Hoe werkt een vrijloopdiode?

Nu ik mn eigen verhaal nog es doorlees, zie ik dat de keywords "spannings piek in tegengestelde richting" zijn.
Met de realisatie dat in het geval van een spanningspiek je voor het stroom verloop de eigenlijke voeding even buiten beschouwing kunt laten. Zie ik nu wel hoe de diode er voor zorgt dat het spanningsverschil tegen elkaar weg kan vloeien.

Hoe de spanningspiek ontstaat zou ik nog wel graag willen weten.

Maar ik ga er in eerste instantie vanuit dat ik geen extra diode in mn schakeling nodig heb.

Correct me if im wrong

[edit]typo

Als er stroom door een spoel loopt, dan bevindt zich een magnetisch veld in die spoel. Dit magnetisch veld zorgt ervoor dat het relais-anker wordt aangetrokken. Als nu de spanning over de spoel weg valt, dan is er nog steeds dat magnetisch veld. Dat magneetveld begint pas af te vallen als de spanning weg is, en de natuurwetten zorgen ervoor dat bij een veranderend magnetisch veld in een spoel een spanning over die spoel wordt opgewekt. Omdat het veld afneemt, is die spanning negatief t.o.v. de eerder aangelegde spanning.

Het bewegende anker doet bij een relais nog een schepje er bovenop, maar elke spoel vertoont dit gedrag.

Er zijn vast forumleden die het wetenschappelijker kunnen uitleggen, maar dit is in elk geval de basis.

Dit heeft te maken met elektro-magnetisme, een onderwerp waar we tijdens mijn opleiding ongeveer 3 maanden hebben doorgezeurd.
Het kan dus hier niet in een paar woorden worden verklaard.

Hieronder volgt de populaire versie
Stroom door een spoel kan niet sprongsgewijs worden veranderd.
Probeer je dit toch, bv door uitschakelen dan zal de spoel een zg tegen-emk opwekken waarvan de polariteit zodanig is dat die stroom kan blijven vloeien.

Als er geen gesloten stroomkring bestaat dan kan deze spanning zeer hoog oplopen waardoor doorslag ontstaat.
Deze eigenschap wordt gebruikt bij bv het ontstekingsmechanisme van benzine motoren of flitsbuizen.
Ook het voorschakelapparaat in tl-verlichting werkt op die manier om in combinatie met de starter de hoge spanning op te wekken die nodig is om het gas in de buis te ioniseren.

In een stroomvoerende spoel is een bepaalde hoeveelheid energie opgeslagen (1/2 LI*I)

Voor een condensator(1/2 CU*U) geldt iets dergelijks voor de spanning, dit heeft echter niets met magnetisme maar met elektrostatica te maken(3 maanden met vlierbolletjes, kattevellen en eboniete staven).

En waarom kan deze piekspanning tot vier keer zo hoog zijn als de stuurspanning? Is de stuurspanning uberhaupt wel van invloed op de piekspanning?

Bovenstaande verhalen over het ontstaan van het problemen lijken me wel te kloppen. Maar waarom het 4x zou moeten zijn? Geen flauw idee - bij plotseling onderbreken van stroom door een spoel loopt die tegenspanning arbitrair hoog op. De energie die uit de spoel komt is in proportie met het magnetisch veld (en dus de stuurstroom, en dus de spanning bij ohms gedrag), maar de spanning wordt daardoor slechts beperkt door de belasting na het wegnemen van de stuurstroom.

Intuitief kun je het wellicht vergelijken met het kortsluiten van een condensator. De stroom loopt daarbij ook arbitrair hoog op, maar de totale energie wordt niet meer dan wat er in de condensator zat.

