Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Relais, cos phi, Entstörung für Betrieb an SSR (solidstaterelay), Blindstromkompensation


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von Carypt C. (carypt)


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Hallo
ich habe einen Rex C100 Temperaturregler-klon von Firma Berm, der gibt 
12V Steuersignal für das SSR aus, funktioniert. Nur wollte ich gern 
Phasenanschnitt-gedrosselten Netzstrom damit schalten, schlecht für das 
SSR, ok. Dann denke ich mir, ich benütze das solid-state-relay SSR um 
ein normales 230v-Relais damit zu schalten. Auch schlecht für das SSR 
wegen der hohen Induktions-Spannungspitzen an der Relaisspule bei den 
Schaltvorgängen. Es ist ein Song-Chuan 841-s-2a-d-h  200-240v ac Relais, 
laut Datenblatt würde es zwischen 1,7-2,7 VA verbrauchen, es hat einen 
Cosinunswertdurchschnitt von 0,4 , laut Datenblatt mit Widerstand von 
21kOhm, ich messe aber 210kOhm bei Gleichstrom.

Frage 1:
ich hätte jetzt gerne einen Blindstrom-Kompensations-Kondensator dafür. 
ich weiß der Kosinuswert gibt mir das Verhältnis Wirkwiderstand(R) 
geteilt durch Scheinwiderstand(Z)(Z ist der Gesamtwiderstand) an. Cos 
phi= R/Z. Scheinwiderstand(Z)² = Wirkwiderstand(R)² + 
Blindwiderstand(X)². Folgende Formel(spule) ist unklar, ob: 
Scheinwiderstand(Z) oder Blindwiderstand(X) gleich w(Kreisfrequenz) mal 
L(Eigen-Induktivität) ist oder etwa beides.  Ebensolches gilt auch für 
Kapazitäten(Kondensatoren) auch hier ist die unklare Formel Z oder X = 
-1 geteilt durch( w(Kreisfrequenz) mal C(Kapazität)). Entweder ist da 
etwas doppelt oder doppelt gleich benannt, ich weiß es nicht.

Der cosinuswert phi kann auch für das Verhältnis von Wirkleistung(P) 
geteilt durch Scheinleistung(S)(Gesamtleistung) verwandt werden. 
Scheinleistung(S)² = Wirkleistung(P)² + Blindleistung(Q)². Die 
Kreisfrequenz(w) ist der Term: 2 mal Pi mal Frequenz(der 
Wechselspannungsperiode).

Grundlegend bildet "Schein-" die Hypothenuse", "Wirk-" die Ankathete und 
"Blind-" die Gegenkathete des rechtwinkligen Dreiecks zum 
Hypothenusen-Ankatheten-Winkel phi. Cosinus ist Ankathete/Hypothenuse. 
Phytagoreisch sind also Schein-,Wirk- und Blind- verknüpft durch 
Schein-²= Wirk-²+ Blind-². Der Cosinus phi (auch Leistungsfaktor 
genannt) kann mir also das Verhältnis Wirk- zu Blind- (bei Widerstand 
oder Leistung) vermitteln. 
https://www.elektrotechnik-fachwissen.de/wechselstrom/leistung-wechselstrom.php 
.

Bei Induktivitäten tun Ströme sich verspäten, bei Kapazitäten ist der 
Strom vorauseilend, jeweils bei fester Frequenz (die Einschaltvorgänge 
sind aber andersd.), weshalb die Kosinuswinkel für Spule und Kondensator 
andere Richtungen haben, bzw sich deren Blindströme 
kompensieren/gegeneinander ausgleichen lassen.

Bei der Relaisspule wird mir keine Angabe zur Scheinleistung gemacht, 
könnte ich messen (Ampere), den Widerstand mit Multimeter unter Spannung 
bestimmt nicht, den Drahtwiderstand ohne Betriebsspannung schon. Schein- 
Blind- und Wirk- könnte ich da ungefähr aufteilen. Ok. Wie messe ich den 
Wirkwiderstand der Spule ?, Spannungsteiler ?

