Relaisanzugszeit messen

[Jch]

Hallöchen,

ich habe ein kleines Problem und möchte mich ein bisschen absichern.

Es geht darum, dass ich mit einem µC die Relaisanzugszeit messen muss vom Zeitpunkt der HIGH Flanke des µC Pins bis die Mechanik des Relais angezogen hat.

Das Problem an der Sache ist, dass das Relais (K0) im Nulldurchgang der 50Hz Netzfrequenz schalten muss. Dazu muss der µC die Anzugszeit wissen (lt. DaBla 7000µs). Leider schwanken die Relaisanzugszeiten stark und somit muss der Wert gemessen werden und im µC als Offsetzeit gespeichert werden und Protokolliert werden.

Da ich mit den µC nicht die 230V direkt messen will, würde ich gerne 3,3V am Relais anlegen. Somit habe ich auch kein Problem mit den 50Hz um auf irgendwelche Schaltflanken zu warten.

K1 soll ein Hilfsschütz mit 1 Schließer und 3 Öffnern werden. Wenn K1 nicht angezogen hat, steht mein Prüfling (K1) nicht unter 230V AC. Es liegen lediglich 3,3V mit Vorwiderstand an. Wenn nun der µC K0 anziehen lässt kann man die Zeit zwischen der pos. Flanke vom DO und der pos. Flanke am DI messen.

Wenn nun K1 anzieht werden gleichzeitig die 3,3V, GND und der Portpin getrennt und dann liegen die 230V am K0 an.


Ist diese Schaltung Sicherheitstechnisch so in Ordnung? Ein Hilfsschütz mit zwangsgeführten Kontakten ist natürlich Voraussetzung dafür.

Was meint Ihr dazu?

[Luftwatz]

Hallo Jch,

schon mal etwas von "Kontaktprellen" gehört ? Würde in meinem jugendlichen Leichtsinn behaupten, das Du es vergessen kannst, ein Relais exakt im Nulldurchgang zu schalten :

Viele Grüße
Luftwatz

[frickelfred56]

Was soll das werden ?

wenn es wirklich im Nulldurchgang schalten soll nimm ein Solid State Relais die gibt es als
Nulldurchgangsschalter und die Sache ist durch.

Gute Nacht

[unlock]

Hallo,
Ich behaupte mal,das das so nicht ok ist,es sei dem,Netztrennung wird nicht gefordert!Trotz allem ist das schalten induktiver Lasten zusammen mit danebenliegenden kleinspannungskreisen Kritisch!
Warum nimmst Du keinen Optokoppler?Das wäre auf jedenfall sicherer,zumal Du für die Synchronisation eh einen Bezug zur Netzflanke brauchst!

[Profipruckel]

Das Problem an der Sache ist, dass das Relais (K0) im Nulldurchgang der 50Hz Netzfrequenz schalten muss.
...
Was meint Ihr dazu?

Unfug, meine ich dazu.

Ein üblicher Nullspannungsschalter wie der MOC3083 sperrt ab spätestens 20 V das Einschalten, typisch bereits früher. Wenn ich mich nicht grob verrechnet habe, entspricht das einem Phasenwinkel kurz über 1 Grad - macht ein Toleranzfeld von etwa 60µs.

Ein Relais ist Mechanik, hat über Temperatur und Alterung ganz sicher mehr als 1% Toleranz (Deiner 7000µs). Wenn Du "Nulldurchgang" mit +/- 100 Volt definierst, mag es gehen, ansonsten: Lass' es sein!

Das kann 10 Minuten oder drei Stunden im Labor funktionieren, langfristig in realer Umgebung ganz sicher nicht.

Hallo,
Ich behaupte mal,das das so nicht ok ist,es sei dem,Netztrennung ..

Kennst Du jemanden, der diesen / Deinen Beitrag nach Deutsch übersetzen kann?

