Ebben a cikkben megvitatjuk az RC áramkörök konfigurálásának képletét és technikáit az ívirányítás vezérléséhez a relékontaktusokon keresztül, miközben nehéz induktív terheléseket kapcsolunk.
Az ív elnyomása
Az érintkezőkön ív keletkezik, amikor kapcsolót vagy relét nyitunk. Idővel ez az állapot megkophatja az érintkezőket.
Ennek a problémának a kiküszöbölése érdekében egy ellenállást / kondenzátort vagy RC áramkört telepítenek az érintkezőkön keresztül, és megóvják őket. Miután az érintkezők nyitva vannak, az alkalmazott feszültség a kondenzátoron megy keresztül, és nem az érintkezőkön.
A folyamat során a kondenzátor gyorsabban töltődik fel, mint az érintkezők nyitási ideje, ami végül elkerüli az ív kialakulását az érintkezőkön.
Bekapcsolási áram elnyomás
Amikor az érintkezők záródnak, a feltöltött kondenzátorból származó beáramló áram és a tápfeszültség lényegesen magasabb lehet, mint az érintkezők névleges értéke, és ezáltal romlik.
Ennek megakadályozása érdekében sorba állítanak egy ellenállást a kondenzátorral. Áramkorlátozóként működik, mivel jelentősen elnyeli a beáramló áramot, ezáltal csökkentve az előállított ívet és meghosszabbítva az érintkezők élettartamát.
C.C Bates kifejlesztett egy képletet az RC hálózathoz szükséges ellenállás és kapacitásérték kiszámításához: C = énkét / 10, és Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Az érintkező nyílásánál indukált feszültséget a következők segítségével lehet meghatározni
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Ahol VVAGY= Feszültségforrás
- I = terhelési áram az érintkező nyitásakor
- RC= RC Snubber ellenállása
- C = RC Snubber kapacitása
- RL= Terhelési ellenállás
Következő példáinkban a nádváltó kérdéseket, és próbálja kiértékelni az RC-hálózatok kontaktusai közötti tervezéséhez szükséges számításokat.
Mivel az ívelés elve a nagyobb reléknél is megegyezhet, a nád relében alkalmazott képletek alkalmazhatók a nagyobb relék RC hálózatának méretezésére is.
Hogyan történik az ívelés a nád relé kapcsolásában
Nádkapcsoló vagy nádszenzor használható egy olyan induktív eszköz vezérlésére, mint a relétekercs, mágnesszelep, transzformátor, kismotor stb.
Amikor a nádkapcsoló kinyílik, a készülék induktivitásában tárolt töltés nagy feszültségre kényszeríti a kapcsoló érintkezőit. Amint a kapcsoló kinyílik, az érintkezési rés eleinte apró.
Ezért az érintkezési rés közötti ívelés szinte azonnal megtörténhet, miközben a kapcsoló éppen nyílik.
A jelenség mind rezisztív, mind induktív terheléseknél előfordulhat, de mivel ez utóbbiak nagyobb feszültséget produkálnak, megnövekedett ívaktivitás tapasztalható, így csökken a kapcsoló élettartama.
A DC feszültség elkerülése érdekében az egyenáramú induktív áramkörök általában diódát használnak. Ezt a diódatípust flyback, freewheing vagy catch diódának hívják.
Sajnos ennek a diódának az alkalmazása nem lehetséges az AC áramkörökben.
Tehát használnunk kell egy fém-oxid varisztort (MOV), egy kétirányú tranziens feszültségcsökkentő (TVS) diódát vagy egy RC elnyomó hálózatot, amelyet snubbernek is neveznek.
Ezeknek a sokféle íveltompító megközelítésnek számos előnye és hátránya van. Ha a relé érintkezési idejét nem befolyásolja nélküle, akkor az elnyomás nem használható.
Az a sok tényező, amely meghatározza, hogy melyik megközelítést kell alkalmazni, többek között a költség, az érintkezési idő, a csomagolás stb.
A szikraelnyomó áramkörök kialakításának alapvető oka az ívek és a relék és kapcsolók bekapcsolásakor keletkező zaj minimalizálása.
RC tervezési szempontok
DC tápellátás használata a TVS szuppresszor diódával :
A MOV és a TVS diódák áramot vezetnek, ha túllépik a küszöbfeszültséget.
Normál esetben ezek a diódák párhuzamosan vannak kapcsolva a kapcsoló érintkezőjével. Még olyan alacsony feszültségeken is, mint 24 VAC, ezek az eszközök képesek hatékonyan működni.
Sőt, nagyobb induktivitású, 120 VAC-os terheléseknél is jól működhetnek. A TVS diódákhoz képest a MOV eszközök kapacitással rendelkeznek.
Tehát egy MOV eszköz használatakor figyelembe kell venni az alkalmazott kapacitást. A Hamlin alkalmazásjegyzete jobban leírja ezt a forgatókönyvet.
Kétirányú TVS dióda használata
Az RC elnyomásnak azért volt éle, mert a kapcsoló érintkező feszültségét pontosan korlátozta a kapcsoló nyitása során, amikor az érintkezési hézag kicsi.
Ezenkívül az RC elnyomása megvalósítható az ívterhelés csökkentése és az ellenálló terhelések élettartamának javítása érdekében.
Az RC elnyomó áramkörön egy sorba kapcsolt kondenzátor és ellenállás hálózat párhuzamos kapcsolatban van a kapcsoló érintkezőjén keresztül.
