Softstarter (Einschaltstrombegrenzer) für AC- und DC-Lasten - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Einschaltstrom/Einschaltstoß ist der maximale momentane Eingangsstrom, der von einem elektrischen Gerät beim ersten Einschalten aufgenommen wird. Der Einschaltstrom ist viel höher als der Dauerstrom der Last und dies ist die Quelle vieler Probleme wie Sicherungsdurchbrennen, Lastausfall, Verringerung der Lebensdauer der Last, Funken an den Schaltkontakten usw. Die folgende Abbildung zeigt das Einschaltstromphänomen, das bei das Oszilloskop Siglent SDS1104X-E. Die lange Spitze ist klar. In diesem Artikel habe ich versucht, dieses Problem mit einer einfachen, aber effektiven Lösung zu lösen. Ich habe zwei Schaltungen für AC- und DC-Lasten eingeführt.

Lieferungen

Artikel:

[1] DB107 Datenblatt:

[2] BD139-Datenblatt:

[3] DB107 Schaltplansymbol und PCB-Footprint:

[4] BD139 Schaltplansymbol und PCB-Footprint:

[5] CAD-Plugins:

Schritt 1: Auf dem DSO SDS1104X-E erfasste Einschaltstromspitze (Single-Shot-Modus)

AC Soft StarterAbbildung-1 zeigt das schematische Diagramm des Geräts. P1 wird verwendet, um den 220V-AC-Eingang und den EIN/AUS-Schalter mit dem Stromkreis zu verbinden. C1 wird verwendet, um die Wechselspannung zu reduzieren. Der Wert von C1 bestimmt auch die Stromverarbeitungsrate für die transformatorlose Versorgung, die vom Rest der Schaltung verwendet wird. In dieser Anwendung waren 470 nF ausreichend. R1 entlädt den C1, um ungewollte Hochspannungsschläge zu vermeiden, wenn der Benutzer das Gerät vom Netz trennt. R2 ist ein 1-W-Widerstand, der verwendet wurde, um den Strom zu begrenzen.

Schritt 2: Abbildung 1, Schematische Darstellung des AC-Softstarters

BR1 ist ein Brückengleichrichter DB107-G [1], der verwendet wurde, um die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. C2 reduziert die Welligkeit und R3 entlädt C2 beim Ausschalten. Außerdem bietet es eine minimale Last, um die gleichgerichtete Spannung auf einem vernünftigen Niveau zu halten. R4 reduziert die Spannung und begrenzt den Strom für den Rest der Schaltung. D1 ist eine 15-V-Zener-Diode und wurde verwendet, um die Spannung unter 15 V zu begrenzen. C3, R5 und R6 bilden ein Timer-Netzwerk für das Relais. Dies bedeutet, dass die Aktivierung des Relais verzögert wird. Der Wert R6 ist wichtig, er sollte nicht zu niedrig sein, um die Spannung zu stark abzusenken, und er sollte nicht zu hoch sein, um die Reaktionszeit des Netzwerks zu verkürzen. 1K lieferte eine zufriedenstellende Entladerate für eine relativ hohe EIN/AUS-Schaltgeschwindigkeit. Mit meinen Experimenten bietet dieses Netzwerk genügend Verzögerungs- und Reaktionszeit, natürlich können Sie sie basierend auf Ihren Anwendungen ändern.

Q1 ist der NPN BD139 [2] Transistor zum Aktivieren/Deaktivieren des Relais. D2 schützt Q1 vor den Rückströmen der Induktivität des Relais. R7 ist ein 5W-Reihenwiderstand, der den Einschaltstoßstrom begrenzt. Nach einer kurzen Verzögerung schließt das Relais den Widerstand kurz und die volle Leistung liegt an der Last. Der Wert von R7 wurde auf 27R gesetzt. Sie können es je nach Last oder Anwendung ändern.

DC-SoftstarterAbbildung 2 zeigt das schematische Diagramm des DC-Softstarters. Es ist eine einfachere Version des AC-Softstarters mit einigen geringfügigen Modifikationen.

Schritt 3: Abbildung 2, Schematische Darstellung des DC-Softstarters

P1 wird verwendet, um die 12V-Versorgung und den EIN/AUS-Schalter an die Platine anzuschließen. R2, R3 und C2 bilden das Verzögerungsnetzwerk für das Relais. R4 ist der Strombegrenzungswiderstand. Genau wie beim AC-Softstarter können Sie das Verzögerungsnetzwerk und die R4-Werte für Ihre spezifische Last oder Anwendung ändern.

PCB-Layout Abbildung 3 zeigt das PCB-Layout des AC-Softstarters. Alle Komponentenpakete sind DIP. Das Board ist einlagig und ziemlich einfach zu bauen.

Schritt 4: Abbildung 3, PCB-Layout des AC-Softstarters

Abbildung 4 zeigt das PCB-Layout des DC-Softstarters. Wie oben sind alle Komponentenpakete DIP und die Platine ist einlagig.

Schritt 5: Abbildung 4, PCB-Layout des DC-Softstarters

Für beide Designs habe ich die Schaltplansymbole und PCB-Footprints von SamacSys verwendet. Speziell für DB107 [3] und BD139 [4]. Diese Bibliotheken sind kostenlos und folgen industriellen IPC-Standards. Ich habe die CAD-Software Altium Designer verwendet, also das SamacSys Altium Plugin [5] (Abbildung 5).

Schritt 6: Abbildung 5, SamacSys Altium Plugin und verwendete Komponentenbibliotheken

Abbildung 6 zeigt eine 3D-Ansicht des AC-Softstarters und Abbildung 7 zeigt eine 3D-Ansicht des DC-Softstarters.

Schritt 7: Abbildung 6, 7: 3D-Ansichten der AC- und DC-Softstarter

ZusammenbauAbbildung 8 zeigt die montierte AC-Softstarterplatine und Abbildung 9 zeigt den montierten DC-Softstarter.

Schritt 8: Abbildung 8, 9: Zusammengebaut (erster Prototyp) des DC- und AC-Softstarters

SchaltplanAbbildung 10 zeigt den Schaltplan des AC-Softstarters und Abbildung 11 zeigt den Schaltplan des DC-Softstarters.

Schritt 9: Abbildung 10, 11: Schaltpläne des AC- und DC-Softstarters

Stückliste

Sie können die Stückliste im Bild unten betrachten