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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik SSR - Warum kein zero crossing bei induktiver Last


Autor: Wurzelpeter (Gast)
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Ich würde mich hier gern mal einhängen. Kann mir jemand erklären, 
weshalb man bei induktiven Lasten nicht im (Spannungs)Nulldurchgang 
schalten sollte? Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt der Strom sein Maximum 
erfährt und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?

Autor: Klaus (Gast)
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Wurzelpeter schrieb:
> Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt der Strom sein Maximum
> erfährt und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?

Das kann es eigentlich nicht sein, wenn die Spannung 0 war und nun zwar 
eingeschaltet wird, aber immer noch 0 ist, ist der Strom zwangsläufig 
auch 0. Steigt die Spannung dann an, steigt der Strom ebenfalls. Das 
aber langsamer als die Spannung, es wird ja eine Induktivität 
angesteuert.

MfG Klaus

Autor: oh je (Gast)
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Guxtu hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenverschiebung#E...

Klaus, er schrieb "Nulldurchgang". Also Thema AC (Wechselspannung).
Somit geht es um das Verhalten dabei - nicht um das Aufschalten
einer Gleichspannung auf eine (zuerst "leere") Spule, und den dabei
folgenden Stromanstieg.

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Er meint wahrscheinlich das abschalten?!

SSRs mit 'zero crossing' benehmen sich wie Triacs (sind ja auch meist 
verbaut?), also abschalten bei Stromnulldurchgang.

Autor: Georg G. (df2au)
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Klaus schrieb:
> Das kann es eigentlich nicht sein

Dann nimm dir LT-Spice und simuliere den Vorgang. Du wirst überrascht 
sein, was da als Einschwingvorgang passiert.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Wurzelpeter schrieb:
> Kann mir jemand erklären,
> weshalb man bei induktiven Lasten nicht im (Spannungs)Nulldurchgang
> schalten sollte?

Wer sagt das denn? Es ist sicher besser, im Nulldurchgang zu schalten 
als zu jedem anderen Zeitpunkt. Beim Abschalten lässt dir ein Triac 
sowieso keine Wahl, und beim Einschalten ist der Stress im Nulldurchgang 
der kleinstmögliche.

Wurzelpeter schrieb:
> Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt der Strom sein Maximum
> erfährt und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?

Wieso sollte der Strom sein Maximum haben? Es wäre mal interessant, zu 
wissen, woher diese Weisheiten kommen.

Autor: Georg G. (df2au)
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Matthias S. schrieb:
> Wieso sollte der Strom sein Maximum haben?

Nuhr?
Das Wort "Phasenverschiebung" schon mal gehört? Hier 
https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenverschiebung findest ziemlich am 
Anfang bunte Bilder zu dem Thema.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Wurzelpeter schrieb:
>Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt der Strom sein Maximum
>erfährt und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?

Das passiert eine 1/4 Periode später, da ist dann der Strom
so groß wie fast bei einem Kurzschluß.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Georg G. schrieb:
> Das Wort "Phasenverschiebung" schon mal gehört? Hier
> https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenverschiebung findest ziemlich am
> Anfang bunte Bilder zu dem Thema.

Das ist hier gar nicht relevant, weil es ja ums Einschalten einer 
induktiven Last geht. Vor dem Einschalten ist der Strom null. Wenn der 
Triac/SSR nun im Nulldurchgang einschaltet, fliesst, da die Spannung ja 
nahe null Volt ist, immer noch kein Strom. Erst mit dem ansteigenden 
Sinus wird Strom in die Spule geschickt. Erst dann wird deine 
Phasenverschiebung interessant. Aber beim Abschalten lässt einem ein 
Triac sowieso keine Wahl, unter dem Haltestrom sperrt er wieder. Damit 
er dann durch die Gegen-EMK nicht mehr nachtriggert, gibt es z.B. 
Snubberless (3Q) Triacs oder eben den Snubber.

Autor: Klaus (Gast)
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oh je schrieb:
> Klaus, er schrieb "Nulldurchgang". Also Thema AC (Wechselspannung).
> Somit geht es um das Verhalten dabei - nicht um das Aufschalten
> einer Gleichspannung auf eine (zuerst "leere") Spule, und den dabei
> folgenden Stromanstieg.

