Softstarter (inschakelstroombegrenzer) voor AC- en DC-belastingen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Inschakelstroom/inschakelpiek is de maximale momentane ingangsstroom die door een elektrisch apparaat wordt getrokken wanneer het voor het eerst wordt ingeschakeld. De inschakelstroom is veel hoger dan de stationaire stroom van de belasting en dat is de oorzaak van veel problemen, zoals het opblazen van de zekering, het uitvallen van de belasting, de verkorting van de levensduur van de belasting, vonken bij de schakelcontacten … enz. De onderstaande afbeelding toont het inschakelstroomfenomeen dat is vastgelegd op de Siglent SDS1104X-E oscilloscoop. De lange piek is duidelijk. In dit artikel heb ik geprobeerd dit probleem aan te pakken met een eenvoudige, maar effectieve oplossing. Ik heb twee circuits geïntroduceerd voor zowel AC- als DC-belastingen.

Benodigdheden

Artikel:

[1] DB107-gegevensblad:

[2] BD139-gegevensblad:

[3] DB107 schematisch symbool en PCB-voetafdruk:

[4] BD139 schematisch symbool en PCB-voetafdruk:

[5] CAD-plug-ins:

Stap 1: Inschakelstroompiek vastgelegd op de SDS1104X-E DSO (Single-Shot Mode)

AC Soft StarterFiguur-1 toont het schematische diagram van het apparaat. P1 wordt gebruikt om de 220V-AC ingang en de AAN/UIT schakelaar op het circuit aan te sluiten. C1 wordt gebruikt om de wisselspanning te verlagen. De waarde van de C1 bepaalt ook de huidige verwerkingssnelheid voor de transformatorloze voeding die door de rest van het circuit moet worden gebruikt. In deze toepassing was 470nF voldoende. R1 ontlaadt de C1 om ongewenste hoogspanningsschokken te voorkomen wanneer de gebruiker het apparaat loskoppelt van het lichtnet. R2 is een weerstand van 1W die is gebruikt om de stroom te beperken.

Stap 2: Figuur 1, Schematisch diagram van de AC Soft Starter

BR1 is een DB107-G bruggelijkrichter [1] die is gebruikt om de wisselspanning om te zetten naar gelijkstroom. C2 vermindert de rimpel en R3 ontlaadt de C2 bij uitschakelen. Het zorgt ook voor een minimale belasting om de gelijkgerichte spanning op een redelijk niveau te houden. R4 verlaagt de spanning en beperkt de stroom voor de rest van het circuit. D1 is een 15V Zenerdiode en is gebruikt om de spanning onder de 15V te beperken. C3, R5 en R6 bouwen een timernetwerk voor het relais. Het betekent dat het een vertraging maakt voor de relaisactivering. De R6-waarde is essentieel, deze mag niet te laag zijn om de spanning te veel te laten dalen en hij mag niet te hoog zijn om de responstijd van het netwerk te verkorten. 1K bood een bevredigende ontladingssnelheid voor een relatief hoge AAN/UIT-schakelsnelheid. Met mijn experimenten zorgt dit netwerk voor voldoende vertraging en reactietijd, je bent natuurlijk vrij om ze aan te passen op basis van je applicaties.

Q1 is de NPN BD139 [2] transistor om het relais te activeren/deactiveren. D2 beschermt de Q1 tegen de tegenstromen van de inductor van het relais. R7 is een serieweerstand van 5 W die de inschakelstroom beperkt. Na een korte vertraging sluit het relais de weerstand kort en het volledige vermogen is van toepassing op de belasting. De waarde van de R7 is ingesteld op 27R. U kunt het wijzigen afhankelijk van uw belasting of toepassing.

DC-softstarter Afbeelding 2 toont het schematische diagram van de DC-softstarter. Het is een eenvoudigere versie van de AC-softstarter met enkele kleine aanpassingen.

Stap 3: Afbeelding 2, schematisch diagram van de DC-softstarter

P1 wordt gebruikt om de 12V-voeding en de AAN/UIT-schakelaar op het bord aan te sluiten. R2, R3 en C2 vormen het vertragingsnetwerk voor het relais. R4 is de stroombegrenzende weerstand. Net als bij de AC-softstarter, bent u vrij om het vertragingsnetwerk en R4-waarden aan te passen voor uw specifieke belasting of toepassing.

PCB-layout Figuur 3 toont de PCB-layout van de AC-softstarter. Alle componentpakketten zijn DIP. Het bord is een enkele laag en vrij eenvoudig te bouwen.

Stap 4: Afbeelding 3, PCB-layout van de AC Soft Starter

Afbeelding 4 toont de printplaatlay-out van de DC-softstarter. Hetzelfde als hierboven, alle componentpakketten zijn DIP en het bord is een enkele laag.

Stap 5: Afbeelding 4, PCB-layout van de DC-softstarter

Voor beide ontwerpen heb ik de SamacSys-schemasymbolen en PCB-voetafdrukken gebruikt. Specifiek voor de DB107 [3] en BD139 [4]. Deze bibliotheken zijn gratis en volgen de industriële IPC-normen. Ik gebruikte Altium Designer CAD-software, dus ik gebruikte de SamacSys Altium Plugin [5] (Figuur 5).

Stap 6: Afbeelding 5, SamacSys Altium-plug-in en gebruikte componentbibliotheken

Figuur 6 toont een 3D-weergave van de AC-softstarter en figuur 7 toont een 3D-weergave van de DC-softstarter.

Stap 7: Afbeelding 6, 7: 3D-weergaven van de AC- en DC-softstarters

Montage Afbeelding 8 toont de gemonteerde AC-softstarterkaart en afbeelding 9 toont de gemonteerde DC-softstarter.

Stap 8: Afbeelding 8, 9: Geassembleerd (eerste prototype) van de DC- en AC-softstarter

Bedradingsschema Afbeelding 10 toont het bedradingsschema van de AC-softstarter en afbeelding 11 toont het bedradingsschema van de DC-softstarter.

Stap 9: Afbeelding 10, 11: Bedradingsschema's van de AC- en DC-softstarter

Stuklijst

U kunt de stuklijst in de onderstaande afbeelding bekijken: