Leistungselektriker vor! Warum tilt mein Relais?

[madaum]

Ich baue gerade eine Steuerung für mein Gewächshaus. Das ganze basiert auf einem Microcontroller an dem über I2C-Bus eine Menge Sensoren hängen und als Schaltstufe Darlington-Arrays (ULN2803) die auf Finder-Koppelrelais 38.51 wirken. Es funktioniert auch alles prächtig aber es gibt eine Art Verbraucher, die mir Probleme macht: nämlich Wasserventile, mit denen ich Bewässerungsvorgänge steuern will. Die Ventile arbeiten mit einer Spule mit einem DC-Widerstand von ca. 3,8 kOhm an 230V, d.h. ca. 12Watt oder 60mA. Die Spule gibt, wenn an 230V angeschlossen, den Wasserstrom frei. Beim Einschalten kein Problem: Relais zieht an >>> Spule gibt Wasser frei. Beim Abfallen des Relais aber springen auf einmal alle meine Relais gleichzeitig an und der Microcontroller hängt sich meistens auf. Anscheinend ein Problem von "Inductive Kick" beim Trennen meiner Ventilspulen.
Frage1: was steckt genau dahinter?
Frage2: was kann man dagegen tun? Varistor?
Frage3: wenn Varistor, welche Kenndaten und wie beschaltet?

[brainzero]

Das Problem hat wohl weniger mit Leistungselektrik zu tun sondern vielmehr mit Induktionsspannungen die beim Ausschalten der Magnetspule entstehen.

Das gleiche Phänomen taucht auch bei Gleichspannungsspulen auf. Deshalb wird hier in der Regel eine in Sperrrichtung betriebene Diode am Eingang der Spule installiert.

Die Idee einen Varistor bei einem Wechselspannungsrelais zu nehmen könnte funktionieren. Es gibt bei Reichelt-Elektronik Varistoren mit 250 Volt oder 270 Volt. Die Arbeitsspannung des Varistors muss auf jedem Fall über der Versorgungsspannung des Relais liegen.
Der Varistor muss in unmittelbarer Nähe der Spule parallel angeschlossen werden.

Wie werden denn überhaupt die Wechselspannungsrelais angesteuert? Über weitere Gleichspannungsrelais ?
Hier gilt das zuvor gesagte: Eine Diode in Sperrichtung parallel zur Spule.

Wenn`s nicht hilft gib ich Dir meine Mailadresse. Einfach nochmal im Forum melden.

Vielleicht reicht auch schon ein parrallelgeschalteter Kondensator aus. Versuch doch mal einen Kondensator mit 220 nf.
Vorsicht! Bitte nur dafür geeignete Kondensatoren einsetzen. Zum Beispiel WIMA MP 3-X2. Sonst hast Du außer einer nicht funktionierenden Schaltung plötzlich kein Treibhaus mehr, weil es abgeknistert ist.
Gruß Uwe

PS:

Liebe Redaktion ein größeres Fenster zur Bearbeitung der Berichte wäre wirklich prima und eine erhebliche Erleichterung!

[madaum]

Vielen Dank für die Hinweise!

Die Schaltung funktioniert so:
I2C Porterweiterung (PCF8574) zieht einen Port Hi > ULN2803 gibt Leistungsstufe (open Collector) frei > 12V-Relais zieht an > schliesst AC-Kreis 230V mit Verbraucher X. Umgekehrt: I2C Porterweiterung zieht Port Lo ... .

Diese Schaltung funktioniert auch bestens, z.B. mit einem Heizkabel im Boden. Sie funktioniert aber nicht mit den oben beschriebenen Ventilen, bei denen eine kleine AC-Spule 230V einen Wasserstrom freigibt. Diese Ventile werden in Spülmaschinen etc. verwendet.

Ich bin hergegangen und habe einen Varistor (275 V) parallel zur Ventilspule angeschlossen - ohne Wirkung. Sollte ich einen Varistor zusätzlich parallel zum Relaiskontakt schalten? Oder muss es ein Typ mit 250V sein, weil das Relais nur 250V schalten kann?

