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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktive Lasten entstören


Autor: Stephan B. (stephanbrunker)
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Ich habe trotz ausführlicher Suche keine wirklichen Antworten gefunden. 
Ich habe eine CNC-Steuerung und dazugehörend eine Ansteuerung für einen 
Frequenzumrichter mit einem 4044 Flipflop. Zu der ganzen Anlage gehören 
auch verschiedene Relais mit denen Schütze angesteuert werden und ein 
300VA Ringkerntrafo für die Schrittmotoren.

Eine 12V- bzw. 5V Versorgung ist jeweils separat über einen Blocktrafo 
mit Gleichrichter, Glättungskondensatoren und einem 78xx Spannungsregler 
aufgebaut.

Jetzt habe ich mit Störungen zu kämpfen wenn die Relais schalten. Bei 
den 12V-Gleichstromrelais hat schon ein konsequenter Einsatz von 
Freilaufdioden geholfen. Ein Problem sind die 230V~ Schütze, die von den 
Hilfsrelais geschaltet werden. Was ich über die Suche finden konnte war 
eine Entstörung mit einem 100 Ohm / 1Watt Widerstand und einem 100nF 
X2-Kondensator parallel zur Spule. Wenn die Schütze an der gleichen 
Phase hängen wie die restliche Elektronik lösen diese sonst beim 
Abschalten das Flipflop aus und der Motor springt an … nicht gut.

Den Ringkerntrafo schalte ich über NTCs ein (die dann überbrückt 
werden), das funktioniert auch sehr gut. Beim Ausschalten springen die 
Motoren aber einen Schritt, die Endstufen bekommen also wohl auch einen 
Impuls, auch wenn am Enable (Active High) regulär keine Spannung anliegt 
und beim Ausschalten auch keine entstehen sollte. Was klemmt man an den 
Ringkerntrafo (primär und/oder sekundär)? 100 Ohm und 500nF? Da der 
Ausschalter gleichzeitig ein Not-Aus-Alles-Aus-Schalter ist, schalten 
auch die 12V-Trafos ab. Meine Idee geht dahin, auf der Primärseite 
überall Netzfilter (und besagten Snubber) einzubauen und auf der 
Sekundärseite eine 1,5KE-Überspannungsschutzdiode zwischen Gleichrichter 
und Spannungsregler, geschützt durch eine PTC-Sicherung (Absicherung ist 
mit Schmelzsicherung auf der Primärseite). Deren Wert müsste wohl höher 
sein als die Leerlaufspannung, also 20V oder so.

Oder ist das Overkill? Vielen Dank schonmal ...

Autor: Niemand (Gast)
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Ist das alles Eigenbau von einem FunkenSchlosser oder von einem 
Hersteller der sowas regulär vertreibt?
Auf der Netz-Seite sind erstmal keine Maßnahmen nötig aber wohl auf der 
Sekundärseite aller Trafos und in den Netzteilen,
Siebung und Glättung und Impuls-Entstörung wie Masse-Führung wären zu 
prüfen oder zeig einfach mal die Schaltpläne oder Fotos?

C´s parallel zu einer Spule mit einem R wird ein schöner Schwingkreis 
mit Saugeffekt, da kommen auch Freilauf-Dioden hin und Schütze kann man 
auch mit Transistoren ein- und aus-schalten?

Hört sich schon etwas komisch an das Ganze von dir?

Autor: nachtmix (Gast)
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Stephan B. schrieb:
> Jetzt habe ich mit Störungen zu kämpfen wenn die Relais schalten

Die sich wie äussern?

Die im Zusammenhang mit dem Schalten von Induktivitäten oft auftretenden 
HF-Störungen entstehen auch nicht durch die Induktivität an sich, 
sondern durch den Abreissfunken an den Relaiskontakten, der einen 
negativen Widerstand darstellt und ungedämpfte Schwingungen anfachen 
kann.
Die Induktivität stabilisiert diesen Lichtbogen nur.
Zur Bedämpfung dieser Schwingungen sollte man auch nicht einfach 
pauschal 0,1µF+100 Ohm einbauen, sondern der Snubber sollte den 
Eigenschaften der Last angepasst werden.

