I denne artikel diskuterer vi formlen og teknikkerne til konfiguration af RC-kredsløbsnet til styring af lysbuen på tværs af relækontakter, mens du skifter tunge induktive belastninger.
Bueundertrykkelse
En bue produceres på tværs af kontakterne, når en kontakt eller et relæ åbnes. Med tiden kan denne tilstand nedbryde kontakterne.
For at overvinde dette problem indsættes en modstand / kondensator eller RC-kredsløb på tværs af kontakterne og beskytter dem. Når kontakterne er åbne, går den påførte spænding gennem kondensatoren og ikke kontakterne.
Under processen oplades kondensatoren hurtigere end kontaktens åbningstid, hvilket til sidst undgår, at der dannes en lysbue på tværs af kontakterne.
Indgangsstrømundertrykkelse
Når kontakterne lukkes, kan indgangsstrømmen fra den opladede kondensator og forsyningsspændingen være betydeligt højere end klassificeringerne for kontakterne, hvilket får dem til at forværres.
For at forhindre dette introduceres en modstand i serie med kondensatoren. Den fungerer som en strømbegrænser ved at absorbere startstrømmen markant og derved reducere den producerede lysbue og forlænge kontakternes levetid.
C.C Bates udviklede en formel til beregning af den modstands- og kapacitansværdi, der kræves til RC-netværket: C = jegto / 10, og Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Spændingen induceret ved kontaktåbningen kan bestemmes af
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Hvor VELLER= Spændingskilde
- I = Belastningsstrøm ved kontaktåbning
- RC= Modstand af RC Snubber
- C = Kapacitans af RC Snubber
- RL= Belastningsmodstand
I vores følgende eksempler taler vi om reedrelæ bue problemer, og prøv at evaluere de beregninger, der kræves for at designe RC-netværk på tværs af dets kontakter.
Da princippet om bueformning også kan være det samme i større relæer, kunne formlerne, der anvendes i reedrelæ, også anvendes til dimensionering af RC-netværk til de større relæer.
Hvordan der sker bue ved skift af reedrelæ
En reed-switch eller reed-sensor kan bruges til at styre en induktiv enhed som en relæspole, solenoid, transformer, lille motor osv.
Når reed-kontakten åbnes, vil opladningen, der er gemt i induktansen i enheden, tvinge kontakten til en høj spænding. Når kontakten åbner, er kontaktafstanden lille i starten.
Derfor kan bueformning mellem kontaktafstanden ske næsten øjeblikkeligt, mens kontakten lige åbner.
Fænomenet kan forekomme i både resistive og induktive belastninger, men da sidstnævnte producerer en højere spænding, ses øget lysbueaktivitet, hvilket reducerer switchens levetid.
En diode anvendes normalt af DC-induktive kredsløb for at undgå højspænding. Denne type diode kaldes flyback, frihjul eller fangstdiode.
Desværre er anvendelsen af denne diode ikke mulig i vekselstrømskredse.
Så vi skal bruge en metaloxidvaristor (MOV), en tovejs transient spændingsdæmper (TVS) -diode eller et RC-undertrykkelsesnetværk, også kendt som en snubber.
Disse forskellige tilgange til bueundertrykkelse har mange fordele og ulemper. Ikke brug af undertrykkelse er også en mulighed, hvis relæets kontaktliv ikke påvirkes uden det.
De mange faktorer, der bestemmer, hvilken tilgang der skal foretages, inkluderer omkostninger, kontaktlevetid, pakning osv.
Den grundlæggende årsag til design af gnistdæmpningskredsløb er at minimere lysbue og støj, der genereres, når relæer og afbrydere tilkobles.
RC Design Overvejelser
Brug af jævnstrømsforsyning med TVS-suppressordiode :
MOV- og TVS-dioderne leder strøm, når en tærskelspænding overskrides.
Normalt er disse dioder parallelt forbundet med kontakten. Selv ved lave spændinger som 24 VAC er disse enheder i stand til at arbejde effektivt.
Desuden kan de også fungere godt ved højere induktans 120 VAC belastninger. Sammenlignet med TVS-dioder har MOV-enheder tilføjet kapacitans.
Således, når en MOV-enhed anvendes, skal du overveje den kapacitans, der skal bruges. Hamlin-applikationsnoten beskriver dette scenario bedre.
Brug af tovejs TVS-diode
RC-undertrykkelse havde kanten på grund af begrænsning af kontaktspændingen nøjagtigt under kontaktåbningen, når kontaktafstanden er lille.
Desuden kan RC-undertrykkelse implementeres for at mindske lysbuer og forbedre levetiden i resistive belastninger.
På et RC-undertrykkelseskredsløb er en kondensator og et modstandsnetværk forbundet i serie monteret på tværs af kontakten i en parallel forbindelse.
En anden mulighed er at placere kondensatoren og modstanden over belastningen.