Es passiert sogar noch weniger, als beim Aufschalten einer 
Gleichspannung. Die Spannung braucht sogar 5ms, bis sie von 0 die volle 
Höhe erreicht hat, AC eben. Und dabei eilt der Strom der Spannung nach, 
Induktivität eben. Es wird also länger als 5ms dauern, bis er seinen 
höchsten Wert erreicht hat.

MfG Klaus

Sehe gerade, Matthias S. hat das gerade so beschrieben.

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Spule ausschalten im Nulldurchgang der Spannung:
Es gilt:

u=0=L*di/dt => di/dt=0

Für sinusförmige Ströme hat dort der Strom ein Maximum und die Änderung 
verschwindet.

math rulez!
Cheers
Detlef

Autor: Klaus (Gast)
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Detlef _. schrieb:
> Spule ausschalten

Es geht hier ums einschalten

MfG Klaus

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Klaus schrieb:
> Es geht hier ums einschalten
Woher nimmst du diese Info?

Wurzelpeter schrieb:
> Kann mir jemand erklären, weshalb man bei induktiven Lasten nicht im
> (Spannungs)Nulldurchgang schalten sollte? Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt
> der Strom sein Maximum erfährt und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?
Auf welchen Schalter beziehst du dich?

Das Einschalten an sich ist problemlos.

Und beim Ausschalten ist es bei Induktivitäten so, dass der Strom, der 
gerade fließt einfach weiter fließt und sich einen Weg sucht. Und wenn 
der Weg hochohmig ist, dass steigt die Spannung entsprechend U=R*I in 
ungeahnte Höhen. U.U. so weit, dass es funkt...

> Ist es, weil zu diesem Zeitpunkt der Strom sein Maximum erfährt
Vereinfacht: Ja.
> und es dadurch zu einem Stromstoß kommt?
Es gibt wie gesagt keinen "Stromstoß", sondern wenn der Strom zu diesem 
Zeitpunkt 1A ist, dann fließt 1A weiter. Und wenn dann der 
Übergangswiderstand z.B. 10kOhm ist, dann hast du ratzfatz 10kV und 
damit einen Funken.
In diesen Funken wird dann die in der Spule gespeicherte Energie 
gesteckt und kurz danach ist Ruhe.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Achim S. (Gast)
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Detlef _. schrieb:
> Für sinusförmige Ströme hat dort der Strom ein Maximum und die Änderung
> verschwindet.

Aber wenn du den sinusförmigen Strom ausschalten willst, dann ist es 
schnell vorbei mit di/dt=0 und die induktive Last dankt es dir mit einem 
gehörigen Spannungsanstieg.

Klaus schrieb:
> Es geht hier ums einschalten

Tja, wenn das mal so sicher wäre. Wenn es um Triac-basierte SSR geht, 
dann stellt sich die Frage tatsächlich nicht (weil klar ist, wann der 
Triac abschaltet. Aber es gibt ja durchaus auch SSR auf FETs basierend, 
und da kann man sich den Ausschaltmoment aussuchen. Ich kann nicht 
eindeutig erkennen, worauf Wurzelpeter sich bezog.

Wurzelpeter schrieb:
> Kann mir jemand erklären,
> weshalb man bei induktiven Lasten nicht im (Spannungs)Nulldurchgang
> schalten sollte?

Bitte erkläre doch mal, worauf sich genau dieses Statement bezieht.

Es gibt solche Regeln z.B. für das Einschalten von Ringkerntrafos. Es 
hängt damit zusammen, dass Ringkerntrafos eine hohe Remanenz haben: wenn 
das Einschalten zufällig in der Halbwelle erfolgt, die das remanete Feld 
verstärkt (und nicht in der, die sie abbaut), dann geht gerne der Kern 
in Sättigung und die Sicherung fliegt. Den worst case in diesem Szenario 
hast du, wenn die volle Halbwelle zur Verfügung steht, um das Feld 
weiter zu erhöhen.

Deswegen gibt es tatsächlich Systeme zum Einschalten von Ringkerntrafos, 
die im Spannungsmaximum einschalten. Dann bleibt wenigstens nur noch die 
halbe Halbwelle übrig, um den Kern in Sättigung zu treiben.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Bei großen Trafos (KW-Bereich) kann es beim Einschalten
passieren, wenn man zufällig den Nulldurchgang erwischt,
daß die Haussicherung anspricht, wenn man den Maximalpunkt
der Spannung erwischt eben nicht. Bei einem großen Kondensator
ist es genau umgekehrt.

