V tem članku obravnavamo formulo in tehnike konfiguriranja omrežij RC vezja za nadzor obloka med relejnimi kontakti med preklapljanjem težkih induktivnih obremenitev.
Zatiranje loka
Ob odpiranju stikala ali releja na kontaktih nastane oblok. Sčasoma lahko to stanje obrabi kontakte.
Da bi odpravili to težavo, je na kontaktih razporejen upor / kondenzator ali RC vezje in jih zaščititi. Ko so kontakti odprti, gre napetost skozi kondenzator in ne skozi kontakte.
Med postopkom se kondenzator napolni hitreje kot čas odpiranja kontaktov, kar sčasoma prepreči, da bi se skozi kontakte oblikoval lok.
Zaviranje vklopnega toka
Ko se kontakti zaprejo, sta lahko vklopni tok napolnjenega kondenzatorja in napajalna napetost bistveno višja od nazivne vrednosti kontaktov, zaradi česar se poslabšajo.
Da bi to preprečili, je upor zaporedno uveden s kondenzatorjem. Deluje kot omejevalnik toka tako, da znatno absorbira vklopni tok, s čimer zmanjša nastali oblok in podaljša življenjsko dobo kontaktov.
C.C Bates je razvil formulo za izračun vrednosti upora in kapacitivnosti, ki je potrebna za RC omrežje: C = jazdva / 10 in Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Napetost, inducirana na kontaktni odprtini, lahko določimo z
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Kjer VALI= Vir napetosti
- I = obremenitveni tok pri odprtju kontakta
- RC= Odpornost RC Snubberja
- C = kapacitivnost RC Snubberja
- RL= Odpornost proti obremenitvi
V naslednjih primerih govorimo o trsni rele težave z lokom in poskusite ovrednotiti izračune, potrebne za načrtovanje RC omrežij v njegovih stikih.
Ker je lahko princip obloka enak tudi pri večjih relejih, bi lahko formule, uporabljene v trstičnem releju, uporabili tudi za dimenzioniranje RC omrežij za večje releje.
Kako se oblok zgodi pri preklopu releja trstike
Trstično stikalo ali trstični senzor se lahko uporablja za krmiljenje induktivne naprave, kot je tuljava releja, elektromagnet, transformator, majhen motor itd.
Ko se trsno stikalo odpre, bo naboj, shranjen v induktivnosti v napravi, prisilil stikalne stike na visoko napetost. Ko se stikalo odpre, je kontaktna reža na začetku majhna.
Zato se lahko lok med kontaktno režo zgodi skoraj takoj, ko se stikalo šele odpre.
Pojav se lahko pojavi pri uporovnih in induktivnih obremenitvah, a ker slednje povzročajo višjo napetost, se opazi povečana obločna aktivnost, s čimer se zmanjša življenjska doba stikala.
DC induktivna vezja običajno uporabljajo diodo, da se izognejo visoki napetosti. Ta vrsta diode se imenuje povratna dioda, prosti tek ali lovilna dioda.
Na žalost uporaba te diode v izmeničnih tokokrogih ni mogoča.
Torej, uporabiti moramo kovinsko-oksidni varistor (MOV), dvosmerno prehodno diodo za zaviranje napetosti (TVS) ali mrežo za dušenje RC, znano tudi kot snuber.
Ti raznoliki pristopi za zatiranje obloka imajo številne prednosti in slabosti. Neuporaba zatiranja je tudi možnost, če brez nje ne vpliva na življenjsko dobo releja.
Številni dejavniki, ki določajo, kateri pristop je treba izvesti, vključujejo stroške, življenjsko dobo stika, pakiranje itd.
Temeljni razlog za zasnovo vezja za preprečevanje iskre je zmanjšanje obloka in hrupa, ki nastane pri vklopu relejev in stikal.
Premisleki o oblikovanju RC
Uporaba enosmernega napajanja z zaviralno diodo TVS :
Diode MOV in TVS prevajajo tok, ko je presežena mejna napetost.
Običajno so te diode vzporedno povezane s stikalnim kontaktom. Tudi pri nizkih napetostih, kot je 24 VAC, lahko te naprave delujejo učinkovito.
Poleg tega lahko dobro delujejo tudi pri večji induktivnosti 120 VAC obremenitev. V primerjavi z diodami TVS imajo naprave MOV dodano kapacitivnost.
Ko uporabljate napravo MOV, morate upoštevati kapacitivnost, ki jo želite uporabiti. Opomba k prijavi v Hamlinu bolje opisuje ta scenarij.
Uporaba dvosmerne TVS diode
Zatiranje RC je imelo prednost zaradi natančne omejitve kontaktne napetosti stikala med odpiranjem stikala, ko je kontaktna reža majhna.
Poleg tega je mogoče zmanjšati RC za zmanjšanje obloka in izboljšati življenjsko dobo uporovnih obremenitev.
Na RC dušilnem vezju je kondenzator in uporno omrežje zaporedno povezano preko stikalnega kontakta v vzporedni povezavi.