[sukram]

Unfug würde ich das nicht nennen, Eltako hat das gelöst und Patentiert:

https://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/d ... &xxxfull=1

Und verkauft fleißig diverse Relais mit dieser Technologie:

https://www.eltako.com/fileadmin/downlo ... _dtsch.pdf

[inse]

Der Prospekt legt nahe, daß es sich um eine Kombination von Halbleiter- und elektromechanischem Relais handelt.
Der Halbleiter schaltet im Nulldurchgang, das Relais dann "irgendwann" dazu, stelle ich mir vor.

[Robby_DG0ROB]

Optotriac wäre auch eine Option, wenn die Ansteuermimik galvanisch vom Netz getrennt bleiben muss. Ohne dem Zwang der Netztrennung ginge auch ein normaler Triac und eine einfache Schaltung zur Erkennung von Nulldurchgang, was im Prinzip einer 1-Bit-Quantisierung entspricht. Die Verzögerung des Relais ausmessen bringt nichts, da sich das wegen Kontaktabbrand und Alterung der Feder über die Lebensdauer ändert.

[Jch]

Danke für eure Beiträge.

Leider habe ich mich etwas ungünstig ausgedrückt. Die Schaltung von K0 steht schon und wird auch so bald in Serie gefertigt. Das Design steht und es kann nicht mehr daran gerüttelt werden. Also fällt eine Solid-State oder Halbleiterschaltung anstatt K0 aus.

K1 ist meine "Prüfschaltung". Ich muss die frisch bestückten Leiterplatten auf Funktion überprüfen und soll nun bei der Funktionsprüfung auch die Zeit mitmessen. Also suche ich nun den einfachsten/schnellsten Weg, wie ich das realisieren kann, da ich am Montag schon einen oder mehrere Vorschläge vorbringen muss.

Hallo Jch,

schon mal etwas von "Kontaktprellen" gehört ? Würde in meinem jugendlichen Leichtsinn behaupten, das Du es vergessen kannst, ein Relais exakt im Nulldurchgang zu schalten :

Viele Grüße
Luftwatz

Ich meine, dass die verbauten Relais nicht prellen und wenn doch, dann sollen diese möglichst im Nulldurchgang prellen. Dafür ist ja die Zeitmessung nunmal da. Und wie genau das im Nulldurchgang sein soll, weiß ich nicht. Dass es nicht auf +-10µs geht ist mir auch klar. Aber es sollten keine +-5ms sein.

Hallo,
Ich behaupte mal,das das so nicht ok ist,es sei dem,Netztrennung wird nicht gefordert!Trotz allem ist das schalten induktiver Lasten zusammen mit danebenliegenden kleinspannungskreisen Kritisch!
Warum nimmst Du keinen Optokoppler?Das wäre auf jedenfall sicherer,zumal Du für die Synchronisation eh einen Bezug zur Netzflanke brauchst!

Für die Funktionsprüfung ist keine Netztrennung gefordert. (auch könnte ich im N-Pfad noch einen weiteren Schließer reinbauen) Im Test läuft eh alles über einen Drehstromtrenntrafo.
Schaltungstechnisch sollte keine induktive Last neben kleinspannungskreisen geschalten sein. Ich habe das bei meinem Testaufbau so nicht drin und die Ansteuerung von K0 ist auch nicht so, wie auf meinem Schema dargestellt.
Warum ich keinen Optokoppler benutze? Der braucht ja eine gewisse Zeit, bis er nach dem Nulldurchgang anspricht. Das wäre ja wieder eine eingebaute Fehlzeit, welche mit Offset herausgerechnet werden müsste. (und vorher auch bestimmt werden). Der µC kennt den Bezug zur Netzflanke aus einem anderen (nicht gezeichnetem) Schaltungsteil. Darum muss ich mir keine Sorgen machen.


Also wie gesagt, ich habe ein Relais K0 und den µC und an dieser Schaltung kann ich nix ändern. K0 ist "nur" ein Relais, welches von einer Eingangsklemme (230V) zu einer Ausgangsklemme durchschaltet. Also kann ich extern auch was anderes als 230V anlegen, da es ja im Testfall potenzialfrei ist.
Ich brauche eine Testschaltung außen rum, dass der µC die Anzugszeit errechnen kann.

