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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Reed-Relais 10kV


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Autor: Michael D. (desch)
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Ich hätte da mal wieder eine Frage...

Ich versuche mit einem Reed Relais (DAT70515F, Crynergy3) eine 10kV 
Spannung auf eine Elektrode zu schalten (Elektrode in der Skizze mit Pin 
2 bezeichnet).
Die Spannung an der Elektrode ist Signal 4 im Oszi Bild.
Das Eingangssignal an Pin 1 ist ein Rechteck mit ca 13Hz (Signal 2 im 
Bild).

Wenn ich jetzt die Hochspannungsquelle hochdrehe erhalte ich ab ca. 2kV 
beim Einschaltvorgang Störungen im Signalverlauf (siehe Bild).

Hat jemand eine Idee, woher das kommen könnte, bzw. wie ich das beheben 
kann?

Autor: Carsten W. (eagle38106)
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Das dürfte wohl Kontaktprellen mit Entladungen zwischen den Kontakten 
beim Einschalten sein. Von Lichtbogen kann man bei 500M Innenwiderstand 
wohl eher nicht sprechen.

Autor: Werner H. (werner45)
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Das Relais ist defekt - es hat das Vakuum verloren.

Gruß   -   Werner

Autor: georg (Gast)
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Michael D. schrieb:
> Hat jemand eine Idee, woher das kommen könnte, bzw. wie ich das beheben
> kann?

Mal abgesehen davon, ob das Relais überhaupt für 10 kV geeignet ist: 
jeder mechanische Kontakt prellt, und dagegen kann man nichts tun. Bei 
Tasten z.B. kann man per Hard- oder Software entprellen, aber eben nicht 
das Prellen an sich verhindern. Das ginge nur, indem man mit Halbleitern 
schaltet, aber das ist bei 10 kV auch sehr aufwendig.

Georg

Autor: Harald (Gast)
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georg schrieb:

> Mal abgesehen davon, ob das Relais überhaupt für 10 kV geeignet ist:
> jeder mechanische Kontakt prellt, und dagegen kann man nichts tun.

Wie ist zu erklären, dass der Eingang (Pin 1, Basis Transistor) ab 2 kV 
"mitprellt"?

Autor: Falk B. (falk)
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@Michael Desch (desch)

>Ich versuche mit einem Reed Relais (DAT70515F, Crynergy3) eine 10kV
>Spannung auf eine Elektrode zu schalten (Elektrode in der Skizze mit Pin
>2 bezeichnet).

Hmm.

>Die Spannung an der Elektrode ist Signal 4 im Oszi Bild.
>Das Eingangssignal an Pin 1 ist ein Rechteck mit ca 13Hz (Signal 2 im
>Bild).

Wo kommt das her? Von einem elektrischen Taktgeber oder einem 
Klapperrelais.

>Wenn ich jetzt die Hochspannungsquelle hochdrehe erhalte ich ab ca. 2kV
>beim Einschaltvorgang Störungen im Signalverlauf (siehe Bild).

Wenn deine Relaisansteuerung mittels Taster oder ähnlich prellendem 
Kontakt erfolgt, muss man sich nicht wundern. Erstmal muss die 
Relaisansteuerung sauber und prellfrei sein, was eigentlich jeder NE555 
oder Arduino kann.

Auch HV-Reedrelais prellen, aber nicht so lange wie auf dem Bild, eher 
im Bereich von 1ms.

Autor: Falk B. (falk)
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Außerdem ist dein Transistor mit 1k Basiswiderstand ein wenig 
hochohmig angesteuert, wenn der das Relais mit ~320mA schalten soll. Dem 
würde ich mal eher 330 Ohm Basiswiderstand an 5V spendieren, macht ~13mA 
Basisstrom bzw. eine effektive Stromverstärkung von ~25. Was ist das 
überhaupt für ein Transistor? Ein BC547 kann offiziell keine 320mA 
schalten.

Autor: Michael D. (desch)
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Falk B. schrieb:
> Außerdem ist dein Transistor mit 1k Basiswiderstand ein wenig
> hochohmig angesteuert, wenn der das Relais mit ~320mA schalten soll. Dem
> würde ich mal eher 330 Ohm Basiswiderstand an 5V spendieren, macht ~13mA
> Basisstrom bzw. eine effektive Stromverstärkung von ~25. Was ist das
> überhaupt für ein Transistor? Ein BC547 kann offiziell keine 320mA
> schalten.

Transistor ist der: 
https://www.mouser.at/ProductDetail/ON-Semiconductor-Fairchild/SS8050CBU?qs=9h%252bT%2fFFCxR9w7F3mJT%252blmw==

Der Takt kommt aus einem NE555.

Der 1k Widerstand ist nur in der Skizze falsch eingezeichnet, wurde 
schon ersetzt.

Autor: Michael D. (desch)
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Komischerweise wird dass Verhalten des Schalters besser, wenn ich ihn 
mit mehr Spannung versorge (6-7V).