[Bericht gewijzigd door Ben_ op dinsdag 15 augustus 2006 11:39:56 ]

de wet van lenz zegt dat een spoel zich zal verzetten tegen elke stroomverandering erdoor, door een spanning op te wekken die deze stroom in stand zou houden.

concreet. je spoeltje staat in de collector van een NPN transistor. je Transistor is in geleiding omwille van eenbasisstroom die je laat vloeien. je schakelt de basisstroom uit, dus dan zal de spanning over de collector-emittor gelijk worden aan de voedingsspanning. Als je je schema goed hebt ontwerpen, en je componenten juist hebt gekozen, zit je voedingsspanning onder de Vce max van die NPN ransistor. Echter, er staat een spoel in de collector. als deze gewoon is ingeschakeld, wijst de spanningspijl van de collector weg. dus bij het uitschakelen wil, en zal die spoel een spanning genereren (met de energie van het magnetische veld) die daar tegengesteld aan is. met andere woorden, met de spanningspijl naar de collector toe. Als je dit in zijn geheel bekijkt, dan zie je dat de voedingsspanning nu in serie met de geïnduceerde emk (want zo heet een door een magnetisch veld in een geleider gegenereerde spanning) staat. de som van deze twee is vele malen hoger dan de maximale Vce in de meeste gevallen. (De inductiespanning zal snel boven de 400V uitkomen) Alhoewel de tijdsduur van die spanningspiek relatief kort is, is het vaak voldoende om de CE overgang in je transistor dood te knijpen, en te verandere in een stukje as.

De oplossing, ofwel zet je een zenerdiode over je collector-emittor. Deze moet dan wel een zenerspanning hebben groter dan de voedingsspanning, en lager dan de VCE max. Dit is echter geen universele methode omdat vermogen, en zenerspanning per schakeling zullen verschillen. Het is veel simpeler te regelen met een gewone diode antiparallel over de inductieve verbruiker in de collector. Door die diode met de kathode naar de voedingsspanning te richten, zal de inductiespanning, die erover staat, met de spanningspijl dus naar de anode van de diode, worden kortgesloten door de diode. Immers, De anode is dan immers positief tov de kathode. Op deze manier zal bij het uitschakelen de CE spanning niet hoger worden dan de voedingsspanning vermeerderd met de doorlaatspanning van je diode. Omdat je je ontwerp nooit op het randje van de absolute maxiùum ratinsg (datasheet) mag ontwerpen, zul je met die diode veilig zitten.

Voor gewone "kleine" inductieve verbruikers voldoet een 1N4007 perfect. voor dikkere spoelen, en grotere stromen erdoor moet je een slagje zwaarder gaan.

De grote van de spanning, kun je in princiepe berekenen met de eigenschappen van de spoel, en de tijdsduur waarin de stroom wordt onderbroken. die berekeningen zijn theoretisch mooi, maar in de praktijk zo goed als onnuttig.

De energie die erachter zit is simpelweg de energie van het magnetisch veld die ineenstort, en dus omgezet wordt in elektrische energie.

Bij het inschakelen treed er een geleikaardig verschijnsel op, echter omdat de CE dan in geleiding is, zorgt dit niet voor problemen, en is een voorzorgsmatregel als een diode of zener niet nodig.

Snappie ?

Bertrand

[Bericht gewijzigd door Mr Soldeer op dinsdag 15 augustus 2006 12:08:55 ]

Persoonlijk ben ik fan van de spoel==>vliegwiel vergelijking.

Je zet een spanning op de spoel, waardoor een stroom opgebouwd wordt, opeens wil je de spanning uitschakelen en de spoel wil de stroom laten lopen, als die stroom niet kan weglopen wordt er een héél hoge spanning gecreeerd (desnoods tot er vonkoverslag is).

In een perfect visualiseerbare vergelijking:
Je heb een vliegwiel (spoel), waar je aan begint te draaien met een bepaald moment (das de kracht waarmee je iets laat draaien, spanning). Het toerental (stroom) wordt opgebouwd. Opeens wil je het vliegwiel laten stilstaan (geen kracht meer op geven), maar het vliegwiel heeft nog zijn toerental (stroom), dus het zal je meetrekken (inverse spanning, trekken en duwen is invers) tot je polsen breken (vonkoverslag).
Door een vrijloopdiode te zetten, kan je het vliegwiel loslaten (vrij laten lopen). Dan kan het zonder krachten te leveren uitdraaien, enkel tegengehouden door de wrijving (weerstand).

