Induktive Lasten am Solid State Relais

    Hallo zusammen,

    hat einer von Euch Erfahrungen mit induktiven Lasten an einem Solid State Relais und kann mir vielleicht einen Tipp geben?

    Ich möchte mit einem Microcontroller über ein SSR einen Kompressor schalten. Hierfür hatte ich mir in Fernost einen günstigen Fotek Clone gekauft. Nach dem Durchschalten des SSR hat der Kompressor jedoch keinen Mucks gemacht. Stecke ich den Kompressor ein, wenn das SSR durchgeschaltet ist, funktioniert dieser normal.
    Habe mich dann ein wenig eingelesen und insbesondere bei Relais, die bei Nullphase schalten, sollten diese speziell für induktive Lasten geeignet sein. Also habe ich mir dieses Relais bestellt: https://www.reichelt.at/at/de/shop/pro…5a_230vac-79464

    Das neue Relais ist heute gekommen - angeblich auch für induktive Lasten geeignet. Anschlossen, getestet und wieder nix. Der Kompressor schaltet nicht ein.

    Dann habe ich mal ein wenig gemessen, weiter getestet und recherchiert. Diese SSR schalten wohl in der Regel Strom und nicht Spannung und so hat der Ausgang immer auch seine 220V. Aber erst wenn der Ausgang durchgeschaltet wird, bekommen die Verbraucher auch Strom (Spannung geht dann auf 230V rauf). Es fließt im nicht geschalteten Zustand auch ein kleiner Leckstrom, denn eine Nachtlampe mit LED, die nur ein paar mA benötigt, hat wie wild geflackert, als ich sie zum Test eingesteckt habe.

    Diese Lampe reicht aber auch aus, um, parallel zum Ausgang mit dem Kompressor (über einen Mehrfachstecker), den Kompressor zum laufen zu bringen. Es ist ja ein SSR, dass beim Nulldurchlauf der Phase schaltet und meine Vermutung ist, dass in diesem Moment der Motor keinen Strom zieht und das Relais daher nicht weiter durchschaltet. Mit dem zusätzlichen Verbraucher öffnet das SSR dann komplett. Sollte ich Recht haben, ist das SSR nicht für induktive Lasten geeignet, zumindest nicht uneingeschränkt. Aber wie gesagt, das ist nur eine Vermutung.

    Ich habe auch überlegt, ob ich besser weiter gesucht und ein SSR mit Direktschaltung hätte nehmen sollen, aber wenn wenn ich nach dem Durchschalten vom SSR den Kompressor anschließe, dann läuft dieser zwar direkt an, zum Teil haut es dann aber so start zurück ins Stromnetz, dass es sogar auf den Microcontroller auswirkungen hat. Nullschaltung ist also auf jeden Fall darauf bezogen die richtige Wahl, einen Workaround mit Mehrfachstecker und zusätzlichem Verbraucher möchte ich aber nicht ...

    Was mache ich nun? Gibt es ein anderes Relais, welches Ihr empfehlen könnt? Oder soll ich parallel zum KOmpressor einen normalen ohm'schen Widerstandanschließen?

    Vielen Dank!

    73 Thorsten
    DO1TG

    Quote from DB5ZG

    Blöde Frage: Warum muß es ein SSR sein? Und nichts elektromechanisches für ein paar Euro?

    Ein Bekannter von mir (mit einem anderen Kompressor) hatte Freezer im Prozessor, wenn er ein Relais verwendet hat. Nach dem Umstieg waren diese verschwunden. Ich bin seinerzeit davon ausgegangen, dass es mit dem "Funken" zu tun hat. Durch meinen Test mit dem Einschalten vom Kompressor einmal im Nulldurchlauf und einmal direkt, konnte ich ja wie beschrieben, ebenfalls Auswirkungen feststellen. Ich kann sie zwar nicht Erklären, aber reproduzieren.

