Elektronisches Relais ER 40 - 24DC - 300DC

Elektronisches Relais ER 40 - 24DC - 300DC - A02
für Bremsensteuerung bei der Pitchregelung
E 11722 DD
01 / 2007
Funktionsbeschreibung
Das elektronische Relais ist für die Ansteuerung einer magnetischen Bremse
vorgesehen.
Durch den Einsatz des Relais wird ein funkenfreies Schalten bei gleichzeitig schneller
Abschaltzeit realisiert. Das Verhalten wird erreicht durch eine der Induktivität der
Spule angepasste Beschaltung im Relais zur Ableitung der magnetischen Energie
und durch eine spannungsfeste Dimensionierung der Schaltung.
Eine magnetische Bremse zeichnet sich durch einen hohen induktiven Widerstand aus. Dieses muß bei der Auslegung berücksichtigt werden. Beim Ein- und
Abschalten der Spannung folgt der fließende Strom nicht momentan, sondern,
aufgrund dessen, dass das Magnetfeld in der Bremse auf- und abgebaut werden
muß, gemäß einer e-Funktion. Das Magnetfeld hat eine bestimmte
Energie 1 L • I2 gespeichert (L = Induktivität in H, I = Strom in A).
2
Bei der Konstruktion des Relais ist besonderes Augenmerk auf den Abschaltprozeß zu legen, da die magn. Energie „kontrolliert“ abgebaut werden muß. Das wird
realisiert durch einen Stromableitwiderstand im Relais.
Beim Abschalten gilt: I(t) = I0 • e
Strom abfällt.
-t
τ
die Zeitkonstante τ sagt aus, wie schnell der
Sie wird bestimmt durch die Induktivität, durch den ohmschen Widerstand der Bremsspule, durch den angeschlossenen Stromableitwiderstand und durch Eisenverluste im Bremsenjoch. Der noch fließende Strom I(t) hat zur Folge,
dass die Bremse verzögert abfällt. Außerdem entsteht eine Spannung am Stromableitwiderstand. Durch Wahl dieses
Widerstandes im Relais kann man die Abfallzeit beeinflussen. Er darf nicht zu klein sein, weil sonst I(t) zu langsam
abfällt und das Bremsenjoch zu lange angezogen bleibt. Ist der Stromableitwiderstand zu groß, ist die Abfallzeit klein
aber es entsteht eine zu hohe Spannung, die das Relais und andere Komponenten in Mitleidenschaft ziehen kann.
Ein- und Ausgänge des Relais
Zwei Schaltausgänge für Status und Fehler und drei Leuchtdioden für Status, Fehler und Versorgungsspannung gestatten die Funktionsüberwachung des Relais durch die Steuerung und den Bediener vor Ort.
Logik der Schaltausgänge:
Statusausgang: Kontakt geschlossen wenn:
Fehlerausgang: Kontakt geschlossen wenn:
Schalteingang aktiv
1. Schalteingang aktiv Spulenanschluss keine Spannung.
2. Schalteingang inaktiv Spulenanschluss führt Spannung.
Die Schaltausgänge, die Versorgung und der Schalteingang sind vom Bremsspulenstromkreis durch galvanische
Trennung entkoppelt.
Die Eingang für die Spannungsversorgung der Bremsspule ist verpolungssicher und der Bremsspulenanschluss ist
kurzschlusssicher ausgeführt.
Für den Betrieb des Relais ist eine Versorgungsspannung von 24 VDC erforderlich.
Das elektronische Relais ist für die Montage auf einer Hutschiene vorgesehen.
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Elektronisches Relais für Bremsensteuerung bei der Pitchregelung
Blockschaltbild
Schaltelektronik
SpulenVersorgung
GND/PE 1
2 GND/PE
270 VDC 3
4 270 VDC
0V
5
Spulenanschluß
Zur
Bremse
6 0V
Steuerelektronik
24 VDC 7
grün
Power LED
9
grün
Status LED
rot
Fehler LED
Steuerschaltungs- nom.
Versorgung
GND
Schalteingang
24 VDC 11
GND
8
13
Statusausgang
10
12
Fehlerausgang
Zur
Pitchregelung
14
Schutzschaltungen
Überspannungsschutz
Der Überspannungsschutz wird durch zwei Maßnahmen realisiert:
1. Weiches Abschalten des Transistors durch abgestimmte Dimensionierung der RC Glieder im Schaltstromkreis.
Damit entstehen keine unbeherrschbaren Schaltspitzen.
2. Freilaufschaltung bestehend aus der Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes (>Stromableitwider
stand).
