W tym artykule omówimy formułę i techniki konfigurowania sieci obwodów RC do kontrolowania wyładowań łukowych na stykach przekaźnika podczas przełączania dużych obciążeń indukcyjnych.
Tłumienie łuku
Po otwarciu przełącznika lub przekaźnika na stykach powstaje łuk. Z czasem stan ten może spowodować zużycie styków.
Aby przezwyciężyć ten problem, obwód rezystora / kondensatora lub RC jest rozmieszczony na stykach i zabezpiecza je. Gdy styki są otwarte, przyłożone napięcie przechodzi przez kondensator, a nie przez styki.
Podczas tego procesu kondensator ładuje się szybciej niż czas otwarcia styków, co ostatecznie pozwala uniknąć tworzenia się łuku na stykach.
Tłumienie prądu rozruchowego
Kiedy styki się zamykają, prąd rozruchowy z naładowanego kondensatora i napięcie zasilania może być znacznie wyższy niż wartości znamionowe styków, powodując ich pogorszenie.
Aby temu zapobiec, rezystor jest wprowadzany szeregowo z kondensatorem. Pełni funkcję ogranicznika prądu, absorbując znacznie prąd rozruchowy, redukując w ten sposób wytwarzany łuk i wydłużając żywotność styków.
C.C Bates opracował wzór do obliczania wartości rezystancji i pojemności, które są wymagane dla sieci RC: do = jadwa / 10 i Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Napięcie indukowane przy rozwarciu styku można określić za pomocą
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Gdzie V.LUB= Źródło napięcia
- I = prąd obciążenia przy rozwarciu styku
- Rdo= Odporność RC Snubber
- C = pojemność RC Snubber
- RL= Odporność na obciążenie
W naszych poniższych przykładach mówimy o przekaźnik kontaktronowy wyładowania łukowe i spróbuj ocenić obliczenia wymagane do projektowania sieci żelbetowych na jej stykach.
Ponieważ zasada wyładowania łukowego może być taka sama również w większych przekaźnikach, wzory stosowane w kontaktronach można również zastosować do wymiarowania sieci RC dla większych przekaźników.
Jak powstaje łuk podczas przełączania kontaktronu
Kontaktron lub czujnik kontaktronowy można wykorzystać do sterowania urządzeniem indukcyjnym, takim jak cewka przekaźnika, solenoid, transformator, mały silnik itp.
Gdy kontaktron się otworzy, ładunek zgromadzony w indukcyjności w urządzeniu wymusi na stykach przełącznika wysokie napięcie. Po otwarciu przełącznika przerwa między stykami jest na początku niewielka.
Dlatego wyładowanie łukowe między przerwą między stykami może nastąpić niemal natychmiast, gdy przełącznik jest właśnie otwierany.
Zjawisko to może wystąpić zarówno w obciążeniach rezystancyjnych, jak i indukcyjnych, ale ponieważ te ostatnie wytwarzają wyższe napięcie, obserwuje się zwiększoną aktywność łukową, co skraca żywotność przełącznika.
Dioda jest zwykle używana w obwodach indukcyjnych prądu stałego, aby uniknąć wysokiego napięcia. Ten typ diody nazywany jest diodą flyback, wolnobiegową lub łapą.
Niestety zastosowanie tej diody nie jest możliwe w obwodach prądu przemiennego.
Musimy więc użyć warystora z tlenkiem metalu (MOV), dwukierunkowej diody tłumiącej napięcie przejściowe (TVS) lub sieci tłumiącej RC, znanej również jako tłumik.
Te różnorodne podejścia do gaszenia łuku mają wiele zalet i wad. Nieużywanie tłumienia jest również opcją, jeśli nie ma to wpływu na żywotność styków przekaźnika.
Wiele czynników, które decydują o tym, jakie podejście należy zastosować, obejmuje koszt, żywotność kontaktu, pakowanie itp.
Podstawowym powodem projektowania obwodów gaszenia iskier jest zminimalizowanie wyładowań łukowych i hałasu generowanego podczas załączania przekaźników i przełączników.
Uwagi dotyczące projektowania żelbetu
Używanie zasilania DC z diodą tłumiącą TVS :
Diody MOV i TVS przewodzą prąd w przypadku przekroczenia napięcia progowego.
Zwykle diody te są połączone równolegle do styku przełącznika. Nawet przy niskim napięciu, takim jak 24 VAC, urządzenia te są zdolne do wydajnej pracy.
Ponadto mogą również dobrze działać przy obciążeniach o wyższej indukcyjności 120 VAC. W porównaniu z diodami TVS, urządzenia MOV mają dodatkową pojemność.
Tak więc, gdy używane jest urządzenie MOV, należy wziąć pod uwagę pojemność, która ma być używana. Nota aplikacyjna Hamlin lepiej opisuje ten scenariusz.
Korzystanie z dwukierunkowej diody TVS
Tłumienie RC miało krawędź z powodu ograniczenia napięcia styku przełącznika dokładnie podczas otwierania przełącznika, gdy przerwa między stykami jest mała.
Ponadto można zastosować tłumienie RC, aby zmniejszyć wyładowania łukowe i poprawić żywotność obciążeń rezystancyjnych.
W obwodzie przeciwzakłóceniowym RC sieć kondensatorów i rezystorów połączonych szeregowo jest zamontowana na styku przełącznika w połączeniu równoległym.
Inną opcją jest umieszczenie kondensatora i rezystora w poprzek obciążenia.