Egy másik lehetőség a kondenzátor és az ellenállás terhelésre helyezése.
Bár az RC snubber ideális csatlakoztatása a kapcsoló érintkezõjére, óriási hátránya van, mert ez egy áramvonalat hoz létre a terheléshez, amikor a kapcsoló nyitva van.
Ha a snubber a terhelésre van felszerelve, akkor az áramot megszünteti. A kapcsolatok és a forrásimpedancia változásai azonban befolyásolhatják az íveltompítás hatékonyságát.
RC Snubber alkalmazása a kapcsolóval
A snubberben az ellenállás és a kondenzátor értékei a követelményektől függenek.
A választott ellenállás értékének elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy korlátozza a kapacitív kisülési áramot, amikor a kapcsoló érintkezői záródnak. Ugyanakkor elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy korlátozza a feszültséget, amikor a kapcsoló érintkezői kinyílnak.
Ha nagy kondenzátorértéket választ, az biztosan csökkenti a feszültség hatását, miközben a kapcsoló érintkezői kinyílnak.
De a nagyobb kondenzátor drága lehet, és nagyobb kapacitív kisülési energiát okozhat a kapcsoló érintkezőinek lezárása alatt. Ez a típus egyenáramú és váltakozó áramú áramkörökre egyaránt vonatkozik.
RC (Snubber) Suppression Paralle használata a terheléssel
Ohm törvényét alkalmazzák az íveltompításhoz legmegfelelőbb ellenállásérték kiválasztására.
Ohm törvényében R = V / I , alkalmazzuk a képletet R = 0,5 (Vpk/ ISW) és R = 0,3 (Vpk/ ISW) , hol Vpk az AC csúcsfeszültség ( 1,414 Vrms ) és énSW a relékontaktus névleges kapcsolási árama).
Az ív okozta kontaktusromlás csökkentése érdekében meg kell bizonyosodnunk arról, hogy az R értéke minimális. Másrészt az R értéket meg kell növelni, hogy csökkentse a relé érintkező ívét a bekapcsolási áram miatt.
Az R értékének meghatározása e forgatókönyvek között a kihívás.
Kezdheti azzal C = 0,1 μF vagy 100 nF, a kondenzátor kiválasztásakor, mert ez szabványos érték, és ezáltal költségkímélő. Ennek a kondenzátornak a teljesítményvizsgálatától függően addig növelheti, amíg a kapacitás elegendő nem lesz.
Számos módszer létezik a kiválasztott snubber-értékek teljesítményének értékelésére. Néhányat csak számítással vagy szimulációval lehet végrehajtani. A terhelés rezisztív és induktív tulajdonságai azonban határozatlannak tűnhetnek.
Ezt nagyrészt az elektromechanikus terhelések induktivitása okozza, amely az alkatrészek helyzetének megváltoztatásakor ingadozik.
Jó gyakorlat megvizsgálni a kapcsoló érintkezőinek feszültség hullámformáját oszcilloszkópon keresztül, különösen az érintkezés nyitása során. A snubber rendszernek enyhítenie vagy legalább minimalizálnia kell az íveket, amikor az érintkezők kinyílnak és bezáródnak.
A növekvő feszültségnek nem szabad újraindítania az érintkezést. Ezenkívül a kondenzátoron a maximális feszültség nem lehet nagyobb, mint a névleges feszültség.
Még egy másik módja annak kiderítésére, hogy a szálkás megfelelően működik-e a nádkapcsolónál, ha megnézi a kapcsoló érintkezési rését és megvizsgálja az ív által keltett fény sugárzását.
Ha kevesebb a fény, ez azt jelenti, hogy az ívet létrehozó energia kevés, ezért hosszabb élettartamot igényel.
A snubber teljesítményének vizsgálatának utolsó és legpontosabb módszere az életpróba elvégzése.
Az érintkezési idő egyenesen arányos a kapcsolási ciklusok számával, és nem az áramellátás nélküli és az áramellátás nélküli órák számával.
Javasoljuk, hogy a maximális műveletek száma másodpercenként megmaradjon 5-50 művelet másodpercenként.
Ez a maximális frekvencia 5-50 Hz körül van. Az elvégezhető vizsgálatok száma függ az elektromos terheléstől, valamint a kényelem és a precizitás közötti különbségtől.
Ha meg kell ismernie a snubber alkatrészeinek specifikációit, akkor figyelembe kell vennie néhány egyéb dolgot is, az ívértékelés, a kondenzátor legnagyobb feszültségének és élettartamának leírt ellenőrzésén kívül.
Alapvető fontosságú, hogy amikor egy kapcsoló érintkezője kinyílik, az áram átfolyik a snubber áramkörön.
Biztosítania kell, hogy ez az áram ne okozzon gondot a snubber alkalmazásában. Sőt, elengedhetetlen annak megerősítése, hogy az áramellátás a snubber ellenállásában nem haladja meg annak teljesítményértékét.
Még egy gondolat, hogy egy RC snubber áramkör használható egy kétirányú MOV TVS diódával kombinálva.
Az RC snubber nagyon hatékony áramkör lehet a nyitó relé érintkezõin átmenõ kezdeti feszültség korlátozásában, míg a TVS vagy a MOV hatékonyabb alternatíva lehet a csúcsfeszültség korlátozásában.
Referenciák:
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
Előző: Precíziós áramérzékelő és ellenőrző áramkör IC NCS21xR segítségével Következő: Nyomógombos fénytompító áramkör