Insbesondere halte ich einen 100 Ohm Widerstand im Zusammenhang mit 
Lasten, zu deren schalten Schütze angebracht sind, für viel zu 
hochohmig.
Um den Abreissfunken gering zu halten, sollte der Widerstand klein genug 
sein, um beim Nennstrom der Last nur eine geringe Spannung von 
vielleicht 30V an den Kontakte zuzulassen.



Stephan B. schrieb:
> Bei
> den 12V-Gleichstromrelais hat schon ein konsequenter Einsatz von
> Freilaufdioden geholfen.

Dieses Problem hatte evtl. auch einen anderen Grund

Autor: Stephan B. (stephanbrunker)
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Hallo,

eure Antworten stehen aber im krassen Widerspruch zu dem was Siemens 
hier:

https://cache.industry.siemens.com/dl/files/702/21653702/att_60233/v1/overvoltage_suppression_of_contactors.pdf

selbst über das Schalten von Schützen schreibt. Es handelt sich nicht um 
den Funken, sondern die Selbstinduktion durch das zusammenbrechende 
Magnetfeld. Der Funkenüberschlag ist nur die Folge der hohen 
Impulsspannung (mehrere 1000V). Zitat: "Die Erhöhung der an der Spule 
wirksamen Kapazität verringert die Amplitude auf das zwei bis dreifache 
der Steuerspannung sowie die Steilheit der Schaltüberspannung, so dass 
keine Schauerentladungen mehr auftreten."

Bei einem mit 230V AC betriebenen Schütz kann man keine Freilaufdiode 
einsetzen. Ein Varistor hat das Problem der begrenzten Lebensdauer und 
das er die Flankensteilheit des Impulses nicht verringert, bei einem 
RC-Glied wird diese auch gedämpft. Zitat: "Die RC-Beschaltung schützt 
damit speziell du/dt-empfindliche Ausgangsstufen vor ungewolltem 
Durchschalten." Eigentlich wollte ich ja Antworten von jemandem der das 
alles schon weiß. Das Problem ist auch, dass man die Induktivität der 
Schützspule gar nicht vernünftig messen kann (verändert sich mit der 
Position des Ankers), darauf kommt es wohl auch nicht so genau an.

"Insbesondere halte ich einen 100 Ohm Widerstand im Zusammenhang mit
Lasten, zu deren schalten Schütze angebracht sind, für viel zu
hochohmig." - ich hatte geschrieben: parallel zur Schützspule. Die zu 
entstörende Last ist nur die Schützspule (nur ein paar Watt), ggf. die 
Primärseiten der Trafos, wenn die Probleme machen sollten. Hier hatte 
ich konkret nach einer Kombination für den 300VA Ringkerntrafo gefragt. 
Es gibt meines Wissen zwei Möglichkeiten der Entstörung: Über die 
Relaiskontakte - dann fließt aber immer ein Strom am Relais vorbei und 
man bekämpft nicht das eigentliche Problem - oder eben man bedämpft die 
Abschaltüberspannung direkt, so dass kein Kontaktfunke mehr entsteht. 
Wenn man nur den Kontaktfunken löscht, hat man den Impuls immer noch auf 
den Leitungen die sich überallhin einkoppeln können. Und ja: ich wollte 
auch wissen ob man den 16VA bzw. 10VA 12V Trafo auch direkt mit 
entstören sollte. Wenn ich nämlich ändere, dann geht das in einem 
Abwasch, sonst darf ich die Stromversorgungsplatine zweimal neu machen 
wenn es daran lag. Außerdem halten die Relaiskontakte länger wenn man 
die in der Spule gespeicherte Energie über ein RC-Glied ableitet.

Und ja: das ganze ist kein Bausatz, sondern besteht aus den von mir 
angegebenen Komponenten die teilweise gekauft sind (wie die Endstufen 
oder die Schnittstelle) und teilweise selbst zusammengelötet sind (wie 
die Stromversorgung). Ich habe mich aber an die Standardschaltungen für 
Gleichrichtung und Glättung und den Spannungsregler gehalten - und da 
waren solche Dinge wie Überspannungsschutzdiode und 
Abschaltüberspannungsbedämpfung nicht vorgesehen. Die Schütze brauche 
ich deshalb weil ich unter anderem einen Staubsauger und einen 
3-Phasen-Asynchronmotor mit 500W schalten muss und für diese induktiven 
Lasten Relais wohl eher weniger geeignet sind. Das Finder 41 z.B ist nur 
für 500W 1-Phasenmotorlast angegeben, der Staubsauger hat aber mehr.