Volgens mij is het onmogelijk om het duidelijker te maken dan met de vliegwielvergelijking.

Men leraar vergelijkt het zo:
Een spoel is zoals een vrouw,
Ze werkt altijd tegen.

Bij het inschakelen treed er een geleikaardig verschijnsel op, echter omdat de CE dan in geleiding is, zorgt dit niet voor problemen, en is een voorzorgsmatregel als een diode of zener niet nodig.

Bij inschakelen wordt een emk opgewekt even groot en tegengesteld aan de aangelegde spanning.
De opgewekte spanning is dus veel kleiner dan bij uitschakelen en wordt bovendien niet bij de voedingsspanning opgeteld maar afgetrokken.

@6foot6: een spoel, die heeft ook lekverliezen...
on topic: voor een spoel geldt: U = L di/dt. (di/dt is de
richtingscoefficient)
Wanneer je de stroom plots nul maakt, dan is di/dt gelijk aan min oneindig.
Dan heb je: U = L maal min oneindig, of over je schakelaar
waarmee je de stroom hebt onderbroken, zal er een grote
spanning komen te staan - totdat die vonken trekt of
opbrandt, of...
De vrijloop diode zorgt ervoor dat de stroom niet onmiddellijk nul wordt, zodat di/dt niet oneindig wordt,
zodat de spanning ook niet oneidig wordt, zodat je schakelaarr beschermt wordt.

Tja, spoelen zijn intuitief lastige dingen, dat sowieso.

Bij een condensator is het evident dat aangebrachte lading blijft zitten (dwz de spanning blijft behouden). Bij spoelen geldt in principe hetzelfde voor de stroom: Als je een spoel kortsluit blijft de stroom ahw rondgaan.

Helaas is dit effect nauwelijks van toepassing op normale spoelen (verlies door weerstand is idioot groot), maar met supergeleidende spoelen heeft het zeker zijn toepassing (in magneten).

Op 15 augustus 2006 12:03:40 schreef Mr Soldeer:
de wet van lenz zegt dat een spoel zich zal verzetten tegen elke stroomverandering erdoor, door een spanning op te wekken die deze stroom in stand zou houden.

concreet. je spoeltje staat in de collector van een NPN transistor. je Transistor is in geleiding omwille van eenbasisstroom die je laat vloeien. je schakelt de basisstroom uit, dus dan zal de spanning over de collector-emittor gelijk worden aan de voedingsspanning. Als je je schema goed hebt ontwerpen, en je componenten juist hebt gekozen, zit je voedingsspanning onder de Vce max van die NPN ransistor. Echter, er staat een spoel in de collector. als deze gewoon is ingeschakeld, wijst de spanningspijl van de collector weg. dus bij het uitschakelen wil, en zal die spoel een spanning genereren (met de energie van het magnetische veld) die daar tegengesteld aan is. met andere woorden, met de spanningspijl naar de collector toe. Als je dit in zijn geheel bekijkt, dan zie je dat de voedingsspanning nu in serie met de geïnduceerde emk (want zo heet een door een magnetisch veld in een geleider gegenereerde spanning) staat. de som van deze twee is vele malen hoger dan de maximale Vce in de meeste gevallen. (De inductiespanning zal snel boven de 400V uitkomen) Alhoewel de tijdsduur van die spanningspiek relatief kort is, is het vaak voldoende om de CE overgang in je transistor dood te knijpen, en te verandere in een stukje as.

De oplossing, ofwel zet je een zenerdiode over je collector-emittor. Deze moet dan wel een zenerspanning hebben groter dan de voedingsspanning, en lager dan de VCE max. Dit is echter geen universele methode omdat vermogen, en zenerspanning per schakeling zullen verschillen. Het is veel simpeler te regelen met een gewone diode antiparallel over de inductieve verbruiker in de collector. Door die diode met de kathode naar de voedingsspanning te richten, zal de inductiespanning, die erover staat, met de spanningspijl dus naar de anode van de diode, worden kortgesloten door de diode. Immers, De anode is dan immers positief tov de kathode. Op deze manier zal bij het uitschakelen de CE spanning niet hoger worden dan de voedingsspanning vermeerderd met de doorlaatspanning van je diode. Omdat je je ontwerp nooit op het randje van de absolute maxiùum ratinsg (datasheet) mag ontwerpen, zul je met die diode veilig zitten.

