Preveniți arcuirea relei folosind circuite RC Snubber

În acest articol discutăm formula și tehnicile de configurare a rețelelor de circuite RC pentru controlul arcului în contactele releului în timp ce comutați sarcini inductive grele.

Suprimarea arcului

Un arc este produs între contacte atunci când un comutator sau un releu este deschis. Cu timpul, această condiție poate uza contactele.

Pentru a depăși această problemă, un rezistor / condensator sau un circuit RC este desfășurat pe contacte și le protejează. Odată ce contactele sunt deschise, tensiunea aplicată trece prin condensator și nu prin contacte.

În timpul procesului, condensatorul se încarcă mai repede decât timpul de deschidere al contactelor, ceea ce evită în cele din urmă formarea unui arc între contacte.

Suprimarea curentului de intrare

Când contactele se închid, curentul de intrare de la condensatorul încărcat și tensiunea de alimentare pot fi semnificativ mai mari decât valorile nominale ale contactelor, determinând astfel agravarea acestora.

Pentru a preveni acest lucru, un rezistor este introdus în serie cu condensatorul. Funcționează ca un limitator de curent prin absorbția semnificativă a curentului de intrare, reducând astfel arcul produs și prelungind durata de viață a contactelor.

C.C Bates a dezvoltat o formulă pentru calcularea rezistenței și valorii capacității necesare pentru rețeaua RC: C = Eu^Două / 10 și Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]

Tensiunea indusă la deschiderea contactului poate fi determinată de

V = IRc = ( Rc / RL ) Vo

• Unde V_SAU= Sursa de tensiune
• I = Încărcați curentul la deschiderea contactului
• R_C= Rezistența RC Snubber
• C = Capacitatea RC Snubber
• R_L= Rezistența la încărcare

În exemplele noastre următoare vorbim despre releu stuf probleme de arc și încercați să evaluați calculele necesare pentru proiectarea rețelelor RC în contactele sale.

Deoarece principiul arcului poate fi același și în releele mai mari, formulele utilizate în releul de reed ar putea fi aplicate și pentru dimensionarea rețelelor RC pentru releele mai mari.

Cum se întâmplă arcul în comutarea relei Reed

Un comutator reed sau un senzor reed poate fi utilizat pentru controlul unui dispozitiv inductiv, cum ar fi o bobină de releu, solenoid, transformator, motor mic etc.

Când comutatorul reed se deschide, încărcarea stocată în inductanța din dispozitiv va forța contactele comutatorului la o tensiune ridicată. Odată ce comutatorul se deschide, golul de contact este mic la început.

Prin urmare, arcuirea între decalajul de contact se poate întâmpla aproape imediat în timp ce comutatorul se deschide.

Fenomenul poate apărea atât în ​​sarcini rezistive, cât și în sarcini inductive, dar din moment ce acestea din urmă produc o tensiune mai mare, se observă o activitate de arc crescută, reducând astfel durata de viață a comutatorului.

O diodă este utilizată în mod normal de circuitele inductive DC pentru a evita tensiunea ridicată. Acest tip de diodă se numește flyback, freewheeling sau diodă de captură.

Din păcate, aplicarea acestei diode nu este posibilă în circuitele de curent alternativ.

Deci, trebuie să folosim un varistor de oxid de metal (MOV), o diodă supresoare de tensiune tranzitorie bidirecțională (TVS) sau o rețea de supresie RC, cunoscută și sub numele de snubber.

Aceste abordări diverse de suprimare a arcului au multe argumente pro și contra. Neutilizarea suprimării este, de asemenea, o opțiune dacă viața de contact a releului nu este afectată fără ea.

Mulți factori care determină abordarea care trebuie întreprinsă includ costul, durata de contact, ambalarea etc.

Motivul fundamental pentru proiectarea circuitelor de suprimare a scânteilor este acela de a reduce la minimum arcurile și zgomotul generat la angajarea releelor ​​și comutatoarelor.

Considerații de proiectare RC

Utilizarea sursei de curent continuu cu dioda supresoare TVS :

Diodele MOV și TVS conduc curentul atunci când se depășește o tensiune de prag.

În mod normal, aceste diode sunt conectate în paralel la contactul comutatorului. Chiar și la tensiuni mici, cum ar fi 24 VCA, aceste dispozitive sunt capabile să funcționeze eficient.

Mai mult, pot funcționa bine și la inductanțe mai mari 120 VAC. Comparativ cu diodele TVS, dispozitivele MOV au capacitate adăugată.

Astfel, atunci când este utilizat un dispozitiv MOV, trebuie să luați în considerare capacitatea de utilizat. Nota aplicației Hamlin descrie mai bine acest scenariu.

Utilizarea diodei TVS bidirecționale

Suprimarea RC a avut marginea datorită limitării tensiunii de contact a comutatorului exact în timpul deschiderii comutatorului, atunci când golul de contact este mic.

În plus, suprimarea RC poate fi implementată pentru a reduce arcurile și pentru a îmbunătăți durata de viață în sarcini rezistive.

Pe un circuit de suprimare RC, o rețea de condensatori și rezistențe conectate în serie este montată pe contactul comutatorului într-o conexiune paralelă.