Die Störungen äußern sich darin, dass die Endstufen bzw. das Flipflop 
schalten wenn besagte Induktivitäten abgeschaltet werden. Die 
Abschaltüberspannungen setzen sich also vom Netz durch die gesamte 
Schaltung bis dahin durch und erzeugen Active High Signale wo keine 
hingehören.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sven S. (schrecklicher_sven)
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Für Störungen brauchts einen Sender und einen Empfänger.
In Deinem Fall ist der Empfänger die selber zusammengeschusterte 
Elektronik. Genau da solltest Du auch ansetzen.

Stephan B. schrieb:
> Beim Ausschalten springen die
> Motoren aber einen Schritt,

Das ist so ein Beispiel.

Autor: Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)
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Das klingt eher danach,  dass Deine 5V- und 12V- Versorgung nicht gut 
gefiltert sind.  Wenn Du gewickelte Kondensatoren einsetzt, können diese 
durch ihre Eigeninduktivität scharfe Flanken nicht abfangen. Die 
78xx-Modelle können von sich aus auch nicht die hochfrequenten Störungen 
ausregeln.

Mögliche Lösungsansätze: MLCC-Kondensatoren und eine Z-Diode am 
Reglereingang.

Autor: nachtmix (Gast)
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Stephan B. schrieb:
> Die zu
> entstörende Last ist nur die Schützspule (nur ein paar Watt)

Wie kommst du denn darauf?
Hast du etwa gemessen, dass der Digitalkram schon abschmiert, bevor sich 
der Anker des Schützes in Bewegung setzt?

Stephan B. schrieb:
> Hier hatte
> ich konkret nach einer Kombination für den 300VA Ringkerntrafo gefragt.

Hatte ich dir ja genannt: 20..30 Ohm in Reihe mit dem 0,1µF und zwar 
parallel zu den Schützkontakten und möglichst nah dran, falls das 
möglich ist, denn dort entsteht die Hochfrequenz.

Stephan B. schrieb:
> Wenn man nur den Kontaktfunken löscht, hat man den Impuls immer noch auf
> den Leitungen die sich überallhin einkoppeln können

Aber hat dann langsamere Flanken, die wesentlich weniger in andere 
Schaltkreise überkoppeln.

Und wenn dein Schütz drei Phasen schaltet, musst du die Entstörung 
dreimal machen.

Stephan B. schrieb:
> ich hatte geschrieben: parallel zur Schützspule.

Das geht evtl. auch, ist aber nur die zweitbeste Lösung.

Stephan B. schrieb:
> Und ja: ich wollte
> auch wissen ob man den 16VA bzw. 10VA 12V Trafo auch direkt mit
> entstören sollte.

Wird der denn auch geschaltet?
Und falls ja, womit?
Vielleicht solltest du besser den Schaltplan von der Geschichte 
hochladen.


Stephan B. schrieb:
> Die Störungen äußern sich darin, dass die Endstufen bzw. das Flipflop
> schalten wenn besagte Induktivitäten abgeschaltet werden

Nichts anderes hatte ich erwartet.

Stephan B. schrieb:
> Die
> Abschaltüberspannungen setzen sich also vom Netz durch die gesamte
> Schaltung bis dahin durch und erzeugen Active High Signale wo keine
> hingehören.

Stephan B. schrieb:
> sonst darf ich die Stromversorgungsplatine zweimal neu machen

Möglich, aber das kann man ohne die Details zu kennen nicht sagen.
Der Schrittmotortreiber scheint ja auch Probleme mit deiner Konstruktion 
zu haben.
Jedenfalls musst du dir einige Bolzen geleistet haben, wenn 4000er CMOS 
Probleme mit dem Störabstand hat.


Stephan B. schrieb:
> Eigentlich wollte ich ja Antworten von jemandem der das
> alles schon weiß.

Ach, ich dachte, dass ich diese Thematik  sei 197x oder so im Griff 
habe.
Jedenfalls hatte ich seither solche Probleme nicht mehr.
Sonst musst du eben Siemens fragen. Die verkaufen dir gerne etwas.

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