Autor: Klaus (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Bei großen Trafos (KW-Bereich) kann es beim Einschalten
> passieren, wenn man zufällig den Nulldurchgang erwischt,
> daß die Haussicherung anspricht, wenn man den Maximalpunkt
> der Spannung erwischt eben nicht.

Halte ich für ein Gerücht. In Wirklichkeit geht es darum, ob das sich 
aufbauende Magnetfeld dieselbe Richtung wie die Remanenz des Kerns hat 
oder ob sie entgegengesetzt sind. Und das hängt davon ab, wie des Feld 
beim Ausschalten gepolt war.

MfG Klaus

Autor: Dingenskirchen (Gast)
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Eine Spule benötigt eine FLÄCHE aus Spannun*Zeit um den Strom fließen zu 
lassen. Sie speichert Strom.
Weil sie eine Fläche braucht, sind schnelle Spannungsanstiege wurscht.

Die Spule ist beim Einschalten aber "leer", d.h. es fließt kein Strom.

Im Normalbetrieb:
Beim Nulldurchgag ist der Strom im eingeschwungenem Zustand exakt 
-Maximum, d.h. die Spule wird bei der nächsten Halbwelle zunächst 
entladen, und dann in die umgekehrte Richtung geladen.

Beim Einschalten:
Schaltet man jetzt die Spule genau beim Nulldurchgang zu, ist der Strom 
in der Spule nach beim nächsten Nulldurchgang also doppelt so hoch, wie 
er wäre, wenn schon Strom in der Spule gespeichert gewesen wäre.
warum? Das -Maximum fehlt, also wird doppelt soviel Strom "geladen".

Wenn jetzt der Kern das nicht abkann, weil er sättigt, ist das unschön. 
Mindestens aber gibts einen Strompeak.

Also:
Schalten muss man die Spule da, wo der Strom Null wäre. Das ist bei max. 
Spannung der Fall.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Klaus schrieb:
>In Wirklichkeit geht es darum, ob das sich
>aufbauende Magnetfeld dieselbe Richtung wie die Remanenz des Kerns

Die Remanenz spielt dabei keine Rolle. Remanenz will man bei
Trafoblechen nicht haben, weil daß Verluste bedeutet.
Die kann man also vernachlässigen.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Dingenskirchen schrieb:

> [schöne Beschreibung]
>
> Also:
> Schalten muss man die Spule da, wo der Strom Null wäre. Das ist bei max.
> Spannung der Fall.

Danke Dingenskirchen!

Endlich eine klare, verständliche und richtige Beschreibung der 
Zusammenhänge!

Autor: Peter II (Gast)
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Dingenskirchen schrieb:
> Also:
> Schalten muss man die Spule da, wo der Strom Null wäre. Das ist bei max.
> Spannung der Fall.

aber nur wenn man nur eine Induktivität hat. In der Praxis hat man aber 
keine Phasenverschiebung von 90Grad.

Autor: Dingenskirchen (Gast)
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Peter II schrieb:
> Dingenskirchen schrieb:
>> Also:
>> Schalten muss man die Spule da, wo der Strom Null wäre. Das ist bei max.
>> Spannung der Fall.
>
> aber nur wenn man nur eine Induktivität hat. In der Praxis hat man aber
> keine Phasenverschiebung von 90Grad.

Naja, GENAU 90° vermutlich nicht.

Für die Praxis stimmt das aber schon:
Die Hauptinduktivität eines Trafos oder ein Motor dürften für die 
Betrachtung nahe genug an die 90° hinkommen.
Die Rede war außerdem lediglich von induktiven Lasten. Da stimmt das 
schon.

Wo es nicht stimmt: Dinge wie Trafonetzteile oder Netzfilter. Da ist das 
komplexer. Aber das sind ja dann keine induktiven Lasten mehr.

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Dingenskirchen schrieb:
> Die Hauptinduktivität eines Trafos oder ein Motor dürften für die
> Betrachtung nahe genug an die 90° hinkommen.

http://www.antriebstechnik.fh-stralsund.de/1024x76...

Autor: Dingenskirchen (Gast)
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Teo D. schrieb:
> Dingenskirchen schrieb:
>> Die Hauptinduktivität eines Trafos oder ein Motor dürften für die
>> Betrachtung nahe genug an die 90° hinkommen.
>
> 
http://www.antriebstechnik.fh-stralsund.de/1024x76...

