В этой статье мы обсуждаем формулу и методы конфигурирования цепей RC для управления дугой на контактах реле при переключении тяжелых индуктивных нагрузок.
Подавление дуги
При размыкании переключателя или реле на контактах возникает дуга. Со временем это состояние может привести к износу контактов.
Чтобы решить эту проблему, между контактами устанавливается резистор / конденсатор или RC-цепь, которая защищает их. Когда контакты разомкнуты, приложенное напряжение проходит через конденсатор, а не через контакты.
Во время процесса конденсатор заряжается быстрее, чем время размыкания контактов, что в конечном итоге позволяет избежать образования дуги на контактах.
Подавление пускового тока
Когда контакты замыкаются, пусковой ток заряженного конденсатора и напряжение питания могут быть значительно выше номинальных значений контактов, что приводит к их ухудшению.
Чтобы предотвратить это, резистор включен последовательно с конденсатором. Он действует как ограничитель тока, значительно поглощая пусковой ток, тем самым уменьшая возникающую дугу и продлевая срок службы контактов.
Бейтс разработал формулу для расчета значений сопротивления и емкости, необходимых для RC-цепи: C знак равно ядва / 10 и Rc= Vo /[10I{1+(50/Vo)}]
Напряжение, индуцируемое при размыкании контактов, можно определить по формуле
V= IRc знак равно Rc / RL ) Vo
- Где VИЛИ ЖЕ= Источник напряжения
- I = ток нагрузки при размыкании контакта
- рC= Сопротивление демпфера RC
- C = емкость RC демпфера
- рL= Сопротивление нагрузки
В следующих примерах мы говорим о герконовое реле проблемы дуги, и попытайтесь оценить расчеты, необходимые для проектирования RC-сетей через его контакты.
Поскольку принцип возникновения дуги может быть таким же и в более крупных реле, формулы, используемые в герконовом реле, могут также применяться для определения размеров RC-цепей для более крупных реле.
Как возникает дуга при переключении герконового реле
Герконовый переключатель или геркон можно использовать для управления индуктивным устройством, таким как катушка реле, соленоид, трансформатор, небольшой двигатель и т. Д.
Когда геркон размыкается, заряд, накопленный в индуктивности устройства, вынуждает контакты переключателя перейти на высокое напряжение. Когда переключатель размыкается, контактный зазор вначале становится крошечным.
Следовательно, искрение между контактным зазором может возникнуть почти сразу, когда переключатель только размыкается.
Это явление может происходить как в резистивных, так и в индуктивных нагрузках, но поскольку последние производят более высокое напряжение, наблюдается повышенная активность дуги, что сокращает срок службы переключателя.
Диод обычно используется в индуктивных цепях постоянного тока, чтобы избежать высокого напряжения. Этот тип диода называется обратным, обратным или обратным диодом.
К сожалению, применение этого диода в цепях переменного тока невозможно.
Таким образом, мы должны использовать металлооксидный варистор (MOV), двунаправленный диод-ограничитель переходного напряжения (TVS) или RC-цепочку, также известную как демпфер.
У этих разнообразных подходов к гашению дуги есть много плюсов и минусов. Также можно отказаться от подавления, если без него срок службы контактов реле не изменится.
Многие факторы, которые определяют, какой подход необходимо предпринять, включают стоимость, срок службы контактов, упаковку и т. Д.
Основной причиной создания схем искрогасителя является минимизация дугового разряда и шума, возникающего при включении реле и переключателей.
Рекомендации по проектированию RC
Использование источника постоянного тока с подавляющим диодом TVS :
Диоды MOV и TVS проводят ток при превышении порогового напряжения.
Обычно эти диоды подключаются к переключающему контакту параллельно. Даже при низком напряжении, например 24 В переменного тока, эти устройства могут работать эффективно.
Более того, они также могут хорошо работать при нагрузках с более высокой индуктивностью 120 В переменного тока. По сравнению с TVS-диодами, MOV-устройства имеют дополнительную емкость.
Таким образом, когда используется MOV-устройство, вы должны учитывать используемую емкость. Примечание по применению Hamlin лучше описывает этот сценарий.
Использование двунаправленного диода TVS
Подавление RC имеет преимущество, так как ограничивает напряжение на контакте переключателя точно во время размыкания переключателя, когда зазор между контактами небольшой.
Кроме того, может быть реализовано подавление RC, чтобы уменьшить искрение и увеличить срок службы резистивных нагрузок.
В RC-цепи подавления цепи конденсатор и резистор, соединенные последовательно, устанавливаются на переключающем контакте параллельно.
Другой вариант - разместить конденсатор и резистор поперек нагрузки.