    73 Thorsten
    DO1TG

    Hallo Thorsten,

    befasse dich mal mit dem Innenleben, der Beschaltung , des Motors vom Kompressor. Es könnte sein, dass der Motor 2 Wicklungen hat, eine Hauptwicklung und eine Nebenwicklung.

    Diese kann man im Klemmbrett des Motors messen. Es kann sein, aber muss nicht sein, dass beide Wicklungen unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Sind die Werte unterschiedlich ,

    dann ist die mit dem geringeren Widerstand die Hauptwicklung. Die Hauptwicklung wird an " Null " oder N und an " Phase " L1 oder L2 oder L3 angeschlossen. Hauptwicklung an Spannung legen,

    es baut sich ein Magnetfeld auf, aber der Motor dreht nicht, es benötigt noch ein internes weiteres Magnetfeld, damit er weiß, in welche Richtung er drehen soll. Dies wird mit der Hilfswicklung erreicht.

    aber nicht bloß einfach anschließen, das Magnetfeld muss Phasenverschoben sein. Dies erreicht man mit einem Kondensator , der mit der Hilfswicklung in Reihe geschaltet ist. Also Hilfswicklung an N ,

    dann an einen Anschluss des Kondensators , der zweite Kondensatoranschluss geht an die Phase wo auch die Hauptwicklung angeschlossen ist. Weiter im Klemmkasten dürfte ein Magnetschalter sein.

    Der ist in Reihe mit dem Kondensator und der Hilfswicklung geschaltet. Das Magnetfeld der Hauptwicklung bringt dieses Relais zum Anziehen. Wenn ein Motor nicht dreht hat er ein sehr starkes Magnetfeld.

    Kann man vergleichen wie ein Kurzschluss bei einem Trafo. Wenn der Motor dreht wird das Magnetfeld geringer und das Relais fällt ab. Da der Motor aber in Drehung ist, weiß er aber auch ohne Hilfswicklung

    in welche Richtung er drehen muss.

    Nun musst du nur noch dein SSR dazu bewegen dass es über die volle Sinuskurve der Spannung auch eingeschaltet bleibt damit die Hilswicklung des Motors auch Spannung bekommt, da kann ich dir aber

    nicht weiter helfen. Ich hatte es bisher nur mit Thyristor und Triak zu tun wenn es um defekte Funktionen ging, SSR liefen eigentlich immer, oder sie hatten einen Kurzschluss.


    73 de

    Manfred , dl3arw

    Hallo Manfred,

    hab vielen Dank für die ausführliche Erklärung und die Theorie hinter dem Motor. Bei meinem Kompressor handelt es sich um ein einfaches, fertig konfektioniertes Gerät:
    https://www.amazon.de/dp/B00BNSQ16K?ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details&th=1

    Wenn es weiter hilft, dann könne ich ihn gerne - sonst würde ich erstmal alles original verschlossen lassen.

    Kompressor und SSR funktionieren ja, auch zusammen, nur eben nicht wenn der Kompressor am SSR angeschlossen ist, wenn dieser durchschaltet - zumindest nicht ohne zusätzliche (ohm'sche) Last.

    73 Thorsten
    DO1TG

    In den Rezensionen des Kompressors habe ich noch folgende, negative Rezension gefunden (ich habe es ja beim Einschalten (ohne SSR) festgestellt:

    Hauptkritikpunkt aber: Beim Ausschalten erzeugt Sie bauartbedingt einen derartigen Hochspannungsfunken (gemessene Spannungsspitzen über 1400V, die ins Hausnetz zurück gingen), dass andere elektronische Geräte, die am gleichen Stromkreis hingen (Netzwerk-Switch, Monitor, Telefon...) sich aufhingen, neu starteten etc.

    Insbesondere für meinen gedachten Einsatzzweck - als Airassist für den Lasercutter - völlig ungeeignet, da beim schalten (neben den o.g. Problemen) regelmässig das Controllerboard des Lasercutters abschmierte. Erst nach Analyse mit einem Oszilloskop an meinem Laborarbeitsplatz wurde klar, dass es der Ausschaltimpuls des Schwingkolbenkompressors ist.

