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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Halbleiterrelais (Solid State Relay) für Drehstrom bei 500W Last


Autor: Alexey (Gast)
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Hallo,

vielleicht kann mir jemand bei meinem Problem weiterhelfen:

Ich habe einen Drehstrommotor der sehr oft Ein und Ausgeschaltet wird 
(in einer Art Takt-Steuerung eines Fließbandes zur Materialzuführung). 
Der Motor ist ein normaler Drehstrommotor in Sternschaltung also ohne 
Nullleiter. Bei ca. 8 Betätigungen pro Minute (!) sind die normalen 
Schütze leider recht schnell hinüber. Als Alternative würden mich die 
Solid-State-Relays z.B. von Crydom interessieren nur sind die recht 
teuer (ok zugegeben und ich bin neugierig) :D
Ich würde gerne wissen wie diese Dinger intern funktionieren, ich tippe 
auf einen Optokoppler mit Triacausgang (so ähnlich wie die Moc3041 oder 
so) und einem großen Triac der die Last schaltet, das ganze halt drei 
mal. Das Problem ist daß ich keine verlässlichen Daten finde wie genau 
so ein Relais aufgebaut ist da ich so etwas zu Testzwecken mal gerne 
Selbstbauen würde. Das Drehstrom nicht grade ungefährlich ist ist mir 
Übrigends bekannt. :D Gibt es konkrete Schaltungen wie so ein SSR 
realisiert ist oder hat jemand das schon mal gemacht? Ich würde ja gerne 
mal z.B. so nen Teil von Crydom öffnen und reinschauen nur leider sind 
die alle Vergossen. :(

Die zweite Problematik der SSR ist folgende:
Die Triacs haben einen Spannungsfall von ca. 1 Volt, dadurch entsteht 
dauernd Verlustleistung die ich Wegkühlen muß. Das will ich aber nicht.
Meine Idee um das zu Verhindern wäre folgende: Ich Schalte mittels der 
Triacs den Motor ein, nach einer gewissen Zeitspanne überbrücke ich die 
Triacs mit Relais oder einem Mini-Schütz. Sobald der Schütz angezogen 
hat kann ich den Triacs die Zündspannung wegnehmen da diese ja keine 
Spannung mehr zum Schalten haben und dadurch sowieso löschen.
Wenn ich ausschalten will gebe ich den Triacs wieder Zündspannung (also 
"Dauerfeuer" auf die Diode im Optokoppler) und Schalte den Mini-Schütz 
ab. Dadurch Zünden die Triacs wieder sofort wenn die Schützkontakte 
geöffnet haben da an diesen dann wieder Spannung anliegt. Der Schütz 
muss daher wenn ich das ganze richtig verstanden habe niemals die volle 
Last schalten da diese über die Triacs rennt. Ich kann daher den Schütz 
eventuell sogar durch 3 kleine Printrelais (z.B. die 40.52 Serie von 
Finder mit einem großen Lastkontakt) ersetzen. Dadurch kann alles auf 
einer Platine untergebracht werden. Kühlung für die Triacs kann ich mir 
dann denke ich auch sparen da diese ja nur für ein paar Sekunden an 
sind. Elektronische Wendeschütze sollen angeblich ebenfalls nach diesem 
Prinzip funktionieren.
Nur was für Triacs und welche Optokoppler muß ich verwenden? Das 
wichtigste durfte der Snubber sein denn ich vermute ich mal für jede 
Phase aufbauen muß damit der Triac mehr wie einmal schaltet und 
eventuell noch einen Varistor um die schlimmsten Spannungsspitzen zu 
entsorgen. :D Die Dimensionierung ist mir allerdings noch schleierhaft. 
Vielleicht hat jemand infos bezüglich der Dimensionierung.

Diese Schaltungsart mit dem Mini-Schütz habe ich übrigends in einem 
defekten Sanftanlaufgerät das ich seziert habe gesehen und der 
Hersteller wirbt auch mit einer sehr langen Lebensdauer des Gerätes. Es 
hätte auch durchaus noch recht lange gelebt (die mech. Kontakte waren 
noch blitzsauber!) wenns nicht  in den Schaltschrank reingeregnet hätte 
nach dem Sturm "Emma". :D

Habe ich da Denkfehler drin oder kann ich das "Risiko" eingehen mal nen 
Prototypen zu fertigen? Ich bin für alle Vorschläge offen.