Lt. Datenblatt sollten aber 5V reichen.

Autor: Falk B. (falk)
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@ Michael Desch (desch)

>Transistor ist der:
>https://www.mouser.at/ProductDetail/ON-Semiconduct...

Ist OK.

>Der Takt kommt aus einem NE555.

Hmm, auf dem Oszi sieht man nur ~3V Spannung an dem Punkt, was aber 
normal ist, denn der NE555 schluckt fast 2V in seiner Ausgangsstufe.

>Der 1k Widerstand ist nur in der Skizze falsch eingezeichnet, wurde
>schon ersetzt.

Wieso? Was soll da falsch sein? Und durch was wurde er ersetzt?
Und warum zeigst du uns Skizzen, welche nicht mit dem realen Aufbau 
übereinstimmen? Lies mal was zum Thema Netiquette.

>Komischerweise wird dass Verhalten des Schalters besser, wenn ich ihn
>mit mehr Spannung versorge (6-7V).

>Lt. Datenblatt sollten aber 5V reichen.

Klingt nach einem Problem in der Ansteuerung. Vielleicht hast du Emitter 
und Kollektor am Transistor vertauscht, der schaltet dann zwar noch, hat 
aber deutlich schlechtere Stromverstärkung.

Autor: Ulf (Gast)
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Michael D. schrieb:
> Komischerweise wird dass Verhalten des Schalters besser, wenn ich ihn
> mit mehr Spannung versorge (6-7V).

Beachte Dabei bitte auch, das du am Transistor eine Spannungsdifferenz 
von ca 0,7 Volt erhälst(nicht nachgeschaut wie das bei deinen Transistor 
ist). Dann sieht den Relaispule auch nur noch ca. 4,3 Volt.

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Michael D. schrieb:
> Komischerweise wird dass Verhalten des Schalters besser, wenn ich
> ihn
> mit mehr Spannung versorge (6-7V).
>
> Lt. Datenblatt sollten aber 5V reichen.

D.h. Du erhöhst die Versorgungsspannung auf 6..7V? Wieviel Verlust ist 
am Schalttransistor.

Konkret: Und kommen auch 5V an der Spule an?

Autor: Werner H. (werner45)
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Wenn das Prellen von der Ansteuerung kommt, muß es auch bei < 2kV 
sichtbar sein.
Da das aber nicht der Fall ist, vermute ich Schmutzeffekte im Reedrelais 
selbst. Das angegebene Relais ist für 15 kV zugelassen und sollte bis 
dort hin auch ordentlich funktionieren - außer es hat ne Macke.

Gruß   -   Werner

Autor: oszi40 (Gast)
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Werner H. schrieb:
> Schmutzeffekte im Reedrelais selbst

Vom Datenblatt her sieht es ja gut aus, aber den Aufbau sehen wir auch 
nicht! http://www.farnell.com/datasheets/2145120.pdf
Um den Relaiskontakt mal mit einem einfachen Hammerschlag zu 
vergleichen: Der Pianist schlägt vorsichtiger als der Schmied. So 
gesehen kann das Prellen auch verschieden aussehen. Nun würde ich 
nochmals die örtliche Lage und Ansteuerspannung verändern?

> Rechteck mit ca 13Hz

Recht oft für ein Relais im kV-Bereich? Verschleißtest?
DB sagt Lifetime 10E6 Schaltspiele bei 50W Last


Harald schrieb:
> dass der Eingang (Pin 1, Basis Transistor) ab 2 kV
> "mitprellt"?

Aufbau?

Autor: Jim Beam (Gast)
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Zeig doch mal die EXAKTE Schaltung des 555.

Ich wette da liegt der Hund begraben,
der wird durch irgendwelche Störimpulse beim Schalten der HV irritiert.

Scopiere auch mal die Betriebsspannung am 555, direkt an dessen Pins.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Ulf schrieb:
> Beachte Dabei bitte auch, das du am Transistor eine Spannungsdifferenz
> von ca 0,7 Volt erhälst(nicht nachgeschaut wie das bei deinen Transistor
> ist). Dann sieht den Relaispule auch nur noch ca. 4,3 Volt.

Wie hast du das aus dem Datenblatt des verwendeten SS8050 herausgelesen?
In der Ausgangskennlinie (Fig.1) liegt V_CE selbst bei nur 3mA 
Basisstrom weit unterhalb von 0.4V.

Autor: etik (Gast)
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Kann es sein, dass es eine Rückwirkung von der Hochspannungsseite auf 
die Ansteuerschaltung gibt? Wie sieht die Spannung an der Basis aus? 
Sind Pin 4 und 5 des NE 555 beschaltet?

Autor: Dieter (Gast)
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Wenn die Spannung hoch genug ist, kann auch genuegend Energie fuer 
parasitaere Schwingungen vorhanden sein auf dem HV Kreis.  Das kann auch 
ueber die Spule rueckkoppeln.