Podczas gdy mocowanie tłumika RC na styku przełącznika jest idealne, istnieje ogromna wada, ponieważ tworzy ścieżkę prądową do obciążenia, gdy przełącznik jest otwarty.
Jeśli tłumik jest zainstalowany w poprzek obciążenia, eliminuje prąd. Jednak zmiany w połączeniach i impedancji źródła mogą wpływać na skuteczność tłumienia łuku.
Stosowanie RC Snubber równolegle ze stykiem przełącznika
W tłumiku wartości rezystora i kondensatora zależą od wymagań.
Wybrany rezystor musi mieć wystarczająco dużą wartość, aby ograniczyć pojemnościowy prąd rozładowania, gdy styki przełącznika zamykają się. Jednocześnie musi być na tyle mały, aby ograniczać napięcie, gdy styki przełącznika się otwierają.
Jeśli wybierzesz dużą wartość kondensatora, z pewnością zmniejszy to wpływ napięcia podczas otwierania styków przełącznika.
Jednak większy kondensator może być kosztowny i może powodować wyższą pojemność pojemnościową energii rozładowania w czasie zamykania styków przełącznika. Ten typ dotyczy zarówno obwodów prądu stałego, jak i prądu przemiennego.
Używanie równoległego tłumienia RC (Snubber) z obciążeniem
Aby wybrać najbardziej odpowiednią wartość rezystora do tłumienia łuku, stosuje się prawo Ohma.
W prawie Ohma R = V / I stosujemy wzór R = 0,5 (Vpk/ JApołudniowy zachód) i R = 0,3 (Vpk/ JApołudniowy zachód) , gdzie Vpk jest napięciem szczytowym AC ( 1,414 Vrms ) i japołudniowy zachód jest znamionowym prądem łączeniowym styku przekaźnika).
Aby zmniejszyć degradację styku z powodu wyładowania łukowego, musimy upewnić się, że wartość R jest minimalna. Z drugiej strony wartość R musi zostać zwiększona, aby zmniejszyć wyładowanie łukowe styków przekaźnika spowodowane prądem rozruchowym.
Wyzwaniem jest określenie wartości R pomiędzy tymi scenariuszami.
Możesz zacząć C = 0,1 μF lub 100 nF, przy wyborze kondensatora, ponieważ jest to wartość standardowa, a zatem korzystna cenowo. W zależności od badania wydajności tego kondensatora można go zwiększać, aż pojemność będzie wystarczająca.
Istnieje wiele metod oceny wydajności wybranych wartości tłumienia. Niektóre można wykonać za pomocą obliczeń lub symulacji. Jednak właściwości rezystancyjne i indukcyjne obciążenia mogą wydawać się nieokreślone.
Jest to w dużej mierze spowodowane indukcyjnością obciążeń elektromechanicznych, która zmienia się, gdy elementy zmieniają położenie.
Dobrą praktyką jest badanie przebiegu napięcia na stykach przełącznika za pomocą oscyloskopu, zwłaszcza podczas otwierania styków. System tłumienia powinien łagodzić lub przynajmniej minimalizować wyładowanie łukowe, które ma miejsce, gdy styki otwierają się i zamykają.
Rosnące napięcie nie powinno ponownie uruchamiać łuku elektrycznego. Ponadto maksymalne napięcie na kondensatorze w tłumiku nie może być większe niż jego napięcie znamionowe.
Jeszcze innym sposobem sprawdzenia, czy tłumik działa prawidłowo w kontaktronie, jest sprawdzenie szczeliny styków przełącznika i sprawdzenie jasności światła wytwarzanego przez łuk.
Jeśli jest mniej światła, oznacza to, że energia generująca łuk jest niewielka i dlatego gwarantuje dłuższą żywotność.
Ostatnią i najdokładniejszą metodą badania działania amortyzatora jest przeprowadzenie testu żywotności.
Trwałość styków jest wprost proporcjonalna do liczby cykli przełączania, a nie do liczby godzin zasilanych i niezasilanych.
Zaleca się, aby maksymalna liczba operacji na sekundę podczas testowania trwałości obciążeń łukowych wynosiła około 5 do 50 operacji na sekundę.
Jest to około 5 do 50 Hz maksymalnej częstotliwości. Liczba testów, które możesz przeprowadzić, zależy od obciążenia elektrycznego i różnicy między wygodą a precyzją.
Kiedy chcesz poznać specyfikacje komponentów tłumika, musisz wziąć pod uwagę kilka innych rzeczy, oprócz opisanej kontroli oceny łuku, najwyższego napięcia kondensatora i żywotności.
Zasadnicze znaczenie ma to, że gdy styk przełącznika jest otwarty, prąd przepływa przez obwód tłumika.
Musisz upewnić się, że ten prąd nie spowoduje problemów w aplikacji tłumika. Ponadto konieczne jest potwierdzenie, że rozpraszanie mocy w rezystorze tłumika nie przekracza jego mocy znamionowej.
Jeszcze jedna myśl jest taka, że obwód tłumiący RC można wykorzystać w połączeniu z dwukierunkową diodą TVS MOV.
Tłumik RC może być bardzo wydajnym obwodem w ograniczaniu napięcia początkowego na stykach otwierających się przekaźnika, podczas gdy TVS lub MOV mogą być bardziej wydajną alternatywą ograniczania szczytowych napięć udarowych.
Bibliografia:
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
Poprzedni: Precyzyjny obwód wykrywania i monitorowania prądu za pomocą układu scalonego NCS21xR Dalej: Obwód ściemniacza światła przycisku