Danke

[Bastelbruder]

Die Aufgabenstellung ist wie immer in solchen Fällen so gestaltet, daß die Glaskugeln trüb werden.

7000 µs ist eine relativ unübliche Ansage für ein Kraftstromschütz, ich weiß nicht wer so was fertigt, vermutlich sind in der Doku besonders viele Nullen beschäftigt. Die alle mir bekannten "normalen" Relais, auch solche mit 16 Ampere-Kontakten, sind schneller und die Hersteller nennen BLÖDzeitungsunübliche Millisekunden als Ansprechzeit.

Dann hat ein elektromagnetisch betätigter Schalter mindestens zwei getrennt voneinander zu betrachtende Ansprechverzögerungen, die erste ist in der kombinierten Wicklungsinduktivität und ihrem ohmschen Widerstand versteckt, die zweite ist die Masse des Ankers und die magnetische Hysterese.

Nur der Strom bestimmt das Magnetfeld, das am Anker zieht. Der ohmsche Widerstand der Wicklung ändert sich mit der Temperatur im Bereich von 5%, das Relais braucht im warmen Zustand deutlich länger als beim ersten Einschalten nach längerer Pause. Wenn der Anker sich dann endlich bewegt, induziert er eine Gegen-EMK, die den Strom verringert. Das ist trotz der Hysterese (kleiner werdender Luftspalt) eine Katze die sich in den Schwanz zu beißen versucht. Die Betriebsspannung geht in gleichem Maß in die Zeit ein.

Allein der Zeitunterschied zwischen Öffnen der Ruhekontakte und Schließen der Arbeitskontakte ist vermutlich größer als die Toleranz die in der Aufgabe festgelegt wurde.

Wenn ich solch eine Zeit zu messen hätte, dann würde ich vom Plus der Spule einen Widerstand zum Arbeitskontakt führen, der Kontakt schließt die Spannung gegen Minus kurz. Am Kontakt erscheint ein Impuls, der exakt die Länge der Verzögerung zeigt und der mit dem Oszilloskop betrachtet werden sollte. Das Problem Kontaktprellen wurde schon genannt.

[ESDKittel]

>>Also kann ich extern auch was anderes als 230V anlegen, da es ja im Testfall potenzialfrei ist.
Wenn Du in Deiner Testumgebung auf die 230V verzichten kannst, dann umso besser.

>>K0 ist "nur" ein Relais, welches von einer Eingangsklemme (230V) zu einer Ausgangsklemme durchschaltet
Verzichte auf das Hilfsschütz und schalte mit K0 direkt den Portpin.
Portpin mit einem Lastwiderstand auf einen definierten (Logik)Pegel ziehen (Pull up/down) mit dem K0 auf den anderen Pegel schalten.

Im Netz geistern sicher jede menge Codeschnipsel rum einen prellenden Taster/Schalter/Kontakt sinnvoll mit einem µC einzulesen.
Interessant ist hier sicher auch die Prellzeit, um ggf. schon kurz vor dem Nulldurchgang einzuschalten.

Die schon erwähnte Drift der Schaltzeit über Temperatur/Lebensdauer bleibt weiterhin ein Thema.
Dazu vielleicht mal einen beschleunigten Dauerversuch mit einer handvoll Relais starten.

[reutron]

Der Nulldurchgang bei 50Hz dauert doch nur ca.1ms (18grad) wenn das Relais im Nulldurchgang schalten soll müsste man ja das Schaltverhalten vom Kontakt ja stetig überwachen und den Ansteuerschaltpunkt sinnvoll anpassen.... ich glaube nicht das die feste Offsetzeit auf Dauer praktikabel ist.

[Jch]

Die Aufgabenstellung ist wie immer in solchen Fällen so gestaltet, daß die Glaskugeln trüb werden.

