I denne artikkelen diskuterer vi formelen og teknikkene for å konfigurere RC-kretsnettverk for å kontrollere lysbuen over relékontakter mens du bytter tunge induktive belastninger.
Buedemping
En bue produseres over kontaktene når en bryter eller et relé åpnes. Med tiden kan denne tilstanden slite kontaktene.
For å løse dette problemet er en motstand / kondensator eller RC-krets distribuert over kontaktene og beskytter dem. Når kontaktene er åpne, går den påførte spenningen gjennom kondensatoren og ikke kontaktene.
Under prosessen lades kondensatoren raskere enn kontaktenes åpningstid, noe som til slutt unngår at en bue dannes over kontaktene.
Innstrømningsundertrykkelse
Når kontaktene lukkes, kan inngangsstrømmen fra den ladede kondensatoren og forsyningsspenningen være betydelig høyere enn klassifiseringene for kontaktene, og dermed føre til at de forverres.
For å forhindre dette introduseres en motstand i serie med kondensatoren. Den fungerer som en strømbegrenser ved å absorbere innstrømningsstrømmen betydelig og dermed redusere den produserte lysbuen og forlenge kontaktenes levetid.
C.C Bates utviklet en formel for beregning av motstands- og kapasitansverdien som kreves for RC-nettverket: C = Jegto / 10, og Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Spenningen indusert ved kontaktåpningen kan bestemmes av
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Hvor VELLER= Spenningskilde
- I = Laststrøm ved kontaktåpning
- RC= Motstand av RC Snubber
- C = Kapasitans av RC Snubber
- RL= Lastmotstand
I våre følgende eksempler snakker vi om sivstafett bue problemer, og prøv å evaluere beregningene som kreves for å designe RC-nettverk på tvers av kontaktene.
Siden prinsippet om buing kan være det samme i større reléer, kan formlene som brukes i sivrelé også brukes for dimensjonering av RC-nettverk for større reléer.
Hvordan buing skjer i reedrelébytte
En sivbryter eller sivsensor kan brukes til å kontrollere en induktiv enhet som en reléspole, solenoid, transformator, liten motor etc.
Når sivbryteren åpnes, vil ladingen som er lagret i induktansen i enheten tvinge bryterkontaktene til høy spenning. Når bryteren åpnes, er kontaktgapet lite i begynnelsen.
Derfor kan buing mellom kontaktgapet skje nesten umiddelbart mens bryteren bare åpner.
Fenomenet kan forekomme i både resistive og induktive belastninger, men siden sistnevnte produserer en høyere spenning, ses økt lysbueaktivitet og reduserer dermed levetiden til bryteren.
En diode brukes normalt av DC-induktive kretser for å unngå høyspenning. Denne typen dioder kalles flyback, frihjul eller fangstdiode.
Dessverre er det ikke mulig å bruke denne dioden i vekselstrømskretser.
Så vi må bruke en metalloksydvaristor (MOV), en toveis transient voltage suppressor (TVS) -diode eller et RC-undertrykkingsnettverk, også kjent som en snubber.
Disse forskjellige tilnærmingene til buesuppresjon har mange fordeler og ulemper. Å ikke bruke undertrykkelse er også et alternativ hvis reléets kontaktliv ikke påvirkes uten det.
De mange faktorene som avgjør hvilken tilnærming som må foretas, inkluderer kostnader, kontaktliv, pakking osv.
Den grunnleggende årsaken til gnistdempingskretsdesign er å minimere lysbue og støyen som genereres når du kobler til reléer og brytere.
RC Design Hensyn
Bruker likestrømforsyning med TVS-suppressordiode :
MOV- og TVS-diodene leder strøm når en terskelspenning overskrides.
Normalt er disse diodene parallelt koblet til bryterkontakten. Selv ved lave spenninger som 24 VAC er disse enhetene i stand til å fungere effektivt.