    73 Thorsten
    DO1TG

    Hallo Thorsten,

    deine angegebene Spannung von 1400V entstehen über der Motorwicklung beim Ausschalten. Ursache dafür ist das abrupte Zusammenbrechen des Magnetfeldes im Motor. Am Schaltelement / Kontakt

    entsteht in diesem Zusammenhang ein sehr starker Abrissfunken . Dieser Abrissfunken bewirkt ein Erzeugen von Störimpulsen auf der Netzseite. Unterbindest du den Abrissfunken und sorgst du für eine

    Abrundung der Spannung über der Motorwicklung, dann hast du auch weniger Störstrahlung in Richtung deiner weiteren Geräte. Du kannst ein L/C Filter vor dem Schaltkontakt anbringen , so dass weniger Störimpulse in das Netz einstrahlen. Eine weitere effektive Möglichkeit ist ein X2-Kondensator. Dieser wir parallel zur Last gelegt. Dieser Kondensator hat immer die momentan anliegende Spannung. Im Ausschaltmoment führen Netz und Last das gleiche Spannungspotential , man muss nur dafür sorgen dass dieser X2-Kondensator noch etwas an Strom in Richtung Motor liefern kann, damit der Stromfluss

    langsam ausläuft. Würde sagen, bei deinem Kompressor können 2 bis 4 µF der richtige Anfangswert zum Experimentieren sein könnte.


    73 de

    Manfred , dl3arw

    Ein Varistor würde den Spannungsimpuls begrenzen und die darin enthaltene Energie in Wärme umwandeln...

    73 Andy

    Edited once, last by DH5AK (August 8, 2024 at 11:22 PM).

    Nichts für ungut, Thorsten

    aber mit Deiner Frage bist Du im falschen Forum.

    Es gibt für Dein Problem bessere Foren, die sich mit HiPower statt QRP beschäftigen.

    Ich kann Dir zwar keine konkrete Adresse nennen, weil das auch nicht mein Fach ist,

    aber probier mal in einem passenden Unterforum vom "mikrocontroller.net".

    Viel Erfolg wünscht Jürgen DL2JMB

    Hallo Thorsten und Jürgen,

    man ist schon im richtigen Forum, nur es müssen sich die richtigen Leute auch trauen sich zu melden... Andy hatte etwas mit einem Varistor vorgeschlagen... gut und schön, aber ein Varistor geht nur gegen

    die Folge an, nicht gegen die Ursache. Induktion bewirkt gleichzeitig eine Gegeninduktion. Bezogen auf eine Antenne heißt dass, dass eine Antenne empfängt, die erzeugte Spannung bewirkt einen Stromfluss in Richtung der Last. Dieser Stromfluss bewirkt in Folge der Gegeninduktion einen Stromfluss in der Antenne der nun die Antenne zum Strahlen bringt. Das heißt, eine Antenne empfängt und gleichzeitig strahlt sie in etwa maximal 50% der Empfangsleistung gleich wieder ab. Also ist eine Antenne mit einem breiten Öffnungswinkel ein guter Umsetzer.

    So oder in etwa ist es auch mit dem Motor , ich muss versuchen aus dem rechteckigen Ausschaltimpuls einen sinusförmigen Stromverlauf in Richtung Motor zu machen. Ein genügend großer Kondensator schiebt noch etwas an Strom in Richtung Motor. Bezogen auf den Abstand der Kontakte des Schalters heißt das, das eine viel kleinere Gegeninduktion eine viel kleinere Gegenspannung erzeugen kann. Es gibt so gut wie keine Funken an der Schaltstelle und damit keine Oberwellen die die anderen Geräte beeinflussen kann.

    Aber worum das SSR nicht so schaltet wie ein Relaiskontakt, bin ich immer noch überfragt. Ich kenne Thyristor mit Steuer-IC die auch im Nulldurchgang richtig schalten, aber ist eben kein SSR .