Alexey :)

Autor: Tishima (Gast)
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Hallo!

Was soll denn der ganze murx, nimm nen einfachen Umrichter und gut ist.

Oder setz ein Movimot auf den Motor.

gruß,
Bjoern

Autor: Alexey (Gast)
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@Tishima (Gast)

genau den Movimot oder einen externen Frequenzumrichter will ich aus 
Kostengründen NICHT. Außerdem glaube ich nicht dass daß "Murx" ist wenn 
ein großer Hersteller das ähnlich löst (Das Sanftanlaufgerät das ich 
auseinander genommen habe war von Siemens). Ich will keine 
Drehzahlveränderung realisieren deshalb ist dein Vorschlag mit dem 
Umrichter "etwas" daneben. :D
Alles was ich will ist ein Solid-State Relay dass zuverlässig einen 
Drehstrommotor SCHALTEN kann und eventuell die Drehrichtung inversieren. 
Zugegeben daß könnte ich auch kaufen ich möchte aber wissen wie so nen 
Teil funktioniert und wie man dieses "diskret" Aufbauen würde. Aus 
Neugier halt und vielleicht kann ich das dann auf meinen "speziellen" 
Fall modifizieren.

@all,

Sonstige Vorschläge sind gerne gesehen :D

Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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Nun mit Triacs & Optokoppler funktioniert das ganze schon ganz gut.

Beim Schalten von ca 18kW werden die Triacs (auf einem Kühlblech) etwas 
mehr als Handwarm.

Als Optokoppler verwende ich MOC3041 bzw MOC3063, die haben eine 
Nullduchgangserkennung integirert - macht also nicht sooo argen Müll im 
Netz.

Von den Schützen parallel dazu halte ich eigentlich nichts.

mfg GagoSoft
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wer Rechtschreibfehler findet, darf sie behalten, Inhaltliche Fehler
nehme ich gerne zurück

Autor: Alexey (Gast)
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@Gabriel Wegscheider (gagosoft)

was Schaltest du damit? 18KW sind ja nun nen Haufen Holz. :D Dagegen 
sehe ich mit meinem 500W Motörchen ja richtig arm aus...
Sind die 18KW eventuell Ohmsche Last also z.B. ne Heizung oder einen 
Motor (induktive Last).
Bei induktiver Last soll ja das Schalten im Nulldurchgang nicht so gut 
sein, ein Schütz macht das ja auch nicht. :)
Verwendest du Snubber um den Spannungsanstieg zu begrenzen?
Hättest du ein Beispiel bzw. eventuell eine Schaltung? :)

Autor: 6640 (Gast)
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Die Relais Schalterei ist Murks. Viel Glueck. Falls es denn nicht 
geht... Die vernuenftigste Wahl ist ein Umrichter, der kann Sanftanlauf 
und alles. Der wird genommen wenn man etwas mit einem Handlingsystem 
positionieren muss. Ein Umrichter kann aus einem Drehstrom Asynchron- 
oder Synchronmotor ein Servomotor machen. Das Bisschen Geld lohnt sich 
auszugeben.

Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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Rein Ohmsche Last, also eine Heizung.
Der Testaufbau hat noch keinerlei Snubber integriert.

