V tomto článku diskutujeme vzorec a techniky konfigurace sítí RC obvodů pro řízení elektrického oblouku přes kontakty relé při přepínání těžkých indukčních zátěží.
Potlačení oblouku
Při rozepnutí spínače nebo relé se mezi kontakty vytvoří oblouk. Tento stav může postupem času kontakty opotřebovat.
K překonání tohoto problému je přes kontakty nasazen odporový / kondenzátorový nebo RC obvod, který je chrání. Jakmile jsou kontakty otevřené, aplikované napětí prochází kondenzátorem, nikoli kontakty.
Během procesu se kondenzátor nabíjí rychleji než doba otevírání kontaktů, což nakonec zabrání tomu, aby se přes kontakty vytvořil oblouk.
Potlačení zapínacího proudu
Když se kontakty sepnou, zapínací proud z nabitého kondenzátoru a napájecí napětí mohou být výrazně vyšší než jmenovité hodnoty kontaktů, což způsobí jejich zhoršení.
Aby se tomu zabránilo, je do série s kondenzátorem zaveden odpor. Funguje jako omezovač proudu tím, že výrazně absorbuje zapínací proud, čímž snižuje produkovaný oblouk a prodlužuje životnost kontaktů.
C.C Bates vyvinul vzorec pro výpočet hodnoty odporu a kapacity požadované pro RC síť: C = Jádva / 10 a Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Napětí indukované při otevření kontaktu lze určit pomocí
V = IRc = ( Rc / RL ) ve
- Kde VNEBO= Zdroj napětí
- I = proud zátěže při rozepnutí kontaktu
- RC= Odpor RC Snubber
- C = kapacita RC Snubber
- RL= Odpor zátěže
V následujících příkladech hovoříme o jazýčkové relé problémy s obloukem a pokuste se vyhodnotit výpočty potřebné pro návrh RC sítí napříč jeho kontakty.
Vzhledem k tomu, že princip jiskření může být stejný i u větších relé, lze vzorce dimenzované pro jazýčkové relé použít také pro dimenzování RC sítí pro větší relé.
Jak se oblouky dějí při přepínání jazýčkových relé
Jazýčkový spínač nebo jazýčkový senzor lze použít k ovládání indukčního zařízení, jako je cívka relé, solenoid, transformátor, malý motor atd.
Když se jazýčkový spínač otevře, náboj uložený v indukčnosti v zařízení vynutí kontakty spínače na vysoké napětí. Jakmile se spínač otevře, kontaktní mezera je na začátku malá.
Proto může dojít k oblouku mezi kontaktní mezerou téměř okamžitě, zatímco se spínač právě otevírá.
Tento jev může nastat jak u odporových, tak u indukčních zátěží, ale protože tyto generují vyšší napětí, je vidět zvýšená aktivita oblouku, což snižuje životnost spínače.
Dioda se běžně používá v DC indukčních obvodech, aby se zabránilo vysokému napětí. Tento typ diody se nazývá zpětná, volnoběžná nebo záchytná dioda.
Použití této diody bohužel není možné v obvodech střídavého proudu.
Musíme tedy použít varistor na bázi oxidu kovu (MOV), diodu obousměrného potlačujícího přechodné napětí (TVS) nebo síť potlačující RC, známou také jako snubber.
Tyto různé přístupy k potlačení elektrického oblouku mají mnoho výhod a nevýhod. Nepoužívání potlačení je také možností, pokud bez něj není ovlivněna životnost kontaktů relé.
Mezi mnoho faktorů, které určují, který přístup je třeba uplatnit, patří náklady, životnost kontaktů, balení atd.
Základním důvodem pro návrh obvodů pro potlačení jisker je minimalizace elektrického oblouku a hluku generovaného při zapojení relé a spínačů.
Aspekty RC designu
Použití stejnosměrného napájení s diodou Supresor TVS :
Diody MOV a TVS vedou proud, když je překročeno prahové napětí.
Normálně jsou tyto diody paralelně připojeny ke spínacímu kontaktu. I při nízkém napětí, jako je 24 VAC, jsou tato zařízení schopna pracovat efektivně.
Kromě toho mohou také dobře fungovat při vyšších indukčních zátěžích 120 VAC. Ve srovnání s diodami TVS mají zařízení MOV zvýšenou kapacitu.
Když se tedy používá zařízení MOV, musíte vzít v úvahu kapacitu, kterou chcete použít. Poznámka k aplikaci Hamlin popisuje tento scénář lépe.
Použití obousměrné TVS diody
RC potlačení mělo hranu kvůli omezení napětí kontaktního spínače přesně během otevírání spínače, když je kontaktní mezera malá.
Dále lze implementovat RC potlačení ke snížení elektrického oblouku a zlepšení životnosti v odporových zátěžích.
Na RC potlačení obvodu je kondenzátorová a odporová síť zapojená do série zapojena přes spínací kontakt v paralelním zapojení.
Další možností je umístit kondenzátor a odpor přes zátěž.