Aber wie tue ich jetzt den Blindstrom in der Spule mit einem Kondensator 
kompensieren ? Frage vorweg: ist der Scheinwiderstand oder der 
Blindwiderstand der Spule = w mal L. Wo ist überhaupt der Wirkwiderstand 
in der Spulenimpedanz geblieben ? Dito das gleiche beim Kondensator: ist 
Z oder X =-1/w*C. wie/was rechne ich da ?

Wikipedia im Artikel "Blindwiderstand" nennt Formeln mit "Imaginärteil", 
(war das nicht wurzel von -1 ?) wo ich komplett aussteige, wie soll ich 
da rechnen? wird als mathematisch elegant bezeichnet, wow, ich fass es 
nicht ! Mir scheint man drückt sich mit dem Imaginärteil j vor der 
Ausformulierung einer überprüfbaren Formel.

Also dort steht der Widerstand bei Spule und Kondensator wird Impedanz 
genannt. Impedanz wäre dann Z, = Scheinwiderstand. Die Spulenimpedanz 
sei gleich: j mal w mal L , und das wieder gleich:  j mal X. "j" wäre 
der Imaginärteil. Und dann weiter: der Imaginärteil der Impedanz der 
Spule wäre der Blindwiderstand X(auch Induktanz genannt).
X(Blindwiderstand,Induktanz,imaginär)=w mal L. Also Kreisfrequenz(2 Pi 
mal f) mal L (Eigeninduktivität).
Heißt das jetzt (nicht imaginär ausgedrückt zum berechnen):
Z=jwL => Z= X mal wL also => Z= 2*pi*f*L * 2*pi*f*L , anders ausgedrückt 
2 mal die Blindwiderstandformel für den Gesamtwiderstand Z, was bedeuten 
würde der Wirkwiderstand R ist genauso berechnet wie der Blindwiderstand 
X. (=> cos 0,5?)

Die Formel für den Kondensator ist analog imaginär: die Impedanz(Z) des 
Kondensators Z= 1/(jwC) = -1j/(wC) = jX , auch hier sei der Imaginärteil 
(j(?)) der Blindwiderstand(X). Der Blindwiderstand(X) des Kondensators, 
auch Kapazitanz genannt ist X=-1/(2*pi*f*C) = -1/(w*C)  , soweit 
Wikipedia unter "Blindwiderstand bein sinusförmigen Signalen" in 
https://de.wikipedia.org/wiki/Blindwiderstand. Bedeutet es also hier 
doppelt gemoppelt, (den imaginären Blindwiderstand(X) in die 
Scheinimpedanzformel(Z) eingesetzt): Kondensatorimpedanz Z = 1/(jwC) => 
Z= 1/(-1/wC)*(wC) => Z=1/(-1/(2*pi*f*C)*(2*pi*f*C) ???

Wie berechnet man Wirk und Blindwiderstand von Spule/Kondensator ?? 
Haben Spule/Kondensator keine Wirkwiderstände ? keine Kosinuswinkel ?

ich bin nicht so daran interessiert die Wikipediaformeln zu verstehen 
oder zu imaginieren sondern würde gern erforderliche Bauteile berechnen. 
Konkret welchen Wechselstrom-wirk-widerstand hat ein Kondensator/Spule 
und was ist der dazugehörige Blindstromwiderstand(Induktanz/Kapazitanz), 
damit ich den Scheinwiderstand(Impedanz) berechnen kann. eben rechnen.

Für die Kompensation wollte ich die Blindströme der Spule und 
Kondensator einander fast gleich machen, sodaß sie schön hin und 
herschaukeln können, ohne das Netz zu belasten, (Gesamt-cos= ca 0,95). 
Nur wie berechne ich die ?