Mens det er ideelt at fastgøre RC-snubber over kontaktkontakten, er der en enorm ulempe, fordi dette skaber en strømsti til belastningen, når kontakten er åben.
Hvis snubber er installeret på tværs af belastningen, eliminerer den strømmen. Ændringer i forbindelserne og kildeimpedansen kan imidlertid påvirke effektiviteten af buedæmpningen.
Anvendelse af RC Snubber Parallel med kontakten
I snubber er værdierne for modstanden og kondensatoren afhængige af kravet.
Den valgte modstand skal have en værdi, der er høj nok til at begrænse den kapacitive afladningsstrøm, når kontakten på kontakten lukker. Samtidig skal den være lille nok til at begrænse spændingen, når kontakten åbner.
Hvis du vælger en stor kondensatorværdi, vil det helt sikkert mindske spændingspåvirkningen, mens kontaktkontakterne åbnes.
Men større kondensator kan være dyr og kan forårsage højere kapacitiv afladningsenergi i den tid, kontakten på kontakten lukker. Denne type gælder for både DC- og AC-kredsløb.
Brug af RC (Snubber) undertrykkelsesparallel med belastningen
Ohms lov anvendes til at vælge den mest passende modstandsværdi til buedæmpning.
I Ohms lov R = V / I , anvender vi formlen R = 0,5 (V.pk/ JegSW) og R = 0,3 (V.pk/ JegSW) , hvor Vpk er vekselstrømsspændingen ( 1.414 Vrms ) og jegSW er den nominelle koblingsstrøm for relækontakten).
For at mindske kontaktforringelsen på grund af lysbue, skal vi sørge for, at R-værdien er minimal. På den anden side skal R-værdien øges for at mindske relækontaktbue på grund af indgangsstrømmen.
Det er udfordringen at bestemme værdien af R imellem disse scenarier.
Du kan begynde med C = 0,1 μF eller 100 nF, når du vælger kondensatoren, fordi dette er standardværdi og dermed omkostningsvenligt. Afhængig af præstationsundersøgelsen af denne kondensator kan du øge den, indtil kapacitansen er tilstrækkelig.
Der er flere metoder til at vurdere ydeevnen for de valgte snubber-værdier. Nogle kan udføres bare ved beregning eller simulering. Imidlertid kan belastningens resistive og induktive træk virke på ubestemt tid.
Dette skyldes i høj grad induktansen af elektromekaniske belastninger, der svinger, når komponenterne skifter position.
Det er en god praksis at undersøge spændingsbølgeformen over kontaktkontakterne via et oscilloskop, især under kontaktåbning. Snubber-systemet skal lindre eller i det mindste minimere den lysbue, der sker, når kontakterne åbnes og lukkes.
Den stigende spænding bør ikke genstarte kontaktbuer. Desuden må den maksimale spænding over kondensatoren i snubber ikke være mere end dens spændingsklassificering.
Endnu en anden måde at finde ud af, om snubberen fungerer korrekt for en reed-switch, er at se på kontaktkontaktgabet og inspicere lyset fra lysbuen.
Hvis der er mindre lys, betyder det, at energien, der genererer lysbuen, er lille og derfor garanterer længere levetid.
Den sidste og mest præcise metode til at undersøge snubberens præstationer er at gennemføre en livstest.
Kontaktlevetid er direkte proportional med antallet af koblingscyklusser og ikke med antallet af drevne og ikke-strømforsynede timer.
Det tilrådes at holde det maksimale antal operationer pr. Sekund for levetidstestning af buelast er omkring 5 til 50 operationer pr. Sekund.
Dette er omkring 5 til 50 Hz med maksimal frekvens. Antallet af tests, du kan udføre, afhænger af den elektriske belastning og forskellen mellem bekvemmelighed og præcision.
Når du har brug for at finde ud af specifikationerne for komponenterne til snubber, skal du overveje et par andre ting også bortset fra den beskrevne inspektion af bueevaluering, højeste kondensatorspænding og levetid.
Det er grundlæggende, at når en kontaktkontakt åbnes, strømmer strøm gennem snubber-kredsløbet.
Du skal sikre dig, at denne strøm ikke forårsager problemer med snubberens applikation. Desuden er det vigtigt at bekræfte, at spredningen i snubberens modstand ikke overstiger dens effektværdi.
En yderligere tanke er, at et RC-snubberkredsløb kan bruges i kombination med en tovejs TVS-diode af MOV.
En RC-snubber kan være et meget effektivt kredsløb til at begrænse den indledende spænding over åbningsrelækontakterne, mens TVS eller MOV kan være et mere effektivt alternativ til at begrænse spændinger i spidsbelastning.
Referencer:
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
Forrige: Precision Current Sensing and Monitoring Circuit ved hjælp af IC NCS21xR Næste: Push-Button Light Dimmer Circuit