-> allerdings kann ich keine Garantien abgeben, bis auf die Tatsache, 
das ich diese Schaltung erfolgreich aufgebaut habe.

mfg GagoSoft
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nehme ich gerne zurück

Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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... noch zu beachten:
Der Zündstrom der Triacs braucht schon etwas mehr als die klassischen 
LED-Vorwiderstände. BTA41 braucht 50mA - 1 Watt muss dann schon sein.

mfg GagoSoft
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Autor: Alexey (Gast)
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@6640 (Gast)

Nächste Woche kommt der Verfahrenstechniker von Siemens ins Haus ich 
werde dem mal dein Statement verklickern von wegen Relaisschalterei ist 
murks und so. Mal sehen ob der das genau so sieht... Wenn das murks wäre 
warum macht Siemens das so? Murksen die Etwa und verkaufen das für viel 
Geld? Ich wills nicht hoffen der Sanftanlauf war Schweineteuer und hat 
immerhin fast 10 Jahre gehalten bei einer Motorlast von ca. 9KW.
Zum Verständnis nochmal ich will keinen Sanftanlauf ich will nur 
Schalten und die Drehrichtung wechseln, das ist alles. Außerdem weiß ich 
durchaus für was man einen FU alles gebrauchen kann. Nur wäre dieser der 
absolute Overkill für diese Anwendung. Ich will Wissen wie man so eine 
Wendung mittels SSRs baut und das nur Neugierhalber. Wenn ich eine 
schnelle Lösung brauche bestell ich mir so nen Riesenprügel von SSR von 
Crouzet oder Crydom, klatsch das Ding in den Steuerschrank und gut ist.

@Gabriel Wegscheider (gagosoft),
danke für die Info, nur ist die induktive Last des Motors leider 
keinesfalls mit einer ohmschen Last einer Heizung zu vergleichen. Allein 
die Spannungsfestigkeit der Optokoppler und des Triacs dürfte etwas 
knapp sein je nach Motoranwendung.
Neuhierhalber: Was beheizt du mit 18KW? Hoffentlich nicht die 
Kaffeemaschine oder? :D

Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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Klar schalte ich eine Ohmsche Last und klar ist das etwas anderes.
...und mit der Kaffeemaschine hast Du nicht ganz unrecht, nur etwas 
grösser... ;-)

Mit induktiven Lasten hab ich mich bisher noch nicht beschäftigt, meine 
normalen Einheiten haben meist einstellige Voltzahlen und sind im mA 
und µA Bereich. Und da es sich hier um eine ohmsche Last hendelt, hab 
ich mich auch über 3 Phasen 400V getraut.

mfg GagoSoft
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Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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Hab noch ein wenig in den Foren gestöbert:

Beitrag "Motor mit Triac schalten!"

Hier wurde auch über induktive Lasten (Motoren) diskutiert

mfg GagoSoft
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Autor: Alexey (Gast)
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Hallo,

ich nochmal :)

Hat jemand eine Idee wo man z.B. den BTA08-800BW kaufen kann? Oder 
generell Triacs die eine Spitzensperrspannung von 800-1000V haben? 
Farnell hat nix, RS hat auch nix Spoerle und Schuricht auch net. :( Der 
Triac bekommt auf jeden Fall trotzdem noch einen externen Snubber 
verpasst nur sind die BW-Typen halt sehr robust... Die 600BW gibts wie 
sand am Meer nur reichen die von der Sperrspannung am Drehstrom meiner 
Meinung nach nicht aus da zu wenig "Reserve" nach oben vorhanden ist.

Autor: Tishima (Gast)
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Die letzte "einfache" Motoransteuerrung die ich gesehen hab war mit 
Photovoltaic Relais bestückt und nicht mehr mit SSR. Die Type hab ich 
mir allerdings nicht gemerkt und für welche Lasten die war kann ich auch 
nicht sagen.
Vieleicht findest Du in dem Bereich was für deine Anwendung.

gruß,
Bjoern

Autor: Max (Gast)
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Solid State Control Solutions For Three Phase 1 HP Motor

Autor: 6640 (Gast)
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Das Pulsartige Einschalten eines 500W Drehstrommotores zieht kurzfristig 
mind. 5kW. Diese Leistung wird kleiner wenn man den Motor im Sternmode 
anstelle des Dreieckmodes anschliesst. Falls diese Strom Stoesse, die 
immerhin alle 8sekunden kommen, zu Stoerungen auf dem Netz, resp. in 
anderen an diesem Netz angeschlossenen Geraeten fuehrt, kostet nur schon 
das finden der Ursache mehr als eine richtige loesung.