    73 de

    Manfred , dl3arw

    Moin,

    Quote from DL3ARW

    Aber worum das SSR nicht so schaltet wie ein Relaiskontakt, bin ich immer noch überfragt. Ich kenne Thyristor mit Steuer-IC die auch im Nulldurchgang richtig schalten, aber ist eben kein SSR .

    das oben verlinkte Halbleiterrelais arbeitet mit Thyristoren und die Produkte von Carlo Gavazzi sind nun schon eine höhere Liga. Neben Überspannungsschutz mit Varistor, galvanische Trennung mit Optokopplern der Ansteuerungseite finden sich alle weiteren Infos im ausführlichen Datenblatt.

    Was mir hier aber total fehlt, ist eine Beschreibung der angeschlossenen Last. Kompressor, ja, aber was für ein Motor, welche Anschlussleistung? Der minimale Laststrom beträgt 150mA, aber erfüllt der Kompressor im Anlaufmoment diese Bedingung? Eingesetzt werden auch Mehrfachsteckdosen, was sind das für Typen? Gute, mit wirklich 1.5mm² Querschnitt oder irgendwelche asiatischen Typen mit 3 feinen Litzen für einen 2kW Kompressor, die wunderbar den Anlaufstrom begrenzen (bzw. mit welchen Querschnitten ist der Kompressor mit dem Relais verdrahtet)?

    Wenn der Einschaltstrom Auswirkungen auf den Mikrocontroller hat, was bedingt durch die galvanische Trennung der Ansteuerung gar nicht sein sollte, wäre auch die Stromversorgung des Controllers interessant und wie der Controller an der Eingangsseite angeschlossen ist. Kann der Controller überhaupt den nötigen Strom für die Ansteuerung liefern? Ist das Lastrelais direkt an einem Port angeschlossen oder ist noch eine Treiberstufe dazwischen? Schwankt die Versorgungsspannung des Controllers und macht der dann mal eben einen Reset (BurnOut), d.h. Relais gleich wieder aus? Ist der Controller möglicherweise ein billiger Arduino-Clone? Dazu fehlen dann auch die Infos.

    Eine vollständige Beschreibung aller Teile inkl. der Last mit einem Verdrahtungsplan wäre da schon eine sinnvolle Sache.

    73, Tom

    Moin Thorsten,

    Solche Motoren haben einen sehr hohen Einschaltstrom, bei Kompressoren i.d.R. 5-10 fach so hoch wie der normale Strom im Betrieb:

    https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/electrical-circuit-protection/fuses/solution-center/bus-ele-tech-lib-motor-starting-currents.pdf

    Da sollte das Problem also nicht liegen, denn dieser Strom duerfte bei einem 32W Kompressor an 230V deutlich mehr als ein halbes Ampere betragen.

    Miss mal mit dem Ohmmeter den Stecker des Kompressors. Nur zur Sicherheit, nicht dass da irgendwas an Halbleitern drin ist (bei dem Preis unwahrscheinlich). Es sollten einige zig Ohm zu messen sein und damit sollte das SSR funktionieren.

    Was Abstuerze bei "Funkenbildung" angeht, das ist immer schlechte EMV beim betreffenden Geraet. Sollte man was besseres nehmen oder entstoeren. Von Metalloxyd-Varistoren rate ich hier ab, denn die sind wie ein Bankkonto. Sie koennen ueber ihre Lebensdauer eine bestimmte Menge an Joule wegbuegeln, danach sind sie verbraucht und verabschieden sich oft spektakular, wie Sylvesterknaller :)

    Begrenzer der Sorte mit Z-Dioden koennen funktionieren, muessen aber gross sein. Funken an Relaiskontakten unterdrueckt man meist mit RC Gliedern (Snubber). Der Widerstand sollte ausreichend gross sein, hier vermutlich 2W. Der Kondensator muss wechselspannungsfest sein und dafuer nimmt man meist gewickelte Varianten, keinesfalls keramische.

