triac. Das muss ja nicht viel schalten, nur eben die 
Spannung die am Triac anliegt und den Strom natürlich.

Ausschalten in umgekehrter Reihenfolge, so spart man sich dicke Schütze, 
hat aber sehr hohe Schalthäufigkeit garantiert UND galvanische Trennung 
erreicht...

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