Brochure

ESG 8.55
Schalten von Transformatoren
Extrem hohe Stromstösse treten normalerweise bei
Transformatoren auf, insbesonders bei solchen, die zur
Sättigung neigen. Diese Möglichkeit kann durch das
Merkmal des Nullspannungs-Einschaltens von SSRs
noch verstärkt werden und könnte besondere Vorkeh-
rungen erforderlich machen.
Beim direkten Einschalten ist der Transformatorstrom
im wesentlichen gleich Null, während die höchste Spitze
in der Regel innerhalb einer Halbperiode auftritt, was
abhängig ist vom Phasenwinkel der Leitung, vom Lei-
stungsfaktor der Last und vom magnetischen Zustand
des Kerns. Wird das SSR beim idealen Phasenwinkel
erregt (diktiert durch den Leistungsfaktor), wird eine
maximale Gegen-EMK erzeugt, die dazu tendiert, dem
Magnetisierungsstrom entgegenzuwirken, um dadurch
den Stromstoss zu verringern oder auszuschalten.
Wenn das Einschalten jedoch bei oder annähernd der
Null-Spannung erfolgt, wird die Gegen-EMK verringert,
was eine Zunahme des Magnetisierungsstroms ermög-
licht, der noch durch den Restmagnetismus im Kern
verstärkt werden kann. Dieser ist fast immer vorhanden
ist, da ferromagnetisches Material die natürliche Ten-
denz hat, beim Abschalten magnetisiert zu bleiben.
Wird zum Schalten von Transformatorlasten ein SSR mit
zufälliger Einschaltung verwendet, wird die Wahrschein-
lichkeit der Sättigung des Transformatorkerns stark
verringert.
Schalten
Um mit einem SSR dynamische Lasten wie Motoren und
Magnetventile usw. zu schalten, sind einige Dinge zu
beachten. Es wird ein hoher anfänglicher Stossstrom
gezogen, da die stationäre Impedanz in der Regel sehr
niedrig ist. Beispielsweise wird ein Magnetkern nach
dem anfänglichen Stromstoss ansprechen und bei
einem viel niedrigeren stationären Strom «abdichten»,
möglicherweise durch einen Abfall auf weniger als 25 %.
Bei Motoren kann die Stromänderung vom Stillstand
zum Laufen sogar noch grösser sein, in Abhängigkeit
vom Typ kann möglicherweise ein Abfall auf weniger als
20 % erfolgen.
Wenn der Läufer eines Motors rotiert, entwickelt er eine
Gegen-EMK, die den Stromfluss verringert. Diese
gleiche Gegen-EMK kann sich auch zur angelegten
Netzspannung addieren und während des Abschaltens
zu «Überspannungs-Bedingungen» führen. Mechani-
sche Belastungen mit einem hohen Anlassmoment oder
einer hohen Trägheit, wie Lüfter und Schwungräder,
verlängern natürlich die Dauer des Anlauf-Stromstosses,
was bei der Auswahl des ansteuernden SSRs berück-
sichtigt werden sollte. Wenn die mechanische Last nicht
bekannt ist (z.B. bei einem Elektrowerkzeug), sollten die
Bedingungen des schlimmsten Falls zu Grunde gelegt
werden.
Die Einschaltstossstrom-Charakteristik von Wolframfa-
denlampen (Glühlampen) ähnelt in gewisser Weise der
Stossstrom-Charakteristik der Thyristoren, die im Aus-
gang von AC-SSRs eingesetzt werden, wodurch sie ein
gutes Gegenstück bilden. Auf Grund des typ. Zehnfa-
chen des Nennstromes, wenn man vom Kaltzustand
ausgeht, können viele SSRs Lampen mit Stromdaten
schalten, die den eigenen stationären Nenndaten nahe
kommen. Einige Lampen haben sogar einen höheren
momentanen Einschaltstossstrom. Das kommt in der
Praxis allerdings nur selten vor, da bei höheren Strömen
Leitungs- und Quellenimpedanz und die Induktivität des
Glühfadens signifikanter werden, was wiederum dazu
führt, den Spitzenstrom zu begrenzen. Im Allgemeinen
wird die Angabe des Zehnfachen Laststroms als ein
sicherer Wert für Lampen betrachtet.
Schutzmassnahmen
Elektromagnetische Verträglichkeit
Eine elektromagnetische Beeinflussung (EMV) bewirkt
im Allgemeinen keinen sprunghaften Vollausfall von
SSRs. Einige der Methoden, die zur EMV-Senkung in
Koppler- und Treiberschaltungen eingesetzt werden,
sind auch gegen falsches Triggern wirksam, das durch
Spannungssprünge auf den Eingangsleitungen verur-
sacht wird. Wenn beispielsweise ein Kondensator
hinzugefügt wird, kann die Ansprechzeit, die bei einem
AC-SSR nicht von kritischer Bedeutung ist, verlängert
werden. Möglicherweise von einigen Mikrosekunden
auf Zehntel Millisekunden. Auf Grund dieser Verzöge-
rung werden Spannungssprünge oder -stösse von
kürzerer Dauer zurückgewiesen, wodurch sich die EMV
verbessert.
Die meisten AC-SSRs nutzen in ihren Treiber- und
Ausgangsschaltungen Thyristoren, die auf Grund ihres
rückkoppelnden Charakters für eine ganze Halbperiode
durchschalten können, wenn sie durch einen kurzen
Spannungssprung getriggert werden, so dass sie als
Impulsdehner wirken. Abgesehen davon, dass ein
Thyristor auf die Amplitude des Sprungs anspricht,
kann er auch fehlgetriggert werden, wenn die Span-
nungssteilheit (du/dt) einer transienten oder angeleg-
ten Spannung bestimmte Grenzen übersteigt.
du/dt (Spannungssteilheit)
Der Ausdruck du/dt definiert eine ansteigende Span-
nung im Verhältnis zur Zeit, ausgedrückt in Volt pro
Mikrosekunden (V/μs). Wenn dieser Parameter bei
einem AC-SSR als «statische» Spannungssteilheit
Zyklen von Stossströmen von mehr als dem 30fachen
des stationären Wertes auslösen, was die Lebensdauer
ernsthaft beeinträchtigen kann.