Bei der Blindstromkompensation soll man nicht mehr als 95% ausgleichen , 
denn sonst könnten Motoren in Selbsterregung geraten, ausserdem will man 
ja keinen perfekten Schwingkreissender/Saugkreis bauen sondern unnötige 
Verluste und Störungen vermeiden, so ich las.


Frage 2:
Und weiter, wie fange ich die Induktionsspannungsspitze beim Abschalten 
mit geeigneter Kapazität auf. Für das SSR sollte ich einen Snubber und 
einen Varistor nehmen. 
https://www.schuetze24.com/wissen/rc-glied-fuer-schuetze liefert 
Anhaltswerte . Zwischen 220nF  2200 Ohm und 120nF  620 Ohm , wobei man 
ja die Relaisspulenwerte gar nicht kennt. Die Spannungsspitze soll in 
einem gedämpften Schwingkreis ausklingen und dabei die Maximalspannung 
des SSR nicht überschreiten. Das SSR ist ein "fqfer  ssr-40 da" schaltet 
mit 3-32Vdc Wechselspannungen von 24-380Vac. Die 
Maximalspannungsverträglichkeit ist mir nicht bekannt, kein Datenblatt. 
evtl. withstand voltage 2,5kV ,?. Nicht so wichtig hier, einen 
vorsichtigen Varistor nehmen.

ich würde wohl auch zwei Netzfilter in den Verhau einbauen wollen, in 
der beigefügten Zeichnung skizziert, aber die Skizze ist auch nur für 
Butter bei die Fische.

Zumeist interessiert mich Frage 1 , weil grundlegend theoretisch. Für 
Ein-Nordung wäre ich dankbar. Vielleicht nicht nur ich. Entschuldigung 
für so viel Text, aber geht es kürzer ?

: Bearbeitet durch User
von H. H. (Gast)


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Carypt C. schrieb:
> ich habe einen Rex C100 Temperaturregler-klon von Firma Berm, der gibt
> 12V Steuersignal für das SSR aus, funktioniert. Nur wollte ich gern
> Phasenanschnitt-gedrosselten Netzstrom damit schalten, schlecht für das
> SSR, ok.

Einfach ein Random Phase SSR nehmen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Carypt C. schrieb:
> Für das SSR sollte ich einen Snubber und einen Varistor nehmen.
Schon klar, dass der "Snub"ber so wie im Schaltplan gezeichnet sicher 
nicht funktioniert?

> Und weiter, wie fange ich die Induktionsspannungsspitze beim Abschalten
> mit geeigneter Kapazität auf.
Die "Induktionsspitze" eines solch winzigen Relais bringt kein 
anständiges SSR um.

> ich hätte jetzt gerne einen Blindstrom-Kompensations-Kondensator dafür
Du machst aus nichts einen Elefanten, das sieht man auch ganz gut an der 
"Überfilterung" der letzlich ohmschen Last.

Mein Tipp: mach nur die halbe Zahl an Bauteilen rein, dann kann nur die 
Hälfte kaputtgehen.

von Michael (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Mein Tipp: mach nur die halbe Zahl an Bauteilen rein, dann kann nur die
> Hälfte kaputtgehen.

Würde ich unterschreiben und vor allem soviel Prosa in dem Beitrag - er 
tendiert zur Umständlichkeit.

Immer die einfachste Lösung aufgreifen, alles andere rächt sich früher 
oder später.

von Mario P. (mario_71950c)


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Der Leistungsfaktor von 0,4 im Datenblatt des Relais beschreibt 
vereinfacht gesagt eine der Bedingungen, unter denen das Relais seine 
elektrische Lebensdauer erreicht. Dieser Leistungsfaktor hat absolut 
nichts mit der Erregerspule des Relais zu tun.
Wenn Du Dir Spulenspannung, Spulenstrom und Spulenwiderstand anschaust 
und über das ohmsche Gesetz U=R*I vergleichst, scheint im Relais ein 
Gleichrichter zu werkeln und die Spule selbst wird dann mit 
Gleichspannung betrieben. Dazu würde auch Dein (mittels fehlerhaftem 
Meßaufbau) ermittelter Spulenwiderstand von 210kOhm passen, da bei 
Deiner Messung der Spannungsabfall am Gleichrichter nicht berücksichtigt 
und auf den Spulenwiderstand aufgeschlagen wird.
Somit ist Dein ganzes Geschwurbel um eine Blindleistungskompensation auf 
der Spulenseite des winzigen Relais für den A****.