Autor: Alexey (Gast)
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@6640,

in meinem Eröffnungspost steht das der Motor im Stern angeschlossen ist. 
Das Problem mit den Störungen gibt es nicht da müßte jeder Schütz 
verboten werden da diese auch das Besagte Problem hätten. Außerdem ist 
das ein Industriestromnetz was meinst du was für Störungen da schon 
drauf sind...

Autor: Gabriel Wegscheider (gagosoft)
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Helmut Weiß meint im oben erwähnten Thread, dass sich die Triacs in 
industriellen Schaltungen mit einem Varistor gegen Spannungsspitzen 
geschützt werden.

Wobei er auch erwähnt, dass diese den Snubber NICHT erstzten.

mfg GagoSoft
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Autor: Bernd Pissny (Gast)
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Hallihallo,

Die BTA08 / 800 bekommt man derzeit netterweise bei Reichelt.

Ausgeschrieben sind sie dort zwar als 600er, aber geliefert wurden 
zumindest mir zwei mal die 800er Typen.
Ich wuerd einfach mal dort bestellen. So teuer sind die ja mit knapp 
unter 1 EUR nicht.

Ansonsten gibt es von hmm Philips? (wenn ich mich recht erinnere) 
sogenannte HiCom Triacs, die noch deutlich bessere dI/dt dU/dt Werte 
besitzen, und bis zu 1000V aushalten.


Ich habe derzeit uebrigens auch mit den 800er BTA ein aehnliches 
Problem.

Hier geht es lediglich um einen Rolladen-Motor mit recht geringer 
Leistung, allerdings handelt es sich dabei ja um einen Motor mit 2 
Wicklungen (rechts/links-lauf), und ich vermute das Problem dem ich 
unterliege hat was mit einer Induktion in die unbestromte Seite des 
Motors zu tun. Genau kann ich es aber nicht lokalisieren, ich habe noch 
kein scope angeklemmt um das Problem genauer zu untersuchen.

Geschaltet wird ueber einen MOC3020. Der hat zwar keinen Nulldetektor, 
aber da mein Problem allein beim Anklemmen der Last teilweise bereits 
einsetzt, kann das nicht der einzige Grund für meinen Fehler sein.


Die Schaltung schaut im Grunde von der Anordnung her so aus:

- Anschlussklemme
- 460V Varistor (wie auch in typischen Industrieanwendungen vorgesehen)
- Snubber aus 100 Ohm und 47nF/630V
- BTA08/800
- MOC3020 zum Ansteuern des Triac

Wie das Zeug untereinander verbunden ist, sollte ja klar sein. Klemme, 
Varistor und Snubber je parallel zu den Anoden, der MOC ist mittels 
Widerstand (560 Ohm/1W) ans Gate geschaltet, damit sowohl der MOC als 
auch das Gate eventuelle Stromspitzen überleben.


Nach unreproduzierbarer Anzahl von Schaltvorgängen setzen anscheinend 
manchmal sowas wie Überkopfzündungen des Triac ein, das äußert sich dann 
dadurch, daß der Motor auf der Wicklung mit dem nun defekten Triac 
kurzzeitig angesteuert wird. Dies resultiert in einer recht lautstarken 
und langsamen (wie bei phasenanschnitt) Bewegung des Motors in die 
entsprechende Richtung.

Die Gegenrichtung ist meist nicht davon betroffen, bisher hat es immer 
nur einen der Triacs zerlegt - niemals beide gleichzeitig.

Das Problem setzt sowohl beim häufigen Schalten ein, als auch manchmal 
beim bloßen Anklemmen des Motors.


Ich bin mittlerweile verzweifelt.
Habe die Triacs schon zu Testzwecken mittelS Buchsenleiste gesockelt...

eine andere Schaltung, welche ich auf dem Arbeitstisch leigen habe, und 
die mittels einer längeren Zuleitung an den Motor angeklemmt ist, 
funktioniert einwandfrei. Ich tippe mal, daß in dem Fall die 
Leitungsinduktifität, Kapazität und deren Widerstand eine Rolle spielen 
könnte. Ich habe aber jetzt nicht vor, in jeden Rollokasten solch eine 
lange Zuleitung einzubauen, nur um dem Problem entgegenzuwirken.