Videre kan de også fungere godt ved høyere induktans 120 VAC-belastninger. Sammenlignet med TVS-dioder har MOV-enheter lagt til kapasitans.
Dermed, når en MOV-enhet brukes, må du vurdere kapasitansen som skal brukes. Søknadsnotatet til Hamlin beskriver dette scenariet bedre.
Bruke toveis TVS-diode
RC-undertrykkelse hadde kanten på grunn av å begrense bryterens kontaktspenning nøyaktig under bryteråpningen når kontaktgapet er lite.
Videre kan RC-undertrykkelse implementeres for å redusere lysbuer og forbedre levetiden i resistive belastninger.
På en RC-undertrykkelseskrets er et kondensator- og motstandsnett koblet i serie over bryterkontakten i en parallell forbindelse.
Et annet alternativ er å plassere kondensatoren og motstanden over lasten.
Mens det er ideelt å feste RC-snubber over bryterkontakten, er det en stor ulempe fordi dette skaper en strømbane til lasten når bryteren er åpen.
Hvis snubberen er installert over lasten, eliminerer den strømmen. Imidlertid kan endringer i tilkoblingene og kildeimpedansen påvirke effektiviteten til buedemping.
Bruk RC Snubber Parallel med bryterkontakten
I snubberen er verdiene til motstanden og kondensatoren avhengig av kravet.
Den valgte motstanden må ha en verdi som er høy nok til å begrense den kapasitive utladningsstrømmen når kontaktene til bryteren lukkes. Samtidig må den være liten nok til å begrense spenningen når bryterkontaktene åpnes.
Hvis du velger en stor kondensatorverdi, vil det sikkert redusere spenningspåvirkningen mens bryterkontaktene åpnes.
Men større kondensator kan være dyr og kan føre til høyere kapasitiv utladningsenergi i løpet av kontakten til bryteren lukkes. Denne typen gjelder både DC- og AC-kretser.
Bruke RC (Snubber) undertrykkelsesparallell med lasten
Ohms lov blir brukt for å velge den mest hensiktsmessige motstandsverdien for buedemping.
I Ohms lov R = V / I , bruker vi formelen R = 0,5 (V.pk/ JEGSW) og R = 0,3 (V.pk/ JEGSW) , hvor Vpk er AC toppspenning ( 1.414 Vrms ) og JegSW er nominell bryterstrøm for relékontakten).
For å redusere kontaktforringelsen på grunn av lysbue, må vi sørge for at R-verdien er minimal. På den annen side må R-verdien økes for å redusere relékontakten på grunn av innstrømningen.
Å bestemme verdien av R mellom disse scenariene er utfordringen.
Du kan begynne med C = 0,1μF eller 100 nF, når du velger kondensatoren fordi dette er standardverdi og dermed kostnadsvennlig. Avhengig av ytelsesundersøkelsen til denne kondensatoren, kan du øke den til kapasitansen er tilstrekkelig.
Det er flere metoder for å vurdere ytelsen til de valgte snubberverdiene. Noen kan utføres bare ved beregning eller simulering. Imidlertid kan de resistive og induktive egenskapene til lasten virke på ubestemt tid.
Dette skyldes i stor grad induktansen til elektromekaniske belastninger som svinger når komponentene bytter posisjon.
Det er en god praksis å undersøke spenningsbølgeformen over bryterkontaktene via et oscilloskop, spesielt under kontaktåpning. Snubber-systemet skal lindre eller i det minste minimere lysbuen som skjer når kontaktene åpnes og lukkes.
Den økende spenningen skal ikke starte kontaktbue på nytt. Videre må den maksimale spenningen over kondensatoren i snubber ikke være mer enn dens spenningsgrad.
Nok en annen måte å finne ut om snubberen fungerer som den skal for en sivbryter, er å se på bryterens kontaktgap og inspisere lyset fra lysbuen.
Hvis det er mindre lys, betyr det at energien som genererer lysbuen er liten og derfor garanterer lