Hallo, ich möchte gerne über einen µC (5V, 12V Schiene auch vorhanden) einen einphasigen Induktionsmotor schalten (230VAC, 750W Leistung). Ich habe mich die letzten Tage versucht darin einzulesen (in Sachen Relais in Printmontage auf der Platine), und scheinbar ist das so kompliziert, dass ich das wohl eher lassen werde, allerdings ist das Thema interessant genug, dass ich es gerne mit eurer Hilfe zumindest generell weiter erörtern möchte. Sicherer Umgang mit 230VAC auf Platinen: Dazu sind mir IPC2221B und IPC9592B schonmal geläufig. Luft- und Kriechstrecke, Leiterbahndicken. Meine Frage dazu ist zum Thema transiente Überspannungen. Angeblich sollte man die Schaltungen diesbezüglich entwerfen. Im 230VAC Netz kommen dazu Spannungswerte wie 2500V in den Raum. Mir fällt es aber schwer Schraub-Terminals zu finden, die entsprechendes Rating haben bzw. entsprechende Abstände. In der Regel findet man sowas: https://www.mouser.de/ProductDetail/Wurth-Elektronik/691137710002?qs=lBTPRtX1sU9LnHBbviNKGA%3D%3D Da bin ich bei 300VAC nicht mal annähernd ran. Da bräuchte ich ja einen 12,5mm-13,1mm Mindestabstand für (ich nehme logischerweise an, der Ränder der Lötpunkte und nicht "Pitch"). Wie kommt es dazu, dass die meisten nur ein entsprechendes Rating für 220-300VAC haben, und nicht vielfach darüber? Anlaufstrom des Induktionsmotors: Da gibt es schonmal unterschiedliche Quellen für die Berechnung. Ich habe alles gesehen für <1HP. Die 6-fache Nennleistung, die 3-fache, die 10-fache. Auch, dass Relais für den Anlaufstrom ausgelegt sein müssen, wenn man sie entsprechend verwenden soll, oder eben nicht. Was davon ist richtig? Schalten des Relais: Mal wird ein BJT oder Mosfet empfohlen, dann soll es wiederum ein Optokoppler sein. Begründet wird letzteres wegen des EMS-Schutzes und aufgrund der möglichen transienten Überspannungen im Netz. Müsste ich dazu nicht den µC auch an einer komplett separaten Versorgungsschiene betreiben als das Relais, damit das Sinn ergibt? Dazu gehört dann die obligatorische Flyback-Diode. Ich habe jetzt auch an einer Stelle gelesen, dass man zu der Diode noch einen Widerstand setzen sollte, um die Lebenszeit des Relais zu verbessern. Eine Begründung dafür (und auch eine Dimensionsangabe des Widerstandes) fand ich nicht. Weiß da jemand mehr? Ich denke auch darüber nach, die Verwendung eines entsprechenden Allzweckrelais sein zu lassen (inkl. des ganzen Schaltkreises) und etwas wie den G7L-2A-T DC6 bzw. D12 zu setzen, oder stattdessen auf ein externes SSR zu setzen. In beiden Fällen hätte ich den Vorteil, dass ich auf der Platine keine 230V habe. Der G7L-2A-T DC6 ist sehr günstig, und wird wohl laut Datenblatt auch damit beworben einen entsprechenden Motor schalten zu können. Leider ist der bei Mouser nicht verfügbar. Vielleicht kann mir jemand eine verfügbare Alternative nennen (zweipolig, damit ich Phase und Neutralleiter schalten kann)? Sollte ich lieber die 12VDC Variante nehmen anstatt der 6VDC? Wenn ja, wieso? Grüße
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Bei Relais die Gebrauchskategorie beachten, in deinem Fall wohl AC-3. Einen 0,75kW Motor kann man mit relativ kleinem Relais schalten, typisch werden die mit "20A" angegeben. Beim Kontaktmaterial auf AgSnO2 achten.
Keks F. schrieb: > Anlaufstrom des Induktionsmotors: > Da gibt es schonmal unterschiedliche Quellen für die Berechnung. Ich > habe alles gesehen für <1HP. Die 6-fache Nennleistung, die 3-fache, die > 10-fache. Das hängt eben vom Anlaufmoment ab, und das kann bei sonst gleicher Baugröße recht unterschiedlich sein.
H. H. schrieb: > Bei Relais die Gebrauchskategorie beachten, in deinem Fall wohl AC-3. > > Einen 0,75kW Motor kann man mit relativ kleinem Relais schalten, typisch > werden die mit "20A" angegeben. Beim Kontaktmaterial auf AgSnO2 achten. Ah, das viel mir auch auf. Ich habe in Datenblätten da für verschiedene Gebrauchskategorien verschiedene Maximalströme gesehen. Auch unterschiedliche Stromangaben für NO und NC, Beispiel hier auf Seite 2. Was hat es eigentlich damit auf sich? Und könnte mir jemand bitte helfen eine bei Mouser lieferbare Alternative für die G7L-2A-T DC6 bzw. D12 zu finden? Die parametrische Suche bei Mouser ist &/(&$/%&$()$/%&§$§**)/(&$%. :)
Keks F. schrieb: > Und könnte mir jemand bitte helfen eine bei Mouser lieferbare > Alternative für die G7L-2A-T DC6 bzw. D12 zu finden? Weshalb unbedingt Mouser? Finder Serie 66 wäre ähnlich.
Keks F. schrieb: > Auch unterschiedliche Stromangaben für NO und NC, Beispiel hier auf > Seite 2. Was hat es eigentlich damit auf sich? Öffner sind eben weniger belastbar als Schließer, einfach weil das Anziehen mit der Kraft der Spule erfolgt, das Lösen aber nur mit der Kraft der Feder.
H. H. schrieb: > Weshalb unbedingt Mouser? > > Finder Serie 66 wäre ähnlich. Für die nächste Sammelbestellung im Markt-Unterforum. :) Habe auch schon ein paar andere Sachen da ausgesucht.
Keks F. schrieb: > H. H. schrieb: >> Weshalb unbedingt Mouser? >> >> Finder Serie 66 wäre ähnlich. > > Für die nächste Sammelbestellung im Markt-Unterforum. :) > Habe auch schon ein paar andere Sachen da ausgesucht. TE/P&B, Serie T9A Oder die chinesische Kopie: Song Chuan, Serie 832
H. H. schrieb: > Beim Kontaktmaterial auf AgSnO2 achten. Ah, mir fiel auf, die Finder haben AgCdO oder AgNi. Was sind da die Unterschiede?
Keks F. schrieb: > H. H. schrieb: >> Beim Kontaktmaterial auf AgSnO2 achten. > > Ah, mir fiel auf, die Finder haben AgCdO oder AgNi. Was sind da die > Unterschiede? Eigentlich dürfte es AgCdO in der EU nicht mehr geben, wegen RoHS. Der etwas schlechtere Ersatz ist AgSnO2. AgNi ist für Motorlast völlig ungeeignet.
Okay, vielen Dank. Ich habe mich dann für 2 Stück aus der T9A Serie entschieden. Brauche ich in dem Aufbau dann noch den Optokoppler, oder kann ich die Relais direkt mit je einem AO3420 + Gate-Widerstand + Gate-Pulldown und einer Freilaufdiode betreiben?
Keks F. schrieb: > Optokoppler Wozu denn den? Das Relais macht doch die galvanische Trennung. > 2 Stück aus der T9A Serie Du hast zwei Motoren?
H. H. schrieb: > Du hast zwei Motoren? Nein, ich möchte aber Phase und Neutralleiter schalten. Oder ist das sicherheitstechnischer Unsinn? Ich hatte das so als Empfehlung gelesen. Grüße und nochmals vielen Dank!
Keks F. schrieb: > H. H. schrieb: >> Du hast zwei Motoren? > > Nein, ich möchte aber Phase und Neutralleiter schalten. Oder ist das > sicherheitstechnischer Unsinn? Overkill. > Ich hatte das so als Empfehlung gelesen. So wie den Optokoppler?