Hab jetzt noch je eine kleine Induktivität am Ausgang mit angeklemmt, 
jetzt SCHEINT es etwas besser zu sein, aber so ganz überzeugt bin ich 
noch nicht, daß es das jetzt war..


Falls noch jemand eine brauchbare rettende Idee haben sollte, nur her 
damit, ich bin für jeden Strohhalm dankbar. :(

mit Grüßen aus (dem derzeit sehr sumpfigen) Dortmund.

Berni

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
der 'murks', wie die anschaltung von drehstrommotoren hier von kennern 
und könnern der materie beschrieben wird, ist durchaus realisierte 
praxis im richtigen leben.
unser wettbewerber schaltet auf diese weise wechsel- und 
drehstrommotore, das konzept exestiert immerhin schon einige jahre, 
angetrieben werden ölpumpen, die z.t. in wasserschutzgebieten nach whg 
betrieben werden müssen.
diese sparte ist also durchaus als 'brandheiss' zu bezeichnen, dennoch 
scheint sich der 'murks' bestens bewährt zu haben.
auch wir verwenden fu-umrichter nur dann, wenn sie für geregelte 
aggregate benötigt werden, alles andere wäre reichlich versnobt und ganz 
und gar an jeder wirtschftlichen erwägung vorbeigedacht.
wir schalten unsere geräte ebenfalls mit relais, motoren bis 1,5kw, 
verwenden ausschließlich die relais von finder, deren angaben zu min. 
100.000 schaltspielen kann ich ohne weiteres unterschreiben, es ist weit 
mehr damit drin - im hinblick auf die rolladenmotoren vllt. nicht die 
schlechteste wahl.
sicherlich fehlt unseren 'fachfreunden' noch ein klein wenig praxisnahe 
und wettbewerbsgerechte erfahrung, die zu derartigen äußerungen 
hinreißen lässt, aber die sammelt sich dann im laufe des lebens noch - 
oder auch nicht.
grüssens, harry

Autor: Bernd Pissny (Gast)
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Nunja, vielleicht bin ich einfach nur ein wenig zu ergeizig.

Fakt ist, dass mit Hilfe von Halbleiterbauelementen in der Praxis 
deutlich schwierigere Lasten geschaltet und sogar gedimmt bzw 
"drehzahlgeregelt" werden (gibts das Wort eigentlich? oO) als nur 
"simple" Rollomotoren.

Das Bloße Schalten einer induktiven Last stellt ein deutlich geringeres 
Problem dar, als eine Drehzahlstellung - und selbst die aufwändigeren 
Drehzahlsteller sind erfolgreich auf Halbleiterbasis produzert worden. 
Da wird ein einfacher Schalter doch auch möglich sein.

Beim Schlten ist man nicht auf den engen Zeitrahmen angewiesen, auf den 
es ja beim Dimmen ankommt. Dadurch wird das Schalten zu einer geringeren 
Gesamtbelastung des Bauelementes.

Klar ist, daß man in der Applikation die Bedämpfung nicht außer Acht 
lassen sollte, aber sie muß sicherlich nicht so kritisch ausgelegt 
werden, wie bei einem Dimmer.


Ich glaube, wenn ich mit diesem Ansatz nicht weiterkommen sollte, werde 
ich es mal mit der Variante versuchen: Gleichrichten und auf der 
Gleichspannungsseite per IGBT oder Ähnlichem schalten.

Falls ich eine reproduzierbar sichere Methode entwickeln kann, bin ich 
auch bereit, diese in sauber dokumentierter Form im web einzupflegen, in 
der Hoffnung daß sie von Anderen gefunden und genutzt wird.



Warum in der Industrie gerne Relais eingesetzt werden:
Die sind deutlich preisgünstiger zu produzieren, als Halbleiter oder 
Leiterplatten. Und Relais zu wickeln geht einfach sauschnell.