Mario P.

von Carypt C. (carypt)


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sry habe nicht gesehen gehabt , das etwas geantwortet wurde.

Bleibe ich bei meinem Relais, es hat angenommen 2,7W bei cos 0,4. ich 
gehe davon aus die 2,7W sind die Wirkleistung. Cos Wert 0,4= 2,7W/Z => 
Z=6,75W.
6,75W²= 2,7W²+Q² => Wurzel von 6,75W²-2,7W²= Q  =>  Q= 6,18W. Also die 
Relais-Spule hat eine Wirkleistung von 2,7W, eine Blindleistung von 
6,18W, und die Gesamt-Scheinleistung von 6,75W.

ich vermute jetzt der Blindleistung einen P=UI-Zusammenhang unterstellen 
zu können. Also 6,18W=230V*I => 6,18W/230V=0,026A. Jetzt ohmsche 
U=IR-Formel => 230V=0,026A*R, 230V/0,026A= 8550,9Ohm, jetzt nehme ich an 
diese 8550 Ohm sind mein Blindwiderstand X der Relaisspule. R=X . Aus 
der Blindwiderstandsformel der Spule X=w*L  => 8550 Ohm= 2*pi*f*L  => L= 
8550/(2*pi*50)= 8550/314,15 = 27,21 Henry, die Spule hat also 27,21 
Henry , echt ? ??? ist das viel ?

Wenn ich jetzt so weitermache, die Blindleistung der Spule mit der 
Blindleistung des Kompensationskondensators verkuppele, müßte ich die 
8550 Ohm des angenommen Blindwiderstands der Spule (,der Induktanz) in 
die Kapazitanz des Kondensators umwandeln, dh gleichsetzen.
Q=8550 Ohm= -1/(w*C) => C=-1/(8550ohm*2*pi*50) = -0,000000372 Farad = 
372nF. Die Relaisspule bräuchte also einen Kompensations-Kondensator von 
0,3µF.

Aber ich weiß ja gar nicht welchen Wirkwiderstand der Kondensator hat. 
ich weiß nur welche Blindleistung er aufnehmen soll, also welchen 
Blindwiderstand (Kapazitanz) er haben sollte.

Welche Cosinuswerte haben denn Kondensatoren so im allgemeinen, für 
gewöhnlich ? an schönen Sonntagen

: Bearbeitet durch User
von Carypt C. (carypt)


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oh jeh

von Carypt C. (carypt)


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Ja  stimmt der Snubber ist falsch, er müßte über den Relaiskontakten 
anliegen, ähnlich dem Kompensationskondensator. Und ich glaube auch, daß 
die Netzdrosseln wohl zu viele sind, aber es soll ja nichts kaputtgehen 
bei dem bösen Phasenanschnitt. Die anleitung zum Berm Rex-C100 bittet 
sich schon Netzentstörfilter aus. Man will sich die Bastelei ja nicht 
gefährden. ich gehe mal davon aus, daß es als zu narrensicher angesehen 
wird und nicht als gefährlich. danke.

von Mani W. (e-doc)


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carypt!

Machst Du den anderen Teil Deines Lebens auch so kompliziert?

Carypt C. schrieb:
> Man will sich die Bastelei ja nicht
> gefährden. ich gehe mal davon aus, daß es als zu narrensicher angesehen
> wird und nicht als gefährlich. danke.

