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Author Topic: Relais, Schutzbeschaltungen  (Read 731 times)
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Hallo zusammen,

da hier immer wieder von Problemen im Zusammenhang mit Relais berichtet wird, habe ich mal die möglichen Schutzbeschaltungen für Spule und Kontakt zusammengetragen.
Wichtig ist hier vor allem der Schutz der Elektronik vor der Abschaltspannung der Relaisspule.
So eine Spule ist ein ganz 'gemeines' Bauteil, dieses will nämlich beim Abschalten den Stromfluss aufrecht erhalten und produziert dann sehr hohe, entgegengesetzt gepolte Abschaltspannungen.
Hier habe ich an 24V-Spulen mittels Speicheroszilloskop schon Abschaltspannungen von deutlich über 700V gemessen!
Durch die geringe gespeicherte Energiemenge klingt diese Abschaltspannung jedoch bei entsprechenden Vorkehrungen schnell (innerhalb einiger ms) ab.

Vielfach werden SSR (Solid-State-Relay) als 'Allheilmittel' angepriesen, jedoch sind diese nicht für alle Arten von Verbrauchern benutzbar.
Diese Art von Relais sind meist für Netzspannung ausgelegt und beinhalten die erforderlichen Schutzbeschaltungen.

Schaltskizzen für konventiolelle Relais findet Ihr im Dateianhang.

Spulenseite:
Da bei der Entstörung der Relaisspulen der Abschaltstrom durch den meist relativ hohen ohm'schen Widerstand der Relaisspule begrenzt wird und die gespeicherten Energiemengen gering sind, sind hier meist Kleinsignaldioden ausreichend.

A: Stellt die wohl gängigste Schutzbeschaltung dar. Wer sich hier was gutes tun will, nimmt eine schnelle Diode, also z.B. eine UF4001 anstelle einer 1N4001.
Es ist aber die Polarität zu beachten, sonst raucht die Diode und/oder der Treiber ab!

B: Bei dieser Art der Schutzbeschaltung ist die Polarität gleichgültig und ist somit auch für bistabile Relais, welche durch Umpolen geschaltet werden, einsetzbar.
Aufgrund der Toleranzen (üblich: +- 5%) wird man die Zenerdioden einen Normwert höher wählen als die Relaisspannung, also z.B. für ein 12V-Relais 15V-Dioden.

C: Auch mit einem Varistor (VDR) kann die Überspannung beim abschalten unschädlich gemacht werden.
Da jedoch Varistoren erst ab Betriebsspannungen von 30V (zumindest bei REICHELT) zur Verfügung stehen, wird diese Lösung erst bei Relais mit Spulenspannungen von >= 24V interessant.

Kontaktentstörung:
Auch die Kontakte müssen entstört werden, wenn man mal von Kleinsignalanwendungen wie z.B. Eingangswahlschalter in Vorverstärkern absieht.
Eine Enstörung ist ebenfalls entbehrlich, wenn es sich um rein Ohm'sche Verbraucher handelt, was aber in den wenigsten Fällen der Fall sein dürfte.

1: Klassische Entstörung mit Funkenlöschdiode, funktioniert aber nur bei Gleichspannungen und feststehender Polarität.
Die Funkenlöschdiode muss an den Verbraucher angepasst werden, bei größeren Gleichstrommotoren sind Dioden für 10A Betriebsstrom kein Luxus, evtl. muss auch über einen angepassten Widerstand der Diodenstrom begrenzt werden!

2: Entstörung mit Zenerdioden. Diese Entstörschaltung funktioniert auch mit Wechselspannungen, hier müssen dann allerdings die Zenerdioden für die Scheitelspannung (Effektivwert * 1,41) bemessen werden, also z.B. bei 24V Wechselspannung für mindestens 39V!
Da es jedoch mit zunehmender Spannung schwierig wird, passende Zenerdioden zu bekommen, wird man bei größeren Spannungen den Schaltungen 3 bis 5 den Vorzug geben.
Bei größeren Verbrauchern wird evtl. noch ein Strombegrenzungswiderstand zum Schutz der Dioden von zu hohen Strömen benötigt.

3: Entstörung mit RC-Glied parallel zum Kontakt.
Dies ist die klassische Entstörschaltung vor allem bei Wechselspannungen.
Kondensator und Widerstand müssen für den Anwendungsfall angepasst werden, hierzu gibt es im Internet Berechnungshilfen.

4: Entstörung mit RC-Glied parallel zum Verbraucher.
Hierzu gilt das unter 3 gesagte.

5: Entstörung mit VDR
Der VDR muss an den Verbraucher (Betriebsspannung und Belastbarkeit) angepasst werden, dazu sind die Datenblätter von Verbraucher und VDR heranzuziehen.


Die Entstörmittel sollten so nahe wie möglich an den Verbraucher gesetzt werden sollten, da jeder cm Zuleistung als 'Antenne' für abgestrahlte Störungen wirkt, weiterhin können sich in Kabelbündeln ausbreitende Störungen auch auf Signalleitungen einkoppeln und so Störungen verursachen.
Ebenso sollte das Relais so nah wie möglich an den Verbraucher, da sich die Relaisspulen aufgrund der geringen gespeicherten Energiemenge relativ einfach entstören lassen.
Für große Verbraucher im Netzspannungsbereich gibt es ausserdem im Handel (Reichelt, Conrad) fertige Entstörfilter, welche meiner Meinung nach selbst gebastelten Lösungen unbedingt vorzuziehen sind.

Weiterhin versorge ich meine Relais generell aus einem separaten Netzteil (meist 12V), somit sind die Relais von der eigentlichen Microcontollerschaltung schon mal durch die Treiber entkoppelt, evtl. entstehende Spannungsspitzen fängt der letzte Ladekondensator im Netzteil (oder ein in der nähe befindlicher Stützkondensator) ab.

Diese angegebenen Schaltungen sind als Anregungen für eigene Versuche zu sehen.
Jedenfalls hatte ich bis dato noch keine Probleme mit Relais.


Grüße

Martin

* Schutzschaltungen.pdf (5.01 KB - downloaded 42 times.)
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