Und jetzt? Was soll das? Magst du uns erklären, was dir genau nicht 
gefällt?

Mir ist schon klar, dass ein Trafonetzteil (aka Trafo mit Last) keine 
reine induktive Last ist. Auch ein Motor im Betrieb nicht.

ABER:
Ich schrib von der HAUPTINDUKTIVITÄT. Ein unbelasteter Trafo ist eine 
reine Induktivität - eine große sogar, denn ein kleiner 
Magnetisierungsstrom ist wünschenswert.
ein Motor, der steht, ganz genauso. Und ein Motor steht (für diese 
Betrachtung) zum Einschaltzeitpunkt immer. Oder willst du uns erzählen, 
dass ein Wald-und Wiesenmotor in 10ms eine nennenswerte Drezhal 
erreicht?

Fazit:
In der Elektrotechnik gibts immer Fälle, auf die etwas nicht zutrifft. 
Sämtliche pauschale Aussagen sind pauschal falsch.
Aber jeden Spezialfall aufzuklamüsern ist weder produktiv noch 
sinnvoll...

Autor: Sabberalot W. (jetztnicht)
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Die Gedanken greifen zu kurz. Wenn man eine Spule bei 
Spannungs-Nulldurchgang schaltet, ist der Strom in der Tat Null. Nach 
einer halben Periode wurde die aber aufintegriert, und der Strom ist 
doppelt so hoch wie er bei Einschalten bei Spannungsmaximum sein 
wuerde... Nach nochmals eine halben Periode ist der Strom dann Null, 
wird also nie negativ.

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Sabberlott W. schrieb:
> Die Gedanken greifen zu kurz. Wenn man eine Spule bei
> Spannungs-Nulldurchgang schaltet, ist der Strom in der Tat Null. Nach
> einer halben Periode wurde die aber aufintegriert, und der Strom ist
> doppelt so hoch wie er bei Einschalten bei Spannungsmaximum sein
> wuerde... Nach nochmals eine halben Periode ist der Strom dann Null,
> wird also nie negativ.

Ja, das hat Dingenskirchen oben schon erklärt. Danke für deine 
Aufmerksamkeit ;)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Sabberlott W. schrieb:
> Nach nochmals eine halben Periode ist der Strom dann Null, wird also nie
> negativ.
Dass auf diese Art ein überlagerter Gleichstrom durch die Spule fließt 
und diese "vorsättigt" kommt erschwerend hinzu, aber zum Glück ist es 
so, dass sich im realen Leben aufgrund von (ohmschen und 
Eisen-)Verlusten auch in diesem Fall recht schnell ein symmetrischer 
Wechselstrom einstellen wird.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Hui Nei (Gast)
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Bei Spulen mit Eisen, oder bei denen Ferrit drin ist, kann es sein, dass 
die knapp ausgelegt sind. Speziell bei Transformatoren. Wenn da zuviel 
Strom kommt, geht das Eisen in die Saettigung, und die Induktivitaet 
nimmt ab. Dh der Strom steigt schneller an, und erreicht noch hoehere 
Werte.

Autor: Wurzelpeter (Gast)
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Hatte in der Eile des Gefechts vergessen, den Hintergrund zu erläutern. 
Ich möchte gern eine induktive Last (230 VAC Motor mit 165 W) per SSR 
schalten. In einigen Beiträgen wird davon abgeraten, einen Triac mit 
zero crossing Funktionalität bei induktiven Lasten zu verwenden. Leider 
wird nirgends für Laien verständlich erklärt, was der Grund dafür ist.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Du kannst den Motor jederzeit bedenkenlos einschalten. Ganz problemlos 
auch mitten im Nulldurchgang. Den der Motor hat neben der Induktivität 
einen durchaus nennenswerten Widerstand...

Autor: MiWi (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Du kannst den Motor jederzeit bedenkenlos einschalten. Ganz problemlos
> auch mitten im Nulldurchgang. Den der Motor hat neben der Induktivität
> einen durchaus nennenswerten Widerstand...

und auch sonst viele Grauslichkeiten damit sich ein diskutierfreudiges 
Forum nur Wünschen kann.

Denn ein Motor mit der Leistung ist oft (und der TO hält sich bedeckt) 
mit einem Phasenschieber-C ausgerüstet... und das macht die Sache dann 
zumindest theoretisch spannender.

MiWi

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