В тази статия ние обсъждаме формулата и техниките за конфигуриране на мрежи на RC вериги за управление на дъгата през контактите на релето при превключване на тежки индуктивни товари.
Потискане на дъгата
При отваряне на превключвател или реле се образува дъга през контактите. С течение на времето това състояние може да изхаби контактите.
За да се преодолее този проблем, резистор / кондензатор или RC верига е разположена през контактите и ги предпазва. След като контактите са отворени, приложеното напрежение преминава през кондензатора, а не през контактите.
По време на процеса кондензаторът се зарежда по-бързо от времето за отваряне на контактите, което в крайна сметка избягва образуването на дъга през контактите.
Потискане на пусковия ток
Когато контактите се затворят, пусковият ток от заредения кондензатор и захранващото напрежение могат да бъдат значително по-високи от номиналните стойности за контактите, като по този начин те се влошават.
За да се предотврати това, резистор се въвежда последователно с кондензатора. Той функционира като ограничител на тока, като поглъща пусковия ток значително, като по този начин намалява произведената дъга и удължава живота на контактите.
C.C Bates разработи формула за изчисляване на стойността на съпротивлението и капацитета, която се изисква за RC мрежата: ° С = Аздве / 10 и Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Индуцираното напрежение при контактния отвор може да се определи чрез
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Където VИЛИ= Източник на напрежение
- I = Натоварващ ток при отваряне на контакта
- R° С= Съпротивление на RC Snubber
- C = Капацитет на RC Snubber
- RL= Устойчивост на натоварване
В следващите примери говорим за тръстиково реле проблеми с дъгата и се опитайте да оцените изчисленията, необходими за проектиране на RC мрежи в нейните контакти.
Тъй като принципът на дъгата може да бъде един и същ и при по-големите релета, формулите, използвани в тръстовото реле, могат да бъдат приложени и за оразмеряване на RC мрежите за по-големите релета.
Как се случва аркирането при превключване на Reed Relay
Рийд превключвател или сензор за тръстика могат да се използват за управление на индуктивно устройство като релейна намотка, соленоид, трансформатор, малък двигател и др.
Когато тръстовият превключвател се отвори, зарядът, съхраняван в индуктивността в устройството, ще принуди контактите на превключвателя към високо напрежение. След като ключът се отвори, контактната междина е малка в началото.
Следователно, дъгата между контактната междина може да се случи почти веднага, докато превключвателят се отваря.
Явлението може да се появи както при резистивни, така и при индуктивни товари, но тъй като последните произвеждат по-високо напрежение, се наблюдава повишена активност на дъгата, като по този начин се намалява живота на превключвателя.
Диод обикновено се използва от индуктивните вериги за постоянен ток, за да се избегне високо напрежение. Този тип диоди се наричат обратен диод, свободен ход или диод за хващане.
За съжаление, прилагането на този диод не е възможно в променливотокови вериги.
Така че, трябва да използваме метално-оксиден варистор (MOV), двупосочен преходен супресор на напрежение (TVS) или RC мрежа за потискане, известна също като снубер.
Тези разнообразни подходи за потискане на дъгата имат много плюсове и минуси. Неизползването на потискане също е опция, ако животът на контакта на релето не е засегнат без него.
Многото фактори, които определят кой подход трябва да се предприеме, включват разходи, живот на контакта, опаковане и т.н.
Основната причина за проектирането на вериги за потискане на искрите е да се сведе до минимум дъгата и шумът, генериран при включване на релета и превключватели.
Съображения за RC дизайн
Използване на DC захранване с TVS Suppressor Diode :
Диодите MOV и TVS провеждат ток при надвишаване на праговото напрежение.
Обикновено тези диоди са паралелно свързани към контакта на превключвателя. Дори при ниски напрежения като 24 VAC, тези устройства могат да работят ефективно.
Освен това те могат да функционират добре при по-висока индуктивност 120 VAC натоварвания. В сравнение с диодите TVS, MOV устройствата имат добавен капацитет.
По този начин, когато се използва MOV устройство, трябва да вземете предвид използвания капацитет. Бележката за приложението на Хамлин описва по-добре този сценарий.
Използване на двупосочен TVS диод
RC потискането имаше ръба поради ограничаване на напрежението на контакта на превключвателя точно по време на отваряне на превключвателя, когато контактната междина е малка.
Освен това, RC потискането може да бъде приложено за намаляване на дъгата и подобряване на живота при резистивни натоварвания.
На RC верига за потискане кондензатор и резисторна мрежа, свързани последователно, са монтирани през контакта на превключвателя в паралелна връзка.
Друга възможност е да поставите кондензатора и резистора през товара.
Докато прикрепването на RC снубера през контакта на превключвателя е идеално, има огромен недостатък, тъй като това създава текущ път към товара, когато ключът е отворен.