O altă opțiune este să plasați condensatorul și rezistența peste sarcină.

În timp ce atașarea snubber-ului RC pe contactul comutatorului este ideală, există un dezavantaj imens, deoarece acest lucru creează o cale curentă către sarcină atunci când comutatorul este deschis.

Dacă snubber-ul este instalat peste sarcină, elimină curentul. Cu toate acestea, modificările conexiunilor și impedanței sursei pot afecta eficiența suprimării arcului.

Aplicarea RC Snubber Parallel cu contactul de comutare

În snubber, valorile rezistenței și ale condensatorului sunt dependente de cerință.

Rezistorul ales trebuie să aibă o valoare suficient de mare pentru a restricționa curentul de descărcare capacitiv atunci când contactele comutatorului se închid. În același timp, trebuie să fie suficient de mic pentru a restricționa tensiunea atunci când contactele comutatorului se deschid.

Dacă alegeți o valoare mare a condensatorului, acesta va reduce cu siguranță impactul tensiunii în timp ce contactele comutatorului se deschid.

Dar condensatorul mai mare poate fi costisitor și poate provoca o energie de descărcare capacitivă mai mare în timpul închiderii contactelor comutatorului. Acest tip se aplică atât circuitelor de curent continuu, cât și circuitelor de curent alternativ.

Folosind RC (Snubber) Suppression Paralle cu Load

Legea lui Ohm este aplicată pentru a alege cea mai potrivită valoare a rezistenței pentru suprimarea arcului.

În legea lui Ohm R = V / I , aplicăm formula R = 0,5 (V_pk/ Eu_SW) și R = 0,3 (V_pk/ Eu_SW) , Unde V_pk este tensiunea de vârf AC ( 1,414 Vrms ) și Eu_SW este curentul nominal de comutare al contactului releului).

Pentru a reduce degradarea contactului datorită arcului, trebuie să ne asigurăm că valoarea R este minimă. Pe de altă parte, valoarea R trebuie să fie mărită pentru a reduce contactul releului arcuit din cauza curentului de intrare.

Determinarea valorii lui R între aceste scenarii este provocarea.

Puteți începe cu C = 0,1μF sau 100 nF, atunci când selectați condensatorul, deoarece aceasta este o valoare standard și, prin urmare, costisitoare. În funcție de examinarea performanței acestui condensator, îl puteți crește până când capacitatea este suficientă.

Există mai multe metode de evaluare a performanțelor valorilor alese. Unele pot fi realizate doar prin calcul sau simulare. Cu toate acestea, caracteristicile rezistive și inductive ale sarcinii pot apărea nedeterminate.

Acest lucru este cauzat în mare parte de inductanța sarcinilor electromecanice care fluctuează atunci când componentele își schimbă poziția.

Este o practică bună să examinați forma de undă de tensiune între contactele comutatorului printr-un osciloscop, în special în timpul deschiderii contactului. Sistemul snubber ar trebui să atenueze sau cel puțin să minimizeze arcul care se întâmplă atunci când contactele se deschid și se închid.

Tensiunea în creștere nu ar trebui să repornească arcul de contact. În plus, tensiunea maximă pe condensator în snubber nu trebuie să depășească valoarea nominală.

O altă modalitate de a afla dacă snubber-ul funcționează corect pentru un comutator reed este să vă uitați la golul de contact al comutatorului și să inspectați strălucirea luminii produse de arc.

Dacă există mai puțină lumină, asta înseamnă că energia generatoare a arcului este mică și, prin urmare, garantează o durată mai mare de viață.

Metoda finală și cea mai precisă de examinare a performanței snubberului este efectuarea unui test de viață.

Durata de viață a contactului este direct proporțională cu numărul de cicluri de comutare și nu cu numărul de ore alimentate și fără alimentare.

Se recomandă păstrarea numărului maxim de operații pe secundă pentru testarea duratei de viață a sarcinilor de arcare în jur de 5 până la 50 de operații pe secundă.

Aceasta este de aproximativ 5 până la 50 Hz de frecvență maximă. Numărul de teste pe care le puteți efectua depinde de sarcina electrică și de diferența dintre confort și precizie.

Când trebuie să aflați specificațiile componentelor pentru snubber, trebuie să luați în considerare și alte câteva lucruri, în afară de inspecția descrisă pentru evaluarea arcului, cea mai mare tensiune a condensatorului și durata de viață.

Este fundamental ca atunci când un contact de comutare este deschis, curentul să curgă prin circuitul snubber.

Trebuie să vă asigurați că acest curent nu cauzează probleme aplicației snubber-ului. Mai mult, este esențial să confirmați că disiparea puterii în rezistența snubberului nu depășește puterea sa.

Un alt gând este că un circuit RC snubber poate fi utilizat în combinație cu o diodă TVS bidirecțională a MOV.

Un snubber RC poate fi un circuit extrem de eficient în limitarea tensiunii inițiale în contactele releului de deschidere, în timp ce televizorul sau MOV poate fi o alternativă mai eficientă pentru restricționarea tensiunilor de supratensiune.

Referințe:

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