Хотя присоединение демпфера RC к контакту переключателя является идеальным, это имеет огромный недостаток, потому что это создает путь тока к нагрузке, когда переключатель разомкнут.
Если демпфер установлен поперек нагрузки, он устраняет ток. Однако изменения в соединениях и импедансе источника могут повлиять на эффективность гашения дуги.
Применение демпфера RC параллельно с контактом переключателя
В демпфере номиналы резистора и конденсатора зависят от требований.
Выбранный резистор должен иметь достаточно высокое значение, чтобы ограничить ток емкостного разряда при замыкании контактов переключателя. В то же время он должен быть достаточно маленьким, чтобы ограничивать напряжение при размыкании контактов переключателя.
Если вы выберете конденсатор большой емкости, он обязательно снизит воздействие напряжения при размыкании контактов переключателя.
Но конденсатор большего размера может быть дорогостоящим и может вызывать более высокую энергию емкостного разряда во время замыкания контактов переключателя. Этот тип применяется как к цепям постоянного, так и переменного тока.
Использование RC (демпфера) подавления параллельно с нагрузкой
Для выбора наиболее подходящего номинала резистора для гашения дуги применяется закон Ома.
В законе Ома R = V / I , применим формулу R = 0,5 (Вpk/ ISW) и R = 0,3 (Вpk/ ISW) , куда Vpk - пиковое напряжение переменного тока ( 1,414 В среднекв. ) и яSW - номинальный коммутируемый ток контакта реле).
Чтобы уменьшить деградацию контактов из-за дуги, мы должны убедиться, что значение R. С другой стороны, значение R должно быть увеличено, чтобы уменьшить искрение контактов реле из-за пускового тока.
Определение значения R между этими сценариями является сложной задачей.
Вы можете начать с C = 0,1 мкФ или 100 нФ при выборе конденсатора, потому что это стандартное значение и, следовательно, экономичное. В зависимости от проверки характеристик этого конденсатора вы можете увеличивать его, пока емкость не станет достаточной.
Существует несколько методов оценки характеристик выбранных значений демпфера. Некоторые из них могут быть выполнены просто расчетом или моделированием. Однако резистивные и индуктивные характеристики нагрузки могут быть неопределенными.
Это в значительной степени вызвано индуктивностью электромеханических нагрузок, которая колеблется при изменении положения компонентов.
Рекомендуется исследовать форму напряжения на контактах переключателя с помощью осциллографа, особенно во время размыкания контактов. Система демпфера должна уменьшать или, по крайней мере, минимизировать искрение, которое возникает при размыкании и замыкании контактов.
Повышение напряжения не должно возобновлять искрение контактов. Кроме того, максимальное напряжение на конденсаторе в демпфере не должно быть больше номинального напряжения.
Еще один способ узнать, правильно ли работает демпфер для геркона, - это посмотреть на контактный зазор переключателя и проверить яркость света, создаваемого дугой.
Если света меньше, это означает, что энергия, генерирующая дугу, мала и, следовательно, обеспечивает более длительный срок службы.
Последний и самый точный метод проверки работы демпфера - это испытание на жизнь.
Срок службы контактов прямо пропорционален количеству циклов переключения, а не количеству часов включенного и выключенного питания.
Рекомендуется поддерживать максимальное количество операций в секунду для ресурсных испытаний дуговых нагрузок на уровне от 5 до 50 операций в секунду.
Это от 5 до 50 Гц от максимальной частоты. Количество тестов, которые вы можете провести, зависит от электрической нагрузки и разницы между удобством и точностью.
Когда вам нужно узнать характеристики компонентов демпфера, вы должны рассмотреть еще несколько вещей, помимо описанной проверки оценки дуги, максимального напряжения и срока службы конденсатора.
Принципиально то, что при размыкании контакта переключателя ток течет через демпферную цепь.
Вы должны убедиться, что этот ток не создает проблем для применения демпфера. Кроме того, важно подтвердить, что рассеиваемая мощность в демпфирующем резисторе не превышает его номинальную мощность.
Еще одна мысль заключается в том, что RC-демпферную схему можно использовать в сочетании с двунаправленным TVS-диодом MOV.
Демпфер RC может быть высокоэффективной схемой для ограничения начального напряжения на размыкающих контактах реле, в то время как TVS или MOV могут быть более эффективной альтернативой для ограничения пикового скачка напряжения.
Рекомендации:
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_mintage_sensors_and_reed_switches_inductive_load_arc_suppression_application_note.pdf.pdf
Предыдущая: Прецизионная схема измерения и контроля тока с использованием IC NCS21xR Далее: Цепь кнопочного регулятора яркости