Mach nur!

von Zweiwattmist (Gast)


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Carypt C. schrieb:
> oh jeh

Dein erster sinnvoller Roman!

von Carypt C. (carypt)


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Ja, ähh, hust, danke.

Leider weiß ich nicht ob ich mit meiner Spulen- und 
Kondensator-berechnung überhaupt richtig liege. Mal davon abgesehen, daß 
mein Relais einen Gleichrichter eingebaut haben könnte (danke für den 
Hinweis), könnte man ja auch ein anderes magnetisches Bauteil, zb aus 
der Waschmaschine, Ventil oder Pumpe oder einen Transformator ansteuern 
wollen. Es geht mir darum mit dem tollen SSR überhaupt irgendwas 
richtiges Schalten zu können.

Im FRAKO Handbuch der Blindleistungskompensation von Peter Riese 
https://www.ehrlich-kg.de/pdf/FRAKO_handbuch_blk.pdf wird einmal die 
fast gänzliche Wirkleistungsfreiheit der vorzüglichen 
FRAKO-Kondensatoren mit einem  Verlust von weniger als 0,05% genannt. 
Also fast gänzlich Kapazitanz, Blindstrom pur. Ein Verlust von 0,05% 
bedeutet hier die Wirkleistung des Kondensators ist 0,05% der 
Scheinleistung. Welcher cos phi wäre das ?

Z²=P²+Q²  und cos phi=P/Z  und 0,05*Z= Verlust der Leistung am 
Kondensator = P.
=> 0,05*Z=P  oder Z=P/0.05
einsetzen in Z²=P²+Q²  => (P/0,05)²=(0,05*Z)²+Q²
=> ((0,05*Z)/0,05)²=(0,05*Z)²+Q²
=> ((0,05*Z)/0,05)²-(0,05*Z)²=Q²
=> 1*Z² - 0,0025*Z² = Q²
=> 0,9975*Z²= Q²
=> 0,99874*Z=Q

Das heißt die Scheingesamtleistung Z mal 0,99874 ist die 
Blindstromleistung Q des Kondensators, bedeutet 0,05% Verlust an der 
Scheinleistung.
0,05*Z=P(=Wirkleistung)  und 0,99874*Z=Q(=Blindleistung).
P/Z=0,05= cos 87,134°     und Q/Z=0,99874= sin 87,134°.

Aber der Cosinuns phi, also der Leistungsfaktor des Kondensators der 
Firma FRAKO ist 0,05. Denn P/Z=0,05*Z/Z sind einfach 0.05.

von H. H. (Gast)


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Carypt C. schrieb:
> 0,99874

In nichts zeigt sich der Mangel an mathematischer Bildung mehr als in 
einer übertrieben genauen Rechnung.

Carl Friedrich Gauß

(1777 - 1855), deutscher Mathematiker, Astronom und Physiker

von Mani W. (e-doc)


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Carypt C. schrieb:
> Z²=P²+Q²  und cos phi=P/Z  und 0,05*Z= Verlust der Leistung am
> Kondensator = P.
> => 0,05*Z=P  oder Z=P/0.05
> einsetzen in Z²=P²+Q²  => (P/0,05)²=(0,05*Z)²+Q²
> => ((0,05*Z)/0,05)²=(0,05*Z)²+Q²
> => ((0,05*Z)/0,05)²-(0,05*Z)²=Q²
> => 1*Z² - 0,0025*Z² = Q²
> => 0,9975*Z²= Q²
> => 0,99874*Z=Q

Praxis hast Du nicht, sonst würdest Du nicht so anfahren...

H. H. schrieb:
> In nichts zeigt sich der Mangel an mathematischer Bildung mehr als in
> einer übertrieben genauen Rechnung.

Manche rechnen alles aus auf 4 Kommastellen, haben allerdings keine
Ahnung von Normbauteilen und Toleranzen, die oft im 20 % Bereich
liegen...

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