Voor gewone "kleine" inductieve verbruikers voldoet een 1N4007 perfect. voor dikkere spoelen, en grotere stromen erdoor moet je een slagje zwaarder gaan.

De grote van de spanning, kun je in princiepe berekenen met de eigenschappen van de spoel, en de tijdsduur waarin de stroom wordt onderbroken. die berekeningen zijn theoretisch mooi, maar in de praktijk zo goed als onnuttig.

De energie die erachter zit is simpelweg de energie van het magnetisch veld die ineenstort, en dus omgezet wordt in elektrische energie.

Bij het inschakelen treed er een geleikaardig verschijnsel op, echter omdat de CE dan in geleiding is, zorgt dit niet voor problemen, en is een voorzorgsmatregel als een diode of zener niet nodig.

Snappie ?

Bertrand

Een ganse cursus spoelologie in één adem. Ik hoop maar dat de TS de moed heeft om het te lezen.

Op 15 augustus 2006 08:59:13 schreef 6foot6:
Dit heeft te maken met elektro-magnetisme, een onderwerp waar we tijdens mijn opleiding ongeveer 3 maanden hebben doorgezeurd.
Het kan dus hier niet in een paar woorden worden verklaard.

Hieronder volgt de populaire versie
Stroom door een spoel kan niet sprongsgewijs worden veranderd.
Probeer je dit toch, bv door uitschakelen dan zal de spoel een zg tegen-emk opwekken waarvan de polariteit zodanig is dat die stroom kan blijven vloeien.

Als er geen gesloten stroomkring bestaat dan kan deze spanning zeer hoog oplopen waardoor doorslag ontstaat.
Deze eigenschap wordt gebruikt bij bv het ontstekingsmechanisme van benzine motoren of flitsbuizen.
Ook het voorschakelapparaat in tl-verlichting werkt op die manier om in combinatie met de starter de hoge spanning op te wekken die nodig is om het gas in de buis te ioniseren.

In een stroomvoerende spoel is een bepaalde hoeveelheid energie opgeslagen (1/2 LI*I)

Voor een condensator(1/2 CU*U) geldt iets dergelijks voor de spanning, dit heeft echter niets met magnetisme maar met elektrostatica te maken(3 maanden met vlierbolletjes, kattevellen en eboniete staven).

Oeioei, drie maand ebonieten staven opgewreven om het raadsel van de statische elektriciteit uit te leggen?
Zit jij in een school voor mentaal zwakken of komen je leraren er vandaan?:-)Akkoord, de basisprincipes moeten er goed ingehamerd worden, maar als je weet welke evolutie de techniek de laatste decennia heeft doorgemaakt, moet je niet té lang stilstaan bij wat twee eeuwen geleden nieuw was. Aan dat tempo moet je tot je 100 jaar naar school om de rest ook te bestuderen. Maar voor het zover is, is het schooljaar voorbij en heeft je leraar niet moeten bekennen dat ie de laatste twintig jaar niet meer mee is geevolueerd.

1 aspect heb ik nog niet belicht gezien:
Doordat de stroom nog wat door de spoel en de diode loopt
zal het magnetisch veld langzaam afbouwen waardoor het relais met enige vertraging zal afvallen.

Zit jij in een school voor mentaal zwakken of komen je leraren er vandaan?Akkoord, de basisprincipes moeten er goed ingehamerd worden, maar als je weet welke evolutie de techniek de laatste decennia heeft doorgemaakt, moet je niet té lang stilstaan bij wat twee eeuwen geleden nieuw was. Aan dat tempo moet je tot je 100 jaar naar school om de rest ook te bestuderen. Maar voor het zover is, is het schooljaar voorbij en heeft je leraar niet moeten bekennen dat ie de laatste twintig jaar niet meer mee is geevolueerd.

Het is niet zit maar zat, nog voor de evolutie van de laatste decennia.