Ich weiß leider nicht, welche Infos ich vergessen habe pries zu geben. Bitte um Fragen, wenn Infos fehlen.

Die Betriebsspannung geht in gleichem Maß in die Zeit ein.

Immer 12V oder 24V DC (ich habe den genauen Schaltplan gerade nicht im Kopf.)

ich vom Plus der Spule einen Widerstand zum Arbeitskontakt führen, der Kontakt schließt die Spannung gegen Minus kurz. Am Kontakt erscheint ein Impuls, der exakt die Länge der Verzögerung zeigt und der mit dem Oszilloskop betrachtet werden sollte.

Das ist doch genau das, was ich mit meiner Schaltung auch mache, außer dass ich nicht die 12V von der Spule abgreifen will, sondern nur 3,3V anlege.

Ich sollte vielleicht noch erwähnen, dass ich während des Funktionstest auch 230V anlegen muss und deswegen eine Verpolungssichere Schaltung brauche. Also ich muss entweder die Anzugszeit messen (3,3V) oder 230V durchschalten. Und ich möchte mich nicht auf einen Software-Handshake zwischen µC und Testsystem verlassen, sondern es auch Schaltungstechnisch so lösen, dass ich nix kaputt machen kann

Darum habe ich mir diese Schützschaltung ausgedacht, welche mit zwangsgeführten Kontakten arbeitet. Das Schütz kann ja lange Zeit bevor ich die Relaiszeit messen will schon anziehen und eine lange Zeit später wieder abfallen. Ich will ja das Schütz nicht messen, das ist ja nur eine hinzugefügte Hilfsschaltung.

Kontaktprellen müssen wir dann eben beobachten. Das Thema mit der Thermo/Zeitabweichung muss ich zwar mal ansprechen, aber ich glaube das muss wohl oder übel so hingenommen werden. Da wird sich vermutlich nichts ändern.

verzichte auf das Hilfsschütz und schalte mit K0 direkt den Portpin. Portpin mit einem Lastwiderstand auf einen definierten (Logik)Pegel ziehen (Pull up/down) mit dem K0 auf den anderen Pegel schalten.

So ist ja meine Schaltung schon gedacht. Nur das ich mit dem Schütz verhindern will, dass es nicht möglich ist, die 230V auf den µC zu jagen.

Der Nulldurchgang bei 50Hz dauert doch nur ca.1ms (18grad) wenn das Relais im Nulldurchgang schalten soll müsste man ja das Schaltverhalten vom Kontakt ja stetig überwachen und den Ansteuerschaltpunkt sinnvoll anpassen.... ich glaube nicht das die feste Offsetzeit auf Dauer praktikabel ist.

Laut Vorgängerserie ist das Schaltverhalten sehr stabil geblieben. (angeblich, ich habe leider keine aussagekräftigen Infos dazu)

[Profipruckel]

Der Nulldurchgang bei 50Hz dauert doch nur ca.1ms (18grad)

Damit bin ich nun garnicht einverstanden: Der Nulldurchgang dauert natürlich Null Millisekunden, bei 60µs sind es schon 6 Volt.

Bei 18 Grad hast Du schon 100 Volt. Ich habe hier mal einen halben Sinus (10ms) in eine Tabellenkalkulation gepackt und als Graphen dargestellt:



http://www.fingers-welt.de/imghost/up/20180818_2124__84-134-13-252_Sinus.pdf

wenn das Relais im Nulldurchgang schalten soll müsste man ja das Schaltverhalten vom Kontakt ja stetig überwachen und den Ansteuerschaltpunkt sinnvoll anpassen.... ich glaube nicht dass die feste Offsetzeit auf Dauer praktikabel ist.

Genau, vor jedem Schaltvorgang messen - das ist keinesfalls praktikabel.

[Finger]

Das klingt so, als wärest du Werksstudent oder so und das Projekt muß fertig. Ich halte das auch für eine... nun ja... wenig dauerhafte Lösung. Aber wenn die ersten Probleme auftauchen ist man meistens schon weit weg