    73, Joerg

    Quote from DL7BJ

    das oben verlinkte Halbleiterrelais arbeitet mit Thyristoren und die Produkte von Carlo Gavazzi

    Die "Relais" arbeiten sehr zuverlässig.

    Ich hatte beim Loran Sender Sylt solch ein Bauteil zur Steuerung der Hochspannung eingesetzt. Hier wurde ein Stellmotor für den Stelltrafo mit Relaiskontakten angesteuert was regelmäßig zum Abbrand der Kontakte führte. Nach einsetzen des Halbleiterrelais war ruhe und das endgültig!

    Das gleiche später in einem Wasserwerk und auch im Abwasserwerk ersetzte ich Relais, die zur Steuerung von Drehstrom-Motoren dienten, mit Halbleiterrelais von Carlo Gavazzi. Es gab danach keine Ausfälle mehr.

    Im QRL werden mit einer "Switchbox" Netzunterbrechungen simuliert.
    Zu den Geräten gehören auch Kühlgeräte und Wärmepumpen. Die
    SSR in der Box funktionieren auch nach über zehn Jahren und tausenden
    von Schaltspielen ohne Ausfall.

    Vy 73, Roger

    Quote from DL2JMB

    Nichts für ungut, Thorsten

    aber mit Deiner Frage bist Du im falschen Forum.

    Warum ? Es ist doch eine Technische frage. In den Regeln des Forums steht nichts darüber das NUR über QRP gepostet werden darf.

    Ich mache auch kein QRP, darf ich deswegen nicht in diesem Forum sein?

    Es gibt hier viele die auch zu anderen Themen fundierte Aussagen machen können. Und das ist gut so ...

    Vielen Dank für die zahlreichen Antworten auf meine Frage. Gerne möchte ich die gestellen Fragen zum Setup beantworten.
    Bei dem Board handelt es sich um ein MKS Tinybee: https://github.com/makerbase-mks/MKS-TinyBee
    Das Board wird mit 12V über ein Mean Well Netzwetil betrieben: https://de.elv.com/p/mean-well-sc…v-85-a-P128327/
    Das SSR wird über den Ausgang HE0 angesteuert.

    Über den PWM-Pin GPIO.2 wird ein Lasermodul angesteuert: https://de.aliexpress.com/item/100500521…ayAdapt=glo2deu

    Wie ich vorab schon mal gschrieben habe, schaltet das Relais problemlos, wenn ein zusätzlicher kleiner Verbraucher parallel angeschlossen ist (warum auch immer). Also habe ich mir nochmal Gedanken gemacht, wie ich das Thema lösen kann. Und in meiner Grabbelkiste bin ich fündig geworden. Die kleine Lampe im Schalter verbraucht so viel Strom, dass der Kompressor ohne Probleme mit dem SSR geschaltet werden kann (siehe Bild).

    Schalte ich den Kompressor über das Relais (Nullphase) hatte ich bei den bisherigen Tests keine Probelme. Schalte ich bei eingeschaltetem Relais den Kompressor oder den kleinen neuen Schalter, gehen die Probleme von "der Lüfter am Laser geht an" bis hin zu "der Laser feuert kurz".

    Nun ist mein Problem durch diesen Workaround gelöst. Interessant wäre aber trotzdem zu versetehn, was dort passiert ist ;)

    Vielen Dank!