De tijd dat we vol ontzag even een transistor(FL 180,00 per stuk, fl = antieke muntsoort) mochten vasthouden, de tijd dat praktijklessen werden gebruikt om 7 verschillende soorten schroefdraad te leren snijden.
Ik ben dat jaar blijven zitten dus ik mocht dat alles ook nog eens overdoen.

Op 15 augustus 2006 15:37:59 schreef grotedikken:
1 aspect heb ik nog niet belicht gezien:
Doordat de stroom nog wat door de spoel en de diode loopt
zal het magnetisch veld langzaam afbouwen waardoor het relais met enige vertraging zal afvallen.

Waarom er ook wel eens een weerstandje in serie met die diode wordt geplaatst, dit introduceert verliezen waardoor het relais sneller afvalt.

Op 15 augustus 2006 12:39:46 schreef Meert:
Men leraar vergelijkt het zo:
Een spoel is zoals een vrouw,
Ze werkt altijd tegen.

Slechte (en domme) leraar, slechte echtgenoot (of 't zal een vrijgezel wezen).

Zeg volgende keer tegen je leerkracht:
"Dit soort stoere praat wel voor de klas, maar niet thuis, zeker?"

Slechte (en domme) leraar, slechte echtgenoot (of 't zal een vrijgezel wezen).

waarheid of leugen, maar je onthoudt het wel!

wauw... wat een reacties, het is dat ik door mn nieuwe hobby vannacht slechts 1 uur slaap heb gehad , anders had ik nu heus de moed gehad ze allemaal aandachtig te lezen, maar wees gerust, dat komt morgen.

Ieg bedankt voor de moeite allemaal.

Zo op het eerste gezicht zit er niet echt een direct antwoord tussen op de vraag of een vrijloopdiode over een relais overkill is wanneer deze alleen geschakelt is met een gelijkrichter, maar na het begrijpen van het geschrevene moet ik dat vast zelf kunnen beredeneren.

Op 15 augustus 2006 18:41:45 schreef KT88:
[...]
Waarom er ook wel eens een weerstandje in serie met die diode wordt geplaatst, dit introduceert verliezen waardoor het relais sneller afvalt.[...]
Slechte (en domme) leraar, slechte echtgenoot (of 't zal een vrijgezel wezen).

Zeg volgende keer tegen je leerkracht:
"Dit soort stoere praat wel voor de klas, maar niet thuis, zeker?"

en de meeste leerlingen zijn lekkende condensators. je kan er zoveel kennis inproppen als je wilt . maar tegen dat je het er wilt uithalen ist weg

Om het allemaal heel simpel uit te leggen zal ik hier ook nog even een duit in het zakje doen. Als een relais wordt bekrachtigt vloeit er een stroom door de spoel. Deze is niet direct op volle sterkte, omdat een spoel zich tegen een stroom toename zal verzetten. Dus kost het even tijd om spanning en stroom stabiel te krijgen. Is de stroom maximaal, dan is ook het magnetisme maximaal. Hiervoor is dus een bepaalde hoeveelheid energie nodig en dat zit in het magnetisme van de spoel. Zoals gezegd duurt het enige tijd voordat het stabiel is en verbreken wij de stroom, komt dezelfde hoeveelheid energie weer vrij in een veel kortere tijd. Hierdoor wordt de spanning opgeslingert en gaat in de andere richting, immers als er een weg heen is, is er ook een weg terug. Van dit principe wordt ook gebruik gemaakt voor het opwekken van hoogspanning in een TV.
Om dit met een voorbeeld te illustreren moet jet het zien als een zwaar voorwerp wat opgehesen wordt.
Het duurt even voordat het boven is en alle energie voor het ophijsen is gebruikt op de weg omhoog.
Laat je nu plotseling het voorwerp vallen, dan is het gewicht nog hetzelfde, maar alle energie komt hier ook weer vrij in een veel kortere tijd, het gevolg is dat het dwars door de vloer gaat. Zet je nu een rem op de takel, zal de energie daar in warmte worden omgezet. Zie nu die rem als een diode over de spoel.

Groetjes Hans.