Relais Zero Cross Switching mit Leistungsrelais

Autor / Redakteur: Benjamin Miedl * / Kristin Rinortner

Die Symbiose aus Schaltungstechnik und Leistungsrelais reduziert die Einschaltströme deutlich. Der Mehrwert besteht in einer höheren Lebensdauer sowie dem Einsatz kleinerer Relais.

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Verlängerte Lebensdauer auch ohne Spritze: Durch eine intelligente Ansteuerung der Relaiskontakte im Spannungnulldurchgang, werden Einschaltströme verringert.
Verlängerte Lebensdauer auch ohne Spritze: Durch eine intelligente Ansteuerung der Relaiskontakte im Spannungnulldurchgang, werden Einschaltströme verringert.
(Bild: © Brian Jackson - Fotolia)

In modernen Gebäuden und Wohnhäusern sind LED-Lichtsysteme nicht mehr wegzudenken. Diese Beleuchtungsart stellt gegenüber konventionellen Systemen der Vergangenheit, wie z.B. Glüh,- Halogen- und Leuchtstofflampen, eine signifikante Verbesserung hinsichtlich Energieeffizienz und Konfigurationsmöglichkeiten der Lichtfarbe dar. Daraus resultieren jedoch für Schaltsysteme der Beleuchtung, explizit für Relais, erhöhte Belastungen der Schaltkontakte durch sehr hohe Einschaltströme.

Für den Betrieb benötigt das LED-Beleuchtungssystem generell eine Gleichspannungsversorgung, die entweder durch schaltbare Stecker-Netzteile oder durch eine integrierte Gleichspannungseinheit im Lampensockel Umsetzung findet. Gemeinsam ist allen, dass hierfür nach dem Gleichrichter ein Glättungskondensator eingesetzt wird. Dieser wirkt im ungeladenen Zustand beim Einschalten der Spannungsversorgung wie ein Kurzschluss.

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Dadurch können Einschaltströme von bis zu 600 A bei entsprechender Anzahl an parallel verschalteten LED-Lampen fließen. Schaltströme in diesen Bereichen reichen aus, um ein thermisches Aufschmelzen von Kontaktbereichen zu erzeugen und diese nach nur wenigen hundert Schaltspielen verhaken bzw. verkleben zu lassen. Damit ist das Relais am Ende seiner Lebensdauer.

Um den sehr hohen Einschaltströmen zu begegnen, die in einem Bereich von mehreren hundert Ampere liegen können, stehen Relaisherstellern zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen ist eine konstruktive Änderung der Kontakte realisierbar. Hierfür wird ein Wolframvorlaufkontakt verwendet, der vor dem eigentlichen Schaltkontakt den Stromkreis schließt und den Einschaltstrom bewältigen muss.

Schutzmaßnahmen für die Schaltkontakte

Der nacheilende Schaltkontakt, der aus den üblichen Kontaktmaterialien wie z.B. AgNi oder AgSnO2 besteht, schließt nachdem der Einschaltstrom auf Nennstromniveau abgeklungen ist. Dadurch wird der Kontaktwiderstand von Wolfram niederohmig geschalten. Eine weitere positive Eigenschaft des Elements Wolfram besteht in dessen thermischer Belastbarkeit, wodurch sich ein deutlich höherer Schmelzpunkt gegenüber normalen Kontaktmaterialien gewinnbringend einsetzen lässt.

Eine weit elegantere Lösung besteht darin, den Einschaltstrom in der Höhe zu begrenzen. Dafür muss nach vereinfachter sowie elementarer Betrachtung mittels des ohmschen Gesetzes I = U/R entweder die Spannung abgesenkt oder der Gesamtwiderstand der Applikation erhöht werden.

Nachdem die ohmschen Zuleitungswiderstände ebenso wie der Blindwiderstand des Kondensators nach bekannter Formel
Xc = 1 / ? C festgelegt sind, kann nur im Faktor Spannung die Lösung zu finden sein.

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