Lichtbogenspannung an den Relaiskontakten bei abgeschalteter Last

Die Kontakte des Relais (nicht die Spule des Relais) sind mit dem Wasserkocher (2kW) und der Wechselstromsteckdose (220V, 50Hz) in Reihe geschaltet. Plötzlich stoppt das Relais seinen Betrieb aufgrund des Lichtbogens, der kontinuierlich bei der Kommutierung eines elektrischen Hochleistungsgeräts auftritt.

Die Frage folgt. Was ist ungefähr die Spannung (EMF), die an den Kommutierungskontakten des Relais erscheint?

Außerdem finden Sie hier das Datenblatt für das Relais .

PS Mein Kollege sagt mir, dass Draht keine Induktivität hat, aber ich bin nicht einverstanden. Der Draht hat eine Länge von 5 m, daher ist die ungefähre Induktivität gleich L = 8444 nH, dann U = L * dI / dt. dI und dt sind unbekannt und ich kann mir nicht einmal ungefähre Werte vorstellen.

PS Wenn jemand die Messung für eine solche Situation mit einem Oszilloskop durchgeführt hat, teilen Sie bitte Ihre Ergebnisse mit!

ungefähr 220 V
Wenn Sie sich Sorgen um die Drahtinduktivität machen, müssen Sie den maximalen Strom im System kennen. Unter der Annahme einer ohmschen Last von 2 kW können Sie den Spitzenstrom von 220 VAC (RMS) berechnen . Das Öffnen des Relais erfolgt im Millisekunden-Zeitbereich. Ihre Induktivitätsberechnung (zu viele Sig. Abb.!) Scheint jedoch die Tatsache nicht zu berücksichtigen, dass Wechselstromleitungen normalerweise sehr nahe beieinander liegen und einen Gesamtstrom von Null führen.
Ich bin mir nicht sicher, ob "das Öffnen des Relais im Millisekundenbereich erfolgen wird". Ich denke, es ist kürzer. Wenn Sie die EMF unter Berücksichtigung Ihrer Annahme berechnen, entspricht sie 8444e-9H * (2000 W / 220 V) / 1e-6 s = 76,8 V. Glauben Sie nicht, dass sie sehr klein ist?
Eine ungefähre Induktivität für 5 m Draht wäre 8 uH, nicht etwas mit 10 signifikanten Ziffern!
Die Frage liegt nicht in der Darstellung der Zahl ;)

Antworten (2)

Wenn Sie sich Sorgen über induktive EMF machen, können wir das berechnen. Nehmen wir an, wir gehen in 1 ms von 10 A auf Null. Dies scheint ein vernünftiger Mindestzeitwert zu sein, da das Schütz mechanisch ist und das Netz sowieso nur für einen Bruchteil jeder Halbwelle auf Spitzenwert ist. Nehmen wir außerdem an, dass Ihr Wert von 8 uH korrekt ist. (Überprüfe ich nicht.)

v = L D ich D T = 8 × 10 − 6 10 10 − 3 = 8 × 10 − 2 = 80   M v

Ich denke nicht, dass du dir darüber Sorgen machen musst.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung 1. (links) Makellose Kontakte eines Relais (rechts) Die fast zerstörten Kontakte eines Relais, das fast 100.000 Zyklen lang unter Strom lief. Quelle: Wikipedia Lichtbogenunterdrückung .

Der Kontaktverschleiß kommt von der Lichtbogenbildung und der verringerten Kontaktfläche und dem Druck, wenn sich die Kontakte öffnen und schließen. Zu diesem Zeitpunkt wird zusätzliche Wärme erzeugt.

Update (nach dem vom OP bereitgestellten Datenblatt):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung 2. Auszug aus dem Datenblatt .

Das Relais ist trotz Herstellerangabe zu klein. Wie soll ich wissen? Es ging schief!

Beachten Sie, dass Sie bei 100 mΩ Kontaktwiderstand (und nicht 100 MΩ wie angegeben) bei 10 A haben P = ICH 2 R = 10 2 × 0,1 = 10   W von den Kontakten abgeleitet. Dieser Kontaktwiderstand wird mit 6 V angegeben, was wahrscheinlich der schlimmste Fall ist, aber es gibt eine Vorstellung von den Schwierigkeiten, denen das Gerät ausgesetzt ist

Zweitens, da es sich um eine Gleichstromspule handelt, nehme ich an, dass Sie sie elektronisch schalten und eine Überspannungsschutzdiode über der Spule haben. Dies verlangsamt die Freisetzung und verstärkt das Problem dramatisch.

Sagen Sie Ihrem Kollegen, dass die Induktivität hier nicht das Problem ist.