I když je připojení tlumiče RC přes kontakt spínače ideální, existuje obrovská nevýhoda, protože při otevřeném spínači se vytvoří proudová cesta k zátěži.
Pokud je tlumič nainstalován napříč zátěží, eliminuje se proud. Změny v připojeních a impedanci zdroje však mohou ovlivnit účinnost potlačení oblouku.
Paralelní použití RC Snubber se spínacím kontaktem
V tlumiči jsou hodnoty odporu a kondenzátoru závislé na požadavku.
Zvolený rezistor musí mít dostatečně vysokou hodnotu, aby omezil kapacitní vybíjecí proud, když se kontakty spínače sepnou. Současně musí být dostatečně malý, aby omezil napětí při otevření spínacích kontaktů.
Pokud zvolíte velkou hodnotu kondenzátoru, jistě sníží dopad napětí, když se spínací kontakty rozepnou.
Větší kondenzátor však může být drahý a může způsobit vyšší kapacitní výbojovou energii během doby, kdy se kontakty spínače sepnou. Tento typ platí pro stejnosměrné i střídavé obvody.
Použití RC (Snubber) potlačení paralelně se zátěží
Pro výběr nejvhodnější hodnoty odporu pro potlačení oblouku se použije Ohmův zákon.
Podle Ohmova zákona R = V / I použijeme vzorec R = 0,5 (Vpk/ JáSW) a R = 0,3 (Vpk/ JáSW) , kde PROTIpk je špičkové střídavé napětí ( 1,414 Vrms ) a JáSW je jmenovitý spínací proud kontaktu relé).
Abychom snížili degradaci kontaktu v důsledku elektrického oblouku, musíme se ujistit, že hodnota R je minimální. Na druhou stranu musí být hodnota R zvýšena, aby se snížilo jiskření kontaktů relé v důsledku zapínacího proudu.
Výzvou je stanovení hodnoty R mezi těmito scénáři.
Můžete začít s C = 0,1 μF nebo 100 nF, když vyberete kondenzátor, protože to je standardní hodnota, a tedy cenově výhodná. V závislosti na zkoušce výkonu tohoto kondenzátoru jej můžete zvyšovat, dokud nebude kapacita dostatečná.
Existuje několik metod k hodnocení výkonu zvolených hodnot tlumení. Některé lze provést pouze výpočtem nebo simulací. Odporové a indukční vlastnosti zátěže se však mohou jevit jako neurčité.
To je do značné míry způsobeno indukčností elektromechanických zátěží, které kolísají, když komponenty mění polohu.
Osvědčeným postupem je zkoumat průběh napětí napříč spínacími kontakty pomocí osciloskopu, zejména během otevírání kontaktů. Tlumící systém by měl zmírnit nebo alespoň minimalizovat elektrický oblouk, ke kterému dochází při otevírání a zavírání kontaktů.
Zvyšující se napětí by nemělo restartovat elektrický oblouk kontaktu. Kromě toho nesmí být maximální napětí na kondenzátoru v tlumiči větší než jmenovité napětí.
Ještě dalším způsobem, jak zjistit, zda tlumič pracuje správně pro jazýčkový spínač, je podívat se na mezeru kontaktů spínače a zkontrolovat zářivost světla vytvářeného obloukem.
Pokud je méně světla, znamená to, že energie vytvářející oblouk je málo, a proto vyžaduje delší životnost.
Poslední a nejpřesnější metodou zkoumání výkonu tlumiče je provedení testu života.
Životnost kontaktů je přímo úměrná počtu spínacích cyklů, nikoli počtu napájených a bezmotorových hodin.
Doporučuje se udržovat maximální počet operací za sekundu pro testování životnosti obloukových zátěží kolem 5 až 50 operací za sekundu.
To je kolem 5 až 50 Hz maximální frekvence. Počet testů, které můžete provést, závisí na elektrické zátěži a rozdílu mezi pohodlím a přesností.
Pokud potřebujete zjistit specifikace komponent pro tlumič, musíte zvážit několik dalších věcí, kromě popsané kontroly vyhodnocení oblouku, nejvyššího napětí kondenzátoru a životnosti.
Je zásadní, že když je spínací kontakt rozpojen, protéká proud tlumivým obvodem.
Musíte se ujistit, že tento proud nezpůsobuje problémy s aplikací tlumiče. Kromě toho je nezbytné potvrdit, že rozptyl výkonu v rezistoru tlumiče nepřekračuje jeho jmenovitý výkon.
Ještě jedna myšlenka je, že obvod RC tlumiče lze použít v kombinaci s obousměrnou diodou TVS MOV.
Odrušovač RC může být vysoce účinným obvodem při omezování počátečního napětí na rozpínacích kontaktech relé, zatímco TVS nebo MOV mohou být účinnější alternativou k omezení špičkových rázových napětí.
Reference:
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
Předchozí: Přesný obvod pro snímání a monitorování proudu pomocí IC NCS21xR Další: Tlačítkový obvod stmívače světla