    Hallo Thorsten und Mitstreiter,

    habe mir das bisher geschriebene , besonders die Hinweise zur verwendeten Technik , mal in Ruhe zu Gemüte geführt . Das bei der Verwendung eines mechanischen Schalters Störimpulse entstehen und diese das ganze Gefüge außer Tritt bringen, ist wohl ausreichend erklärt , auch die mögliche Behebung mittels X-2 Kondensators. Das treibende Teil im Kompressor ist nicht wie ich angenommen hatte ein Motor, sondern ein Schwingkolben. Dort wird im Inneren einer Spule ein Anker mit einem Dauermagneten hin und her gezogen und geschoben. In dieser Spule tritt beim Einschalten keine Stromerhöhung auf, es bleibt bei den 32W wie auf dem Kompressor aufgedruckt. 32W , das sind bei 230Vac etwa 139mA. Dieser Strom ist wie die Spannung sinusförmig. Was sagen die Unterlagen zum verwendeten SSR . Ich bin auf eine Angabe zur Einschaltverzögerung von kleiner/gleich 12ms gestoßen, aber nicht was dies genau bedeutet, was geschieht wann wo genau. Gut, eine Sinusschwingung von 50Hz hat einen positiven und einen negativen Verlauf von je 10ms. Das Relais soll im Null-Durchgang schalten .... ich nehme mal an, das Einschaltsignal muss mehr als 12ms vor diesem Null-Durchgang anstehen, wenn nicht, dann Warten bis zum nächsten Null-Durchgang oder so. Weiter habe ich gefunden, das Relais benötigt für die richtige Funktion einen Min-Laststrom von 150mA . Dieser Wert ist aber größer als der ermittelte Spulenstrom von 139mA. Das SSR schaltet sich wegen Unterstrom aus und beginnt die Einschaltung irgendwann von neuem. Thorsten hat schon eine Zusatzlast angeschlossen mit dieser werden möglicherweise die besagten 150mA erreicht.

    Thorsten, du kannst dir ein SSR auf einer kleinen Leiterplatte selber bauen oder betreibst deine Technik weiter mit einer Zusatzlast. Unter selber bauen verstehe ich drei Widerstände, 1 Optokoppler MOC3061 und einen Triac BT137-800 . Wie es aufgebaut wird steht im Datenblatt des MOC3061 , ich verwende Motorola. Man könnte vor diesem Eigenbau noch ein 2poliges Relais aus Sicherheitsgründen setzen, ist aber eine Frage des Aufbaues insgesamt.

    73 de

    Manfred , dl3arw

    ...hhm, bei einer Glimmlampe von einer Zusatzlast zu reden... Und einen min. Laststrom von 150 mA bringt die ja natürlich auch nicht. Ich verstehs nicht, da sind Profis gefragt.

    Meine Frau ist Bauingenieur, ihr Spruch ist immer : "Elektrotechnik ist Glücksache!"

    vy 73, Arno

    Ja ja Arno,

    ich kannte ähnliche Sprüche in den 60/70er Jahren wenn es um Ökonomen und auch um Maschinenbau-Ing ging.

    Oder die Frage, wie schnell fließen denn nun die Elektronen ???? Ihre " Änderung " der Fließgeschwindigkeit erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit. Bei Gleichstrom fließen die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol , ist die physikalische Stromrichtung. Die technische Stromrichtung ist die alte Vorstellung , da fließt der Strom von Plus nach Minus. Unsere verwendeten Schaltzeichen basieren alle auf der alten Vorstellung . Eine Diode hat eine äußere Kennzeichnung, Strich oder Punkt , die die Kathode darstellt, Wechselspannung liegt an und dort wo die Pfeilspitze vom " K " hin zeigt ergibt dann die gleichgerichtete Spannung mit der Polarität von " Plus " .... Arno, deine Frau hat schon recht, ist gar nicht so einfach mit dem Strom wenn man den nicht sieht, außer er "sticht " einem mal in den Finger, dann sieht man den Brandfleck....

    Ach ja, wie schnell fließen denn nun die Elektronen? An der Nordsee im Windrad wird elektrischer Strom erzeugt, wenn es sich um Wechselstrom handelt kommen die Elektronen von der Nordsee bei mir in Thüringen nie an. Es handelt sich um Wechselstrom und dieser fließt in der Leitung nur " kurze " Wege hin und her, aber die Flußänderung erfolgt in Lichtgeschwindigkeit. Es stimmt, ist ganz schön verwirrend wo doch gesagt wird wir erhalten unseren Strom von der Küste... Arno, deine Frau soll bei ihrem Beruf bleiben, da hat sie etwas " handfestes " was man sehen und anfassen kann...

    73 de

    Manfred , dl3arw