Kommentar von OP:

Jedenfalls kann ich Thansistors [sic] Beweis nicht zustimmen, da die Berechnungen den tatsächlichen Wert der Induktivität nicht berücksichtigt haben, der für den gesamten Stromkreis unbekannt ist ...

OK. Was ist die Versorgungsimpedanz? Eine schnelle Websuche brachte mich zu einer Audio-Enthusiasten-Website, Acoustica . (Diese Typen machen sich um alles Sorgen.)

Einer der Faktoren, der von den HiFi-Comics häufig übersehen wird, ist, dass das Stromnetz nicht unendlich stark ist; insbesondere kann es einen erheblichen Widerwillen zeigen, genügend Elektronen zu liefern. Manchmal entsteht der Eindruck, man könne die gesamte Leistung von Sizewell B [einem britischen Kernkraftwerk] abzapfen, wenn man ein ausreichend großes Netzkabel kauft. Natürlich in der diesjährigen Farbe....

Es ist nicht unbedingt so; es ist nicht einmal in der Nähe. IEC725:1981 modelliert das europäische Haushaltsnetz mit einer Impedanz von (0,4+j0,25) Ohm. Überraschenderweise zeigt die Messung, dass das Vereinigte Königreich mit dem Modell im Großen und Ganzen übereinstimmt oder es etwas übertrifft, bei etwa (0,25 + j0,23) Ohm. Was bedeutet das wirklich? Es ist eine Definition, die den tatsächlichen Widerstand des Verteilungsnetzes und der Verkabelung bis zur Steckdose umfasst, geschätzt auf 0,25 Ohm, plus die reaktive (j) Komponente, die Streukapazität und Induktivität der Verkabelung berücksichtigt. Die Impedanz wird von der Induktivität dominiert und entspricht in Großbritannien ungefähr 0,23 Ohm bei einer Netzversorgungsimpedanz von fast 0,5 Ohm bei 50 Hz.

Ich habe diese Zahlen nicht überprüft, aber nehmen wir an, dass die Induktivität des Netzes an Ihrer Warmwasserbereiterversorgung eine induktive Impedanz von 0,25 Ω hat. Wir können die Induktivität wie folgt berechnen:

L = X L 2 π F = 0,25 2 π 50 = 8 × 10 − 4   H

Setzen Sie diese wieder in unsere erste Gleichung ein und ignorieren Sie die 8 × 10 − 6   H der Heizungsverkabelung erhalten wir:

v = L D ich D T = 8 × 10 − 4 10 10 − 3 = 8   v

Ich denke, Sie können Ihrem Kollegen sagen, dass wir immer noch in Ordnung sind. Induktivität ist nicht das Problem.

Ich habe mich noch nie mit diesem Problem befasst, also lassen Sie es mich bitte wissen, wenn ich etwas übersehen habe.

Verknüpfungen

Es gibt einen weiteren Verweis auf IEC 725:1981 in The Influence of Source Impedance in Electrical Characterization of Solid State LOighting Sources von D. Zhao und G. Rietveld, VSL, Dutch Metrology Institute, unter Gleichung (6) auf Seite 3. Hier wird dasselbe verwendet 0,4+0,25 j Ω als Acoustica-Quelle.