Beides korrekt, ja. Gut, dann bin ich froh, dass das alles nicht nötig ist. :)
An die nötige Freilaufdiode hast du aber schon gedacht?
Keks F. schrieb: > oder kann ich die Relais direkt mit je einem AO3420 + Gate-Widerstand + > Gate-Pulldown und einer Freilaufdiode betreiben? :)
Beitrag #7233484 wurde vom Autor gelöscht.
ohne vom fach zu sein, möchte ich den widerstand neben der freilaufdiode mit spannungsbegrenzung erklären wollen. die induktionsspannung ist laut buch von der größe des widerstandes zwischen den drahtenden(schalterpole) der spule abhängig . wenn gut isoliert ist auch die spannung hoch. https://www.elektrotechnik-fachbuch.de/e_grundlagen_kap_07_2v2.html unter 7.2.9 ausschaltvorgang.
Keks F. schrieb: > Da bin ich bei 300VAC nicht mal annähernd ran. Da bräuchte ich ja einen > 12,5mm-13,1mm Mindestabstand Nein, es geht bei den Schraubterminals nicht um sichere Isolation SELV sondern um Funktionsisolation. Da sind die Abstände deutlich geringer, für 2500V bis 200müNN in CAT II (Geräte mit Stecker) reichen 2.5mm. Daher reichen für CAT II auch Schraumklemmen im 5mm Raster. Nur zwischen Spule und Kontakt sollte man über 5mm haben. Auch sind häufig Isolationsabstände für Nennspannung angegeben und enthalten schon die Überspannung. Keks F. schrieb: > Leiterbahndicken Wenn die Last nicht im selben Gehäuse sitzt sondern an einem Kabel das eventuell Kurzschluss haben kann gilt hier der Strom bis der 16A LSS auslöst. Den wird aber das Relais nicht überleben ist ja kein Hutschienen-Schütz. Also muss eine Feinsicherung rein schon um die Relaiskontakte zu schützen und schon können die Leiterbahnen schmaler werden. Halt je nach Sicherung.
Keks F. schrieb: > Ich habe jetzt auch > an einer Stelle gelesen, dass man zu der Diode noch einen Widerstand > setzen sollte, um die Lebenszeit des Relais zu verbessern. Eine > Begründung dafür (und auch eine Dimensionsangabe des Widerstandes) fand > ich nicht. Weiß da jemand mehr? mit einem Widerstand in Reihe zu der Freilaufdiode nimmt der Spulenstrom schneller ab und die Kontakte öffnen schneller, das schont die Kontakte. Nach dem Abschalten fließt im ersten Moment der Spulenstrom durch den Widerstand. Die Spannung darf dabei nicht höher werden als die Sperrspannung deines Schaltelements. Bei einem Spulenstrom von 200mA und einer Sperrspannung von 80V darf der Widerstand also max. 400 Ohm sein.
Hallo, danke für deine Antwort. Ich finde das Prinzip dahinter sehr interessant, habe es aber glaube ich noch nicht ganz verstanden. Wieso nimmt der Spulenstrom schneller ab, wenn ich den Stromfluss begrenze? Oder geht es darum die Ladung über den Widerstand thermisch "zu verwerten"? Entsprechend müsste der Widerstand dann ja so gering wie möglich sein, um so viel Ladung abzubauen wie möglich. (P = I²R, aber I = V / R) Mit welcher Leistungsklasse müsste ich dann den Widerstand bemaßen? Bei der Diode habe ich einfach die höchste Spannung aus der Reihe genommen, es kostet ja tatsächlich nicht mehr (dazu gleich mehr). Ich habe bevor ich das hier geschrieben habe, versucht mich etwas einzulesen, damit meine Fragen hoffentlich nicht zu dumm sind, und bin auf diese Quelle gestoßen: https://electronics.stackexchange.com/a/115859 Es scheint mir so, als wäre die Diode dazu da, das Treiberelement des Relais zu beschützen (klar), aber zu Lasten des Relais (neue Erkenntnis für mich), weil der Strom ja entsprechend nachzirkuliert wird. Aber ein Relais altert doch aufgrund folgender Faktoren: 1) Wenn es an ist 2) Beim An- und Ausschalten, wenn es zu lange dauert (zu viel Strom), aber auch die Spannung zu hoch ist beim Abschalten (Lichtbogen). Es wird als "beste" Lösung die Nutzung einer Zener-Diode anstelle eines Widerstandes vorgeschlagen. Der Vorteil erschließt sich mir aber weder aus der Erklärung, noch aus den dargelegten Formeln. Das lässt mich irgendwie auch meine bisherige Diodenwahl für die Flyback überdenken, hatte ich dafür eine HFM208-W geplant: https://www.mouser.de/datasheet/2/345/hfm201-hfm208-31983.pdf Wäre da eine Schottky besser (um die Spannungsspitze abzufangen), aber schlechter (für das Relais)? Als Relais wollte ich mich nicht auf eines festlegen und einmal das T9GV5L24-12 https://www.mouser.de/datasheet/2/418/8/ENG_DS_T9G_1216_0321-1281449.pdf und einmal das T9AP1D52-12 https://www.mouser.de/datasheet/2/418/8/TE_Connectivity_10112022_ENG_DS_T9A_2-3051264.pdf bestellen und dann adhoc entscheiden. Vorteil/Nachteil für mich zwischen den beiden, ist, das eine ist langlebiger, ich muss es aber auf dem PCB montieren. Für ein anderes Projekt brauche ich eh noch ein weiteres Relais, das aber nicht annähernd so große Anforderungen erfüllen muss, deshalb werde ich dann das andere dafür aufbewahren und ich habe nichts umsonst gekauft. Wie gehe ich am besten mit der Absicherung vor um vor Spitzen zu schützen, gleichzeitg aber die Lebensdauer des Relais zu maximieren?
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Keks F. schrieb: > Wieso nimmt der Spulenstrom schneller ab, wenn ich den Stromfluss > begrenze? du begrenzst den Strom nicht, der fließt trotzdem, nur die Spannung wird größer. Die Spannung bewirkt die Stromänderung und je höher die Spannung ist, desto schneller ändert sich der Strom > Oder geht es darum die Ladung über den Widerstand thermisch "zu > verwerten"? nicht die Ladung -das ist kein Kondensator- sondern die Energie, die im Magnetfeld gespeichert ist > Entsprechend müsste der Widerstand dann ja so gering wie möglich sein, > um so viel Ladung abzubauen wie möglich. (P = I²R, aber I = V / R) Beim Abschalten fließt der Strom zunächst weiter. Wenn du in der Formel P = I²R den Strom als Konstante nimmst, wird die Leistung bei einem größeren Widerstand größer Keks F. schrieb: > Aber ein Relais altert doch aufgrund folgender Faktoren: > 1) Wenn es an ist > 2) Beim An- und Ausschalten, wenn es zu lange dauert (zu viel Strom), > aber auch die Spannung zu hoch ist beim Abschalten (Lichtbogen). Wenn der Kontakt langsamer öffnet bleibt der Lichtbogen länger stehen. Keks F. schrieb: > Es wird als "beste" Lösung die Nutzung einer Zener-Diode anstelle eines > Widerstandes vorgeschlagen. Der Vorteil erschließt sich mir aber weder > aus der Erklärung, noch aus den dargelegten Formeln. Mit einem Widerstand nehmen Spannung und Strom mit einer e-Funktion ab. Mit einer Zenerdiode bleibt die Spannung konstant bis der Strom 0 ist. Der Strom nimmt linear ab, mit der Anfangssteigung der e-Funktion (gleiche Maximalspannung vorausgesetzt)