Ако снуберът е инсталиран през товара, той елиминира тока. Промените в връзките и импеданса на източника обаче могат да повлияят на ефективността на потискането на дъгата.
Прилагане на RC Snubber паралелно с контакта на превключвателя
В снубера стойностите на резистора и кондензатора зависят от изискването.
Избраният резистор трябва да има достатъчно висока стойност, за да ограничи капацитивния разряден ток, когато контактите на превключвателя се затворят. В същото време тя трябва да е достатъчно малка, за да ограничи напрежението, когато контактите на превключвателя се отворят.
Ако изберете голяма стойност на кондензатора, това със сигурност ще намали въздействието на напрежението, докато контактите на превключвателя се отворят.
Но по-големият кондензатор може да бъде скъп и може да причини по-висока капацитивна енергия на разреждане по време на затваряне на контактите на превключвателя. Този тип се отнася както за постояннотокови, така и за променливи вериги.
Използване на RC (Snubber) паралел за потискане с товара
Законът на Ом се прилага, за да се избере най-подходящата стойност на резистора за потискане на дъгата.
В закона на Ом R = V/I , прилагаме формулата R = 0.5 (Vpk/ IЮЗ) и R = 0.3 (Vpk/ IЮЗ) , където Vpk е пиковото напрежение на променлив ток ( 1.414 Vrms ) и АзЮЗ е номиналният превключващ ток на контакта на релето).
За да намалим деградацията на контакта поради дъгата, трябва да се уверим, че R стойността е минимална. От друга страна, стойността R трябва да бъде увеличена, за да се намали дъгата на контактното реле поради пусковия ток.
Определянето на стойността на R между тези сценарии е предизвикателството.
Можете да започнете с C = 0,1 μF или 100 nF, когато избирате кондензатора, тъй като това е стандартна стойност и по този начин е изгодно. В зависимост от проверката на производителността на този кондензатор можете да го увеличавате, докато капацитетът е достатъчен.
Съществуват множество методи за оценка на ефективността на избраните snubber стойности. Някои могат да бъдат извършени само чрез изчисление или симулация. Резистивните и индуктивните характеристики на товара обаче могат да изглеждат неопределени.
Това до голяма степен се дължи на индуктивността на електромеханичните натоварвания, която варира, когато компонентите сменят позициите си.
Добра практика е да се изследва формата на вълната на напрежението през контактите на превключвателя чрез осцилоскоп, особено по време на отваряне на контакта. Snubber системата трябва да облекчи или поне да сведе до минимум дъгата, която се случва, когато контактите се отворят и затворят.
Нарастващото напрежение не трябва да рестартира контактната дъга. Освен това, максималното напрежение на кондензатора в снубера не трябва да бъде по-голямо от номиналното напрежение.
Още един начин да разберете дали снуберът работи правилно за тръстиков превключвател е да погледнете контактната междина на превключвателя и да проверите сиянието на светлината, произведена от дъгата.
Ако има по-малко светлина, това означава, че енергията, генерираща дъгата, е малко и следователно гарантира по-дълъг живот.
Последният и най-прецизен метод за изследване на работата на снубера е провеждането на житейски тест.
Животът на контакта е пряко пропорционален на броя на превключващите цикли, а не на броя на захранваните и неактивните часове.
Препоръчително е да се запази максималният брой операции в секунда за тестване на живота на дъгови натоварвания е около 5 до 50 операции в секунда.
Това е около 5 до 50 Hz максимална честота. Броят на тестовете, които можете да извършите, зависи от електрическото натоварване и разликата между удобството и точността.
Когато трябва да разберете спецификациите на компонентите за снубера, трябва да вземете предвид няколко други неща, освен описаната проверка на оценката на дъгата, най-високото напрежение и живота на кондензатора.
От основно значение е, че когато контактът на превключвателя е отворен, токът преминава през снубер веригата.
Трябва да се уверите, че този ток не създава проблеми с приложението на snubber. Освен това е от съществено значение да се потвърди, че разсейването на мощността в резистора на снубера не надвишава неговата мощност.
Още една мисъл е, че RC снубер верига може да се използва в комбинация с двупосочен TVS диод на MOV.
RC снубер може да бъде високоефективна схема за ограничаване на първоначалното напрежение в отварящите се релейни контакти, докато TVS или MOV може да бъде по-ефективна алтернатива за ограничаване на пикови напрежения.
Препратки:
https://www.elprocus.com/wp-content/uploads/2020/10/RC-snubber.pdf
https://www.elprocus.com/wp-content/uploads/2020/10/spark_suppression_compressed.pdf
https://m.littelfuse.com/~/media/electronics/application_notes/reed_switches/littelfuse_magnetic_sensors_and_reed_switches_inductive_load_arc_suppression_application_note.pdf.pdf
Предишен: Прецизна верига за наблюдение и наблюдение на ток с помощта на IC NCS21xR Напред: Схема на светлинен димер с бутон