Ich habe festgestellt, dass die Durchschlagsfestigkeit für Luft 20 ... 75 (kV / Zoll) beträgt. Wenn man wiederum annimmt, dass die Lichtbogenlänge 1 (mm) beträgt, beträgt die Spannung für diesen Lichtbogen 0,78 ... 2,95 (kV). Was haltet ihr von einer solchen Annahme?
@VictorSignaevskyi Du hast es falsch herum. Sie haben einen beliebigen (unbekannten) Abstand (1 mm) ausgewählt und dann berechnet, wie hoch die Spannung zur Durchschlagsluft wäre. Sie müssen mit der (bekannten) Spannung beginnen, die Sie haben, und dann die Entfernung berechnen, in der sie auf den Lichtbogen treffen könnte. Aus der Berechnung des Transistors geht hervor, dass die Gegen-EMK (80 mV) nicht das Problem ist, sodass die einzige Spannung, die an einem Lichtbogen beteiligt ist, die Versorgung ist. Angenommen, die Unterbrechung kommt genau am Höhepunkt des Zyklus, der 308 V max (220 * 1,4) ergibt. Wenn Sie Ihren Worst-Case-Wert (20 kV/Zoll) nehmen, ergibt sich eine Lichtbogenlänge von 0,015 Zoll / 0,4 mm
... an welcher Stelle der Lichtbogen erlischt.
@JImDearden Ihre Erklärung sieht korrekt aus, berücksichtigt jedoch nicht die Induktivität (unter Berücksichtigung der EMF sollten wir eine Spannung von mehr als 220 * sqrt (2) erhalten). Außerdem denke ich, dass die Induktivität viel höher ist, als ich vorher dachte. Mein Kollege sagte mir, dass wir nicht nur die Länge des Kabels berücksichtigen sollten, das durch die Steckdose, das Relais und den Wasserkocher läuft ... Wir müssen auch alle Kabel berücksichtigen, durch die Strom fließt. Ich meine, wir sollten den gesamten Draht berücksichtigen (z. B. vom Transformator zum Kunden). Ich denke, ich sollte die Induktivität in der Steckdose messen ...
Was versuchst du hier zu lösen? Versuchen Sie herauszufinden, warum ein echtes Relais nicht mehr funktioniert? Was hat aufgehört - der Anker hat aufgehört sich zu bewegen oder die Kontakte haben aufgehört zu leiten? Link zum Datenblatt für Relais?
@transistor Ja, ich versuche herauszufinden, warum das Relais nicht mehr funktioniert. Das grundlegende Problem besteht darin, dass die Relaiskontakte hängen bleiben, und ich frage mich nur, was der Grund ist. Das Datenblatt des Relais finden Sie hier .
Warum haben Sie das Datenblatt nicht in Ihre ursprüngliche Frage aufgenommen? Es handelt sich um wesentliche Informationen. Siehe Aktualisierung.
@VictorSignaevskyi Ich denke auch, dass dieses Relais für diesen Job unterbewertet ist. Sie scheinen auf Gegen-EMK fixiert zu sein, was der Transistor eindeutig gezeigt hat, ist nicht das Problem. Der Grund für den Ausfall der Kontakte liegt in dem hohen Strom, den sie leiten müssen (9 A), was zu Punktschweißungen oder "Lochfraß" (Widerstandserwärmung) auf der Kontaktoberfläche führt. Erhöhen Sie jedes Mal den Kontaktwiderstand. (siehe Kontaktbild des Transistors). Schließlich baut sich der Schaden durch eine Reihe von Wiederholungen auf und schließlich verschmelzen die Kontakte miteinander. Dies ist ein völlig normaler Fehlermodus und wird durch Ersetzen des Relais behoben.
... mit einem besseren.
Jedenfalls kann ich Thansistors Beweis nicht zustimmen, da die Berechnungen den tatsächlichen Wert der Induktivität nicht berücksichtigt haben, der für den gesamten Stromkreis unbekannt ist ... Ich kann nur dem Rat zustimmen, ein stärkeres Relais zu verwenden, da der Strom unterschätzt wurde . Aber die Frage nach dem Thema liegt nicht im Problem der Staffelauswahl.
Nun, dann akzeptieren Sie die Antwort bitte für eine Weile und sehen Sie, ob eine bessere kommt. Andere geben weniger wahrscheinlich eine Antwort, wenn Sie eine akzeptiert haben.
Siehe Aktualisierung. Noch zufrieden? Ich scheine hier die ganze Arbeit zu machen.
@transistor Vielen Dank für diese nette Klarstellung zum Thema "Induktivität in der Steckdose"! Ich kann dem zustimmen und ja, ich bin zufrieden mit der Induktivität. Aber wir haben noch einen anderen Posten im Nenner U=L*dI/dt. Stimmen Sie zu, dass das Trennen der Relaiskontakte deutlich weniger Zeit als 1 Millisekunde benötigt? Soweit ich weiß, ging die elektrische Verbindung auch nach 1 uS nach dem Trennen des Starts verloren. PS Wie wir sehen können, hat sich der EMK-Wert erheblich von 80 mV auf 8 V geändert. Wo ist also eine Garantie, dass er seinen Wert aufgrund der Zeit dt, die im Nenner steht, nicht noch mehr ändern kann ...
Es wird sich mit dt ändern , aber siehe meinen Punkt zum langsamen Abfallen des DC-Relais. Ich denke, Sie haben jetzt genug Informationen, um Ihre eigenen Berechnungen durchzuführen! ;^)

Das Relais klingt klebrig, es sei denn, Ihre Last ist sowohl induktiv als auch resistiv (drahtgewickelt). Überprüfen Sie auch die Treiberschaltung auf ordnungsgemäßen Betrieb in Bezug auf Spannung und Strom zur Spule. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Spule am Relais eine kurzgeschlossene Wicklung haben könnte.

Lichtbogenspannung an den Relaiskontakten bei abgeschalteter Last
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