Keks F. schrieb: > Ich finde das Prinzip dahinter sehr interessant, habe es aber glaube ich > noch nicht ganz verstanden. Mich interessiert eine "invertierte Induktionsspannung" überhaupt nicht, ich betrachte nur den Strom. Wenn im eingeschalteten Zustand durch die Spule 200mA fließen, dann fließt wegen dem in dem Magentfeld gespeicherten Energie im Moment nach dem Abschalten des Schalttransistors genau dieser Strom in gleicher Richtung(!) und gleicher Stromstärke weiter. Und dann darf man diesen kurzen Augenblick einfach mal "einfrieren" und sich fragen: "Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, wo kann dieser Strom dann weiterfließen?", denn eines ist klar: er wird weiterfließen und sich einen Weg vom "Spulenausgang" zurück zum "Spuleneingang" finden. Wenn in diesem Weg hochohmige Widerstände sind, dann wird an diesem Widerstand die Spannung so weit ansteigen, bis die obigen 200mA fließen (und wer sich die Stromrichtung mal in seine Schaltung einzeichnet und sich vorstellt, die Spule wäre nun die Spannungsquelle, der findet dann auch den Grund für diese "inverse Induktionsspanung", s.u.). Eine Freilaufdiode direkt neben dem Relais sorgt also für den kürzestmöglichen Strompfad und lässt den Strom ungehindert fließen. Und dann fließt der Strom so lange, bis die gesamte Energie am Spuleninnenwiderstand und der Diode "verbraucht" (=in Wärme umgewandelt) ist. Das kann schon mal einige zehn ms dauern. > Wieso nimmt der Spulenstrom schneller ab, wenn ich den Stromfluss > begrenze? Der Stromfluss wird nicht "begrenzt". Wie gesagt: die obigen 200mA Spulenstrom werden nach dem Ausschalten des Transistors unbedingt fließen. Und mit einem zusätzlichen Widerstand in Reihe zur Diode kann man zusätzlich Wärme erzeugen und die Energie schneller vernichten. Man muss dabei nur aufpassen, dass an diesem Widerstand anfallende Spannung nicht zu hoch wird. Denn wenn man sich wider die Strompfeie Am "schnellsten" vernichtet man die Energie in einem kleinen Funken samt Knistern. Nur sind dafür auch extrem hohe Spannungen nötig, die ein üblicher Halbleiter an dieser Stelle nicht immer überlebt. Wenn er spezifiziert ist, dann findet man eine "Avalange-Energie". Denn so ein Avalanche-Durchbruch (bekannt auch von Z-Dioden) wird im Halbleiter erfolgen und der muss dann die Energie in Wärme umwandeln können. oder so schrieb: > Bei einem Spulenstrom von 200mA und einer Sperrspannung von 80V darf > der Widerstand also max. 400 Ohm sein. Eher weniger, denn zur Spannung über der Diode und dem Widerstand addiert sich an dieser Stelle noch die Versorgungsspannung dazu. Und wenn die z.B. 24V ist, dann darf der Widerstand nur (80V - 24V - 0,7V)/200mA = 276 Ohm werden. Hier mal einfach ausgehend vom Spulenstrom Il die Herleitung: 1. der Spulenstrom Il erzeugt über den Bauteilen R und D eine Spulenspannung Ul 2. wenn ein Strom irgendwo hineinfließt, dann ist das der Anfang eines Spannungspfeils mit positiver Spannung (das ist jetzt a little magic, da darf man ruhig mal länger drüber sinnieren, denn es ist die Stelle, wo sich die Spulenspannug "umkehrt"...) 3. wenn ich die Spannungen in einem Schleifenumlauf zusammenaddiere muss 0 herauskommen (das war dem Kirchhoff seine Masche): 0 = Ul+Ub-Uce 4. nach Umstellung ergibt sich Uce = Ub+Ul, das heißt: aus Sicht des Tansistors addiert sich die Induktionsspannung zur Versorgungsspannung hinzu