Autor: Stefan Müller (stefan-mueller)
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@Harryup,

was für Finder Relais setzt ihr genau Ein und was für 
Spannungen/Leistungen schaltet ihr drüber? Eventuell die 40.52 Serie?
Deiner Aussage bezüglich der Lebensdauer der Relais entnehme ich daß die 
Dinger sehr Robust sind. Da Drehstrommotoren ja auch bei kleinen 
Leistungen nette Induktionsspannungen erzeugen die die Kontakte bei 
jedem Abschaltvorgang ein bischen Schädigen wären nähere Informationen 
recht interessant.

@Bernd Pissny (Gast)
Hast du über jedem Triac nen ordentlichen Snubber liegen? Ansonsten 
fetzt dir der rasante Spannungsanstieg jeden Triac ohne Probleme.
Ich habe noch eine defekte Somfy-Rollladensteuerung in der Firma 
rumliegen die überspannungsschaden hat. Die kann ich ja mal Knacken und 
schauen wie die die Schaltung des Rollladenmotors macht. Da der 
Schaltvorgang wenn ich mich recht erinnere nicht hörbar war Tippe ich 
auf Halbleiter und eher nicht Richtung Relais. Mal sehen Montag Abend 
reiß ich das Ding mal auseinander.

Mich würde die Schaltung so eines Crydom-SSR ja auch mal interessieren 
aber die lassen sich nicht in die Karten schauen, da ist soweit ich weiß 
alles Vergossen, auch wegen der hohen Spannung. Netterweise ist das 
schwarzes Epoxydharz, transparentes hatten die wohl keines mehr über die 
Spielverderber. :)

Stefan

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
wir setzen die 40.61er ein, die maximale schaltleistung beträgt 1,1 kw 
bei 230V. nach 50000 schaltspielen sehen die schon recht mitgenommen 
aus, halten aber dennoch weit über die 100000 angegebenen schaltungen, 
die sich allerdings nicht auf induktive lasten beziehen, da macht der 
hersteller schon auch einschränkungen. einer anschaltung von motoren im 
stern haben die nicht zustimmen wollen, mir war's auch zu grenzwertig, 
eben weil brennstoffe und das z.t. in wasserschutzgebieten mittels 
druckleitungen, da fühlt man sich eh schon nicht recht wohl. einer 
unserer wettbewerber macht das so, bislang haben wir nichts mitbekommen, 
aber das muss nicht heißen, das es nicht schon umweltschäden gegeben 
hat.
ich habe jedenfalls wenig lust, evtl. auf die fragen eines gutachters 
antworten zu müssen, dass aus kostengründen bei drehstrommotoren mit 
relais gearbeitet wird. es gäbe ein schweres relais von finder, mit dem 
man das schalten könnte, aber da kostet ein schütz auch nicht mehr.
gerne würde ich auf halbleiter umstellen, speziell im drehstrombereich, 
die stromüberwachung wäre auch nicht das thema, da hätte ich schon 
lösungen für, aber ich habe bedenken, dass ein triac in defektfall eine 
dauerhafte anschaltung bewirken könnte, wie kriege ich dann die pumpe 
gestoppt?
ich dachte schon an so lösungen mit 2 worst-case trennrelais, aber 
insgesamt wirkt das schon bissl elend.
grüssens, harry

Autor: eProfi (Gast)
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Geht es dem OP um eine Serie oder ein Einzelstück?

FUs gehen bei e*ay öfters mal für wenige Euro über die "Theke", das 
Preisargument zieht also nicht.

Snubber mit 100 Ohm und 33nF sind viel zu schwach.
Gehe in Richtung 22 Ohm und mindestens 100 nF.
Achte auf induktionsarme und spannungsstabile Bauteile.


Ein wichtiger Grund für die Verwendung von Relais / Schützen ist: sie 
überleben einen Blitzschlag / Überspannung viel leichter.
Und abstürzen können sie auch nicht.

Induktive Lasten schaltet man übrigens im Spannungsmaximum ein, weil 
sonst wegen der fehltenden Gegenmagnetisierung eine momentane Sättigung 
eintritt.
Suche mal nach TSR TrafoSchaltRelais.
Dort wird ebenfalls der Triak mit einem Relais überbrückt.

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