Wir klicken richtig auf das Relais: Schalten starker Lasten

Hallo Geektimes!

Leistungsstarkes Lastmanagement ist ein ziemlich beliebtes Thema bei Menschen, die in irgendeiner Weise mit der Heimautomation zu tun haben, und im Allgemeinen, unabhängig von der Plattform: Ob es sich um Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One oder eine andere Plattform handelt, schalten Sie Heizungen, Kessel oder andere Geräte ein oder aus Kanallüfter müssen früher oder später.

Das traditionelle Dilemma hier ist, wie man tatsächlich pendelt. Wie viele in ihrer traurigen Erfahrung gesehen haben, haben chinesische Relais nicht die richtige Zuverlässigkeit - beim Schalten einer starken induktiven Last funken die Kontakte stark und an einem Punkt können sie einfach kleben. Ich muss zwei Relais einstellen - das zweite dient zur Sicherung der Fahrt.

Anstelle eines Relais können Sie auch ein Triac- oder Halbleiterrelais einsetzen (in einem Fall denselben Thyristor oder Polevik mit einer Logiksignalsteuerschaltung und Optokopplung), aber sie haben ein anderes Minus - sie erwärmen sich. Dementsprechend wird ein Kühler benötigt, der die Abmessungen der Struktur vergrößert.



Ich möchte über ein einfaches und ziemlich offensichtliches, aber gleichzeitig seltenes Schema sprechen, das dies kann:

• Galvanische Trennung von Eingang und Last
• Induktive Lasten ohne Stoßstrom und Spannungsspannung schalten
• Mangel an signifikanter Wärmeableitung auch bei maximaler Leistung

Aber zuerst eine kleine Illustration. In allen Fällen wurden TTI-Relais der Serien TRJ und TRIL verwendet, und ein 650-W-Staubsauger wurde als Last verwendet.

Das klassische Schema - wir verbinden den Staubsauger über ein herkömmliches Relais. Dann schließen wir das Oszilloskop an den Staubsauger an (Achtung! Entweder das Oszilloskop oder der Staubsauger - oder besser beide - müssen galvanisch von der Erde isoliert sein! Klettern Sie nicht mit Ihren Fingern und Eiern in den Salzstreuer! Scherzen Sie nicht mit 220 V!) Und schauen Sie zu.

Wir schalten es ein:



Ich musste ein Maximum der Netzspannung erreichen (der Versuch, das elektromagnetische Relais an Null zu binden, ist eine entmutigende Aufgabe: Es ist zu langsam). In beiden Richtungen flatterte es mit einem kurzen Auswurf mit fast senkrechten Fronten, Störungen flogen in alle Richtungen. Erwartet.

Ausschalten:



Der starke Spannungsverlust an der induktiven Last ist kein gutes Zeichen - der Stoß flog nach oben. Sehen Sie diese Störungen außerdem eine Millisekunde vor dem eigentlichen Herunterfahren? Dies ist die Funkenbildung von Relaiskontakten, die sich zu öffnen begannen und aufgrund derer sie einmal stecken blieben.

Bei einem „bloßen“ Relais ist das Schalten einer induktiven Last schlecht. Was machen wir Versuchen wir, eine Snubber-RC-Kette aus einem 120-Ohm-Widerstand und einem 0,15-uF-Kondensator hinzuzufügen.

Dazu gehören:



Besser, aber nicht viel. Die Veröffentlichung verlangsamte sich, blieb aber im Allgemeinen bestehen.

Ausschalten:



Das gleiche Bild. Der Müll blieb außerdem die Funkenbildung der Relaiskontakte, wenn auch stark reduziert.

Fazit: Mit einem Snubber ist es besser als ohne einen Snubber, aber es löst das Problem nicht global. Wenn Sie jedoch induktive Lasten mit einem herkömmlichen Relais schalten möchten, setzen Sie den Dämpfer ein. Die Nennwerte sollten für eine bestimmte Last ausgewählt werden, aber ein 1-W-Widerstand bei 100-120 Ohm und ein Kondensator bei 0,1 μF scheinen für diesen Fall eine vernünftige Option zu sein.

Referenzen: Agilent - Application Note 1399, „ Maximieren der Lebensdauer Ihrer Relais “. Wenn das Relais für die schlechteste Last arbeitet - einen Motor, der neben der Induktivität beim Start auch einen sehr geringen Widerstand aufweist - empfehlen die Autoren, die Passlebensdauer des Relais um das Fünffache zu verkürzen .

Und jetzt machen wir einen Ritterzug - wir kombinieren einen Triac, einen Triac-Fahrer mit Nullerkennung und Relais in einem Stromkreis.



Was ist in diesem Diagramm? Links ist der Eingang. Wenn ihm "1" zugeführt wird, wird der Kondensator C2 fast sofort über R1 und die untere Hälfte von D1 aufgeladen; Das VO1-Optorelais schaltet sich ein, wartet auf den nächsten Übergang durch Null (MOC3063 - mit integrierter Nulldetektorschaltung) und schaltet den D4-Triac ein. Die Ladung beginnt.

Der Kondensator C1 wird über eine Kette von R1 und R2 aufgeladen, was ungefähr t = RC ~ 100 ms dauert. Dies sind mehrere Perioden der Netzspannung, dh während dieser Zeit hat der Triac Zeit, sich mit einer Garantie einzuschalten. Dann öffnet sich Q1 und das Relais K1 schaltet sich ein (sowie die D2-LED, die mit einem angenehmen smaragdgrünen Licht leuchtet). Die Relaiskontakte umgehen den Triac und nehmen daher - bis zum Ausschalten - nicht an der Arbeit teil. Und es erwärmt sich nicht.

Herunterfahren - in umgekehrter Reihenfolge. Sobald am Eingang „0“ erscheint, entlädt sich C1 schnell über die Oberarme D1 und R1, das Relais schaltet ab. Der Triac bleibt jedoch etwa 100 ms lang eingeschaltet, da C2 über 100 Kiloohm R3 entladen wird. Da der Triac durch Strom offen gehalten wird, bleibt er auch nach dem Ausschalten von VO1 offen, bis der Laststrom in der nächsten Halbwelle unter den Haltestrom des Triac fällt.

Ein:



Aus:



Schön, nicht wahr? Wenn moderne Triacs verwendet werden, die gegen schnelle Änderungen von Strom und Spannung resistent sind (alle großen Hersteller haben solche Modelle - NXP, ST, Onsemi usw., die Namen beginnen mit "BTA"), wird Snubber in keiner Form benötigt.

Wenn Sie sich an die intelligenten Mitarbeiter von Agilent erinnern und sehen, wie sich der vom Motor verbrauchte Strom ändert, erhalten Sie außerdem das folgende Bild:



Der Anlaufstrom übersteigt den Arbeitsstrom um mehr als das Vierfache. In den ersten fünf Perioden - der Zeit, in der der Triac dem Relais in unserem Stromkreis voraus ist - sinkt der Strom um etwa die Hälfte, was auch die Anforderungen an das Relais erheblich verringert und dessen Lebensdauer verlängert.

Ja, die Schaltung ist komplizierter und teurer als ein herkömmliches Relais oder ein herkömmlicher Triac. Aber oft lohnt es sich.

Source: https://habr.com/ru/post/de390601/