1 | Il |
2 | 24V ---------------o-----<------o----------------- |
3 | | | |
4 | | | ^ - |
5 | # - | |
6 | L # ^ D | |
7 | # | | |
8 | | + | [] R | Ul = Il*R + Ud |
9 | | | | | |
10 | | Il v ^ Il | |
11 | | Ub | Il | | + |
12 | | o----->------' |
13 | | | |
14 | | v Ic=0 |
15 | v + | | + |
16 | |/ | |
17 | 0V ---| | Uce |
18 | |> v - |
19 | | |
20 | GND ---------------o---------------------------- |
Keks F. schrieb: > Es wird als "beste" Lösung die Nutzung einer Zener-Diode anstelle eines > Widerstandes vorgeschlagen. Der Vorteil erschließt sich mir aber weder > aus der Erklärung Stell dir einfach vor, wie es nach der statischen Betrachtung des Ausschaltens weitergehen wird: der Strom wird nach einer e-Funktion abnehmen und deshalb wird auch die Verlustleistung im Widerstand abnehmen und die Spulenenergie nicht so schnell "vernichtet". Eine Z-Diode sorgt dafür, dass die Spannung über ihr und damit die Verluste in ihr immer gleich hoch sind und so die Spulenenergie (= Magnetfeld) schneller abgebaut wird. Noch ein kurzes Wort zu Z-Diode und Zenerdiode: Zenerdioden gibt es nur bis 5V, alles darüber sind Z-Dioden, die nicht auf dem Zenereffekt, sondern auf dem Avalancheeffekt beruhen. So hat Clarence Zener das selber vorgeschlagen: https://de.wikipedia.org/wiki/Clarence_Melvin_Zener
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Angehängte Dateien:
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Funkenloeschung.png
55 KB
Zusammengefasst Quelle: https://www.elesta-gmbh.com/downloads/ ciao gustav
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gefällt mir wie Lothar erklärt hat, daß die spannung an der spule so weit ansteigen wird bis die ursprüngliche stromstärke wieder durch den sperrwiderstand fließt. und weil die spule in gezeichneten fall noch auf dem pluspolniveau liegt, addiert sich die spuleninduktionsspannung hier auf. ebenso wird die spuleninduktionspannung durch die versorgungs-spannungsquelle hindurch einen zweiten weg suchen. hiebei liegt der minuspol der spule am plus der versorgungsspannungsquelle, beide spannungsquellen sind also in reihe geschaltet.
Hallo, ich habe die Posts gelesen, aber noch nicht die Zeit ausführlich zu antworten. Ich möchte aber jetzt schonmal ein dickes Dankeschön hier lassen! Euch allen einen schönen Freitag und ein gutes Wochenende
Hallo, ich hatte jetzt Zeit nochmal alles durchzulesen und ich habe tatsächlich keine Fragen mehr. Die Gesamtheit von euren letzten Postings ist einfach genial und ist vom Umfang und von der Verständlichkeit besser als jeder Artikel, den ich mir in den letzten 2 Tagen dazu durchgelesen habe. Vielen vielen Dank!
Carypt C. schrieb: > daß die spannung an der spule so weit ansteigen wird bis die > ursprüngliche stromstärke wieder durch den sperrwiderstand fließt. Wie sich die Spannungen addieren hast du exakt erfasst. Nur bei der Entstehung der Spulenspannung zäumst du das Pferd von hinten auf. Denn die Spannung steigt nicht bis die "ursprüngliche Stromstärke" wieder erreicht wird (das würde ja bedeuten, dass die zwischendurch geringer geworden wäre), sondern die Stromstärke ist durchgehend unverändert. Der Strom sucht sich sofort nach dem Abschalten einen Weg und je nach Weg und Widerstand ergibt sich dadurch eine Spannung. Sofort bedeutet "ohne jegliche Verzögerung" oder irgendwie "ansteigend". Nach dem Abschalten ist also der Spulenstrom die Ursache für die Spulenspannung. > gefällt mir wie Lothar erklärt hat Danke fürs Lob. Wenn man sich bei Spulen ein wenig von der Spannungsbetrachtung löst und eher den Strom anschaut, dann lassen sich viele Effekte überraschend einfach erklären.
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