Frage: was tut der Impuls-Kondensator? Bei Überspannung ableiten?

[brainzero]

Also,
ich bin ja nun nicht der absolute Elektronik-Profi.

Ich denke das es aber richtig ist, was ich jetzt schreibe.
Ich gehe mal davon aus das eine Wechselspannungsspule sich ähnlich verhält wie eine Gleichspannungsspule. Beim Abschalten der Versorgungsspannung und nur dann entsteht durch das zusammenbrechende Magnetfeld in der Spule eine unter Umständen sehr hohe Induktionsspannung.

Sie ist sehr hoch, hat aber in der Regel keine große Leistung. Das wird sicherlich von der Größe der Spulen abhängen aber bei deinen Spulen wird es sicherlich zu treffen.

Ein Kondensator der parallel zur Spule angeschlossen ist, lädt sich bis zur Versorgungsspannung auf. Eine ensthende induktive Spannung die ja deutlich über dem Potential der Versorgungsspannung liegt, wird im Kondensator zumindest zum großen Teil elemimiert, weil der Kondensator während der Ladephase durch seinen niedrigen ESR praktisch wie ein Kurzschluss wirkt.

Es ist aber auch durchaus möglich, dass sich diese parasitäre Spannung über das Netzteil in die Schaltung schleicht. Falls nicht schon geschehen solltest Du bei digitalen IC`s die ja bekannlich spannungsgesteuert sind und damit sehr empfindlich auf solche Impulsspitzen reagieren mit kleinen Keramikkondensatoren verblocken. Möglichst dicht am IC an den Anschlüssen der Versorgungsspannung anlöten.

Es könnte aber tatsächlich an der Funkenbildung der Kontakte liegen. die verursachen bekanntlich auch hochfrequente Störungen. Lässt sich ebenfalls mit einem Kondensator wirksam bekämpfen. Ebenfalls möglichst nah am Relais, parallel zum Kontakt.

Wenn alles nicht hilft, dann schick mir den Schaltplan per Mail zu und wenn es ein Platinen-Layout gibt ebenfalls.


Gruß Uwe

[madaum]

Ok, das macht Sinn!
> die Kondensatoren absorbieren Strom während der kritischen Ein/Aus-Vorgänge und dämpfen somit. Sie müssen natürlich die Spannung vertragen. Ich habe auch mal eine Schaltung aus dem Automobil gesehen, wo alles und jedes mit Kondensator + Varistor überbrückt war.
> die Stromversorgung meiner Schaltung ist über einen Blei/Gel-Akku gepuffert, der über ein Ladegeät (Akku-Jogger) permanent geladen wird. Ich habe auch einiges für die Spannungsstabilisierung getan. Insofern ist das Netzteil wohl nicht die Ursache (ich habe das Problem auch ohne Netz nur mit Akkuversorgung reproduziert)
> verbleibt der Relaiskontakt als Störquelle, das werde ich testen (und hier berichten).
Gruss Markus

[madaum]

Also, jetzt klappt's! Meine drei Ventile geben jetzt nacheinander die Rasen-Beregnung frei.

Ich habe Varistoren (250V, 0,25W) an 3 Stellen geschaltet:
1. vor den Relais von Phase an Nulleiter
2. parallel zu den jeweiligen Relaiskontakten
3. parallel zu den jeweiligen Ventilspulen

Interessante Beobachtung: ein grösserer Varistortyp mit 0,6W (vermutlich Mindestleistung vor Durchbruch) tut den Job nicht! Die Spuleninduktivität reicht zwar aus, um die Schaltung zu stören aber nicht, um die stärkeren Varistoren auszulösen. Insofern war Uwe's Hinweis auf den Kondensator als ausreichende Lösung vermutlich richtig. Das konnte ich aber noch nicht testen.

Danke und Gruss
Markus