Der Widerstand ist an die Spuleninduktivität angepasst. Damit wird eine optimale Ableitung der im Magnetfeld
gespeicherten Energie über den Widerstand erreicht. Die Diode verhindert einen Strom durch den Widerstand
während der Einschaltzeit.
1 L • I2 (L = Induktivität in H; I = Strom in A).
Die magnetische Energie ist
2
In unserem Fall bei einer Induktivität von 2839H und einem Strom von 0,27 A ist die gespeicherte magnetische
Energie im Bremsmagnet etwa 103 Ws.
Der Stromableitwiderstand ist mit 2 kOhm ausgelegt. Mit dieser Dimensionierung erreichen wir Schaltzeiten von ca.
0,1 s bei einer maximalen Rückschlagspannung von ca. 400 V. Der Abschaltvorgang ist in den folgenden Diagrammen dargestellt. Es werden die Grenzwerte des Relais (siehe Aufstellung Grenzwerte) nicht annähernd erreicht,
so dass eine gute Sicherheitsreserve vorhanden ist. Ein Einsatz von Freilaufdioden oder Varistoren direkt an der
Motorbremse ist nicht erforderlich.
Einstellung:
100 V/cm
20 ms/cm
UB = 290 V
URück = 360 V
tab = 70 ms
(Anm.: Durch die plötzliche Verkleinerung der
Induktivität beim Abfallen des Jochs nach ca. 70
ms entsteht eine zusätzliche kleine Spannungsspitze)
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Elektronisches Relais für Bremsensteuerung bei der Pitchregelung
Überstromsicherung
Damit ein Defekt im Stromkreis der Bremse nicht zur Zerstörung des Relais führt, wird eine Schutzschaltung eingesetzt, die bei unzulässigen Überströmen das Relais abschaltet. Eine einfache Strombegrenzung ist nicht möglich,
da dann das Relais die Leistung der Spule übernehmen muss und damit sehr aufwändige Kühlmaßnahmen für den
Schalttransistor notwendig werden.
Der Ansprechstrom der Überstromsicherung wird auf 0,5 A festgelegt.
Das Rückstellen der Sicherung kann durch Aus- und Einschalten der Schaltspannung am Schalteingang erfolgen.
Verpolungsschutz
Ein Verpolungsschutz ist bei der Spulenversorgung, der Versorgungsspannung für die Steuerschaltung und dem Schalteingang vorgesehen. Status und Fehlerausgang sind nur Schaltkontakte die keinen Verpolungsschutz benötigen.
Der Verpolungsschutz wird in allen Fällen durch die Reihenschaltung mit einer Diode realisiert.
Betriebsspezifikationen
■ Bremsspulenversorgung:
Spannung:
Strom:
■ Bremsspulenanschluß:
Rückschlagspannung max.:
(Nur für induktive Last!)
Schaltzeit:
■ Steuerschaltungsversorgung:
Spannung:
Strom:
(Verpolungssicher)
0 - 300 VDC
0 - 500 mA
750 VDC
< 0,5 sec.
21 - 32 VDC
< 50 mA
■ Schalteingang:
Spannung „Ein“:
Spannung „Aus“:
Strom:
(Verpolungssicher)
■ Steuerrelaisausgänge:
Belastung maximal:
18 - 28 VDC
≤ 5 VDC
< 10 mA bei 24 VDC
0,5 A bei 32 VDC
0,5 A bei 60 VAC
■ Umgebungstemperatur (Betrieb): -20 °C ... 60 °C
Maße in mm
37.5
1
3
5
7
45
9
11 13
75
Power Status Fehler
LED
LED
LED
7.5
Anschlussdaten Gehäuse
Anschlussart Schraubanschluss
Abisolierlänge 8 mm
Schraubengewinde M3
Leiterquerschnitt starr min. 0,2 mm2
Leiterquerschnitt starr max. 4 mm2
Leiterquerschnitt flexibel min. 0,2 mm2
Leiterquerschnitt flexibel max. 2,5 mm2
Allgemeine Daten Gehäuse
Klassifiziert nach UL 94 (USA):
Schwer entflammbarer Thermoplastkunststoff
Polycarbonat faserverstärkt PC-F: Brennbarkeitsklasse V0 (Klarsichthaube Polycarbonat PC: V2)
2
4
6
8
10 12 14
Länge 75 mm
Breite 37,5 mm
Höhe 52,5 mm
Prüfspannung Eingang/Ausgang 3,5 kV AC
Einbaulage beliebig
Montagehinweis: anreihbar ohne Abstand
Sonstige Normen/Bestimmungen DIN VDE 0110
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