Autor: Frank M. (duesentrieb72)
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etik schrieb:
> Kann es sein, dass es eine Rückwirkung von der Hochspannungsseite auf
> die Ansteuerschaltung gibt?
Die Rückwirkung gibt es bei den HV-Reed-Relais definitiv, wie Dieter 
auch schon schrob.
Die Relais-Spule ist ja direkt um das Glasrohr gewickelt und wirkt da 
wie eine Antenne. Die fängt alles ein.
Das geht bei den Meder HV-Reed-Relais sogar so weit, dass (bei hohen 
Stross-Strömen, bei höheren Spannungen) das Magnetfeld des 
Stromdurchflossenen Leiters (Kontakt) dem Magnetfeld der Spule so stark 
entgegen wirkt (schwächt), dass sich der Kontakt sich kurzzeitig öffnet. 
Getestet bis 7kV (bei 24V-Relais HE24-1A69-03).
Dieser Effekt tritt bei den Cynergy3 (D-Series) bzw. baugleichen Gigavac 
nicht erkennbar auf.
Wir schalten der Freilaufdiode (die direkt zwischen dem Anschluss liegt) 
einen 220nF Keramik-Kondensator parallel. In Reihe zur Spule eine 
SMD-Ferrit, parallel dem Ganzen eine schnelle TVS Diode und 100nF 
Keramik-Kondensator. Damit bekommt man die Ansteuerseite halbwegs 
sauber.

Autor: Werner H. (werner45)
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Der von Frank M beschriebene Effekt uns dessen Beseitigung ist ja 
interessant, aber bei Michael Desch tritt das scheinbare Prellen ja beim 
manuellen Hochdrehen der Spannung auf. Das ist kein Stromstoß, eher eine 
Rampe.

Gruß   -   Werner

Autor: Frank M. (duesentrieb72)
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Werner H. schrieb:
> Das ist kein Stromstoß, eher eine Rampe.

Aber er schaltet doch den Kontakt mit 13Hz. Dabei ensteht doch beim 
Öffnen und Schließen ein (zugegeben kleiner) Stromstoß, der mit 
zunehmender Spannung größer wird.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Frank M. schrieb:
> Das geht bei den Meder HV-Reed-Relais sogar so weit, dass (bei hohen
> Stross-Strömen, bei höheren Spannungen) das Magnetfeld des
> Stromdurchflossenen Leiters (Kontakt) dem Magnetfeld der Spule so stark
> entgegen wirkt (schwächt), dass sich der Kontakt sich kurzzeitig öffnet.

Sooh hoch wird der Stromstoß trotz 2kV bei 500MΩ nicht sein. Da wäre 
jetzt die Frage, was der Tastkopf beim Schließen des Relais macht.

Autor: oszi40 (Gast)
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oszi40 schrieb:
>> Rechteck mit ca 13Hz
> Recht oft für ein Relais im kV-Bereich? Verschleißtest?
> DB sagt Lifetime 10E6 Schaltspiele bei 50W Last (35€)

60s*60min*24h=86400*13= 1123200 Schaltspiele pro Tag

Wolfgang schrieb:
> hoch wird der Stromstoß trotz 2kV bei 500MΩ nicht sein

Wir wissen nicht wie gut diese Kontakte HEUTE noch sind und wir wissen 
nicht, welche Kapazitäten od. evtl. Überschläge durch ungünstigen Aufbau 
sie schon geschädigt haben. Bisher sehe ich den Aufbau nicht.

Autor: Harlekin (Gast)
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Sieht für mich nach einer Einkopplung der 2kV-Flanke auf die 
Steuerleitung (1) aus. Das Relais zieht mit einer Verzögerung von 2ms 
an. Die Kopplung verkleinern (Verdrillen, Abstände zwischen den beiden 
Stromkreisen vergrössern, niederohmigerer Steuerkreis, Abschirmen, 
Kabelschirm, Metallgehäuse)

Autor: etik (Gast)
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Die beschriebene induktive Kopplung ist ja auch interessant. Wir 
schalten mit Reed-Kontakten steilflankige Impulse mit Anstiegszeiten im 
Mikrosekunden-Bereich bis ca. 2A und haben dabei keine Probleme 
(bemerkt). Allerdings schalten wir auch nur in den Impulspausen. Der 
schaltende Reed-Kontakt würde bei ordentlich Strom ganz andere 
Steilheiten produzieren.

Ich vermute eher wie Harlekin eine kapazitive Kopplung auf die Basis des 
Transistors oder eventuell auf den NE555. Letzterer sollte aber 
ausreichend Hysterese haben und deswegen weniger anfällig sein.

Ja, und ich finde das Gejammer nach dem tatsächlichen Aufbau auch 
mitunter etwas lästig, aber in diesem Fall wär's schon sinnvoll, 
aussagekräftige Fotos vom Aufbau zu sehen. Sonst philosophieren alle im 
luftleeren Raum herum, was andererseits auch wieder interessante 
Erkenntnisse bringen kann - nur nicht unbedingt zur Beantwortung der 
ursprünglichen Frage beiträgt.

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