Druga možnost je, da kondenzator in upor postavite čez breme.
Čeprav je pritrditev RC snuberja na stikalni kontakt idealna, obstaja velika pomanjkljivost, ker to ustvari trenutno pot do bremena, ko je stikalo odprto.
Če je snubber nameščen čez breme, to odpravi tok. Spremembe povezav in impedanca vira pa lahko vplivajo na učinkovitost dušenja obloka.
Uporaba RC Snubber vzporedno s stikalom stikala
V snuberju so vrednosti upora in kondenzatorja odvisne od zahteve.
Izbrani upor mora imeti dovolj visoko vrednost, da omeji kapacitivni izpustni tok, ko se kontakti stikala zaprejo. Hkrati mora biti dovolj majhen, da omeji napetost, ko se stikalni kontakti odprejo.
Če izberete veliko vrednost kondenzatorja, bo to zagotovo zmanjšalo vpliv napetosti, medtem ko se stikalni kontakti odprejo.
Toda večji kondenzator je lahko drag in lahko povzroči večjo kapacitivno energijo praznjenja, ko se stiki stikala zaprejo. Ta vrsta velja za enosmerna in izmenična vezja.
Uporaba vzporednika zatiranja RC (snubber) z obremenitvijo
Ohmov zakon se uporablja za izbiro najprimernejše vrednosti upora za dušenje loka.
V Ohmovem zakonu R = V / I , uporabimo formulo R = 0,5 (Vpk/ JAZSW) in R = 0,3 (Vpk/ JAZSW) , kje Vpk je največja izmenična napetost ( 1,414 Vrms ) in jazSW je nazivni preklopni tok relejskega kontakta).
Da bi zmanjšali poslabšanje kontaktov zaradi obloka, moramo zagotoviti, da je vrednost R minimalna. Po drugi strani pa je treba vrednost R povečati, da se zaradi vklopnega toka zmanjša relejni kontaktni oblok.
Določitev vrednosti R med temi scenariji je izziv.
Lahko začnete z C = 0,1 μF ali 100 nF pri izbiri kondenzatorja, ker je to standardna vrednost in s tem stroškovno prijazno. Glede na pregled zmogljivosti tega kondenzatorja ga lahko povečate, dokler kapacitivnost ni zadostna.
Obstaja več metod za oceno učinkovitosti izbranih snubber vrednosti. Nekatere lahko izvedemo samo z izračunom ali simulacijo. Uporne in induktivne značilnosti obremenitve so lahko nedoločene.
To je v veliki meri posledica induktivnosti elektromehanskih obremenitev, ki niha, ko sestavni deli spremenijo položaj.
Dobra praksa je, da skozi osciloskop preučimo napetostno valovno obliko na stikalnih kontaktih, zlasti med odpiranjem kontaktov. Snubber sistem mora ublažiti ali vsaj zmanjšati oblok, ki se zgodi, ko se kontakti odpirajo in zapirajo.
Naraščajoča napetost ne sme ponovno zagnati kontaktnega obloka. Poleg tega največja napetost na kondenzatorju v snuberju ne sme biti večja od napetosti.
Še en način, da ugotovimo, ali snubber deluje pravilno za trstičasto stikalo, je pogled na kontaktno režo stikala in pregled sevanja svetlobe, ki jo ustvarja lok.
Če je svetlobe manj, to pomeni, da je energije, ki ustvarja lok, malo in zato zagotavlja daljše življenje.
Zadnja in najbolj natančna metoda preučevanja učinkovitosti snuberja je izvedba življenjskega testa.
Življenjska doba kontakta je neposredno sorazmerna s številom preklopnih ciklov in ne s številom ur z napajanjem in brez pogona.
Priporočljivo je, da je največje število operacij na sekundo za življenjsko preizkušanje obločnih obremenitev približno 5 do 50 operacij na sekundo.
To je približno 5 do 50 Hz največje frekvence. Število preskusov, ki jih lahko izvedete, je odvisno od električne obremenitve in razlike med udobjem in natančnostjo.
Ko morate izvedeti specifikacije komponent za snubber, morate poleg opisanega pregleda ocene obloka, najvišje napetosti in življenjske dobe kondenzatorja upoštevati še nekaj drugih stvari.
Bistveno je, da ko se stikalni kontakt odpre, tok teče skozi snubber vezje.
Prepričati se morate, da ta tok ne povzroča težav snuberjevi aplikaciji. Poleg tega je nujno potrditi, da odvajanje moči v snubberjevem uporu ne presega njegove moči.
Še ena misel je, da je mogoče uporabiti RC snubber vezje v kombinaciji z dvosmerno TVS diodo MOV.
RC snubber je lahko zelo učinkovito vezje pri omejevanju začetne napetosti na kontaktih odpiralnega releja, medtem ko sta TVS ali MOV lahko učinkovitejša alternativa za omejevanje največjih napetostnih napetosti.
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
Prejšnja: Natančno zaznavanje in nadzor tokokroga z uporabo IC NCS21xR Naprej: Krog gumba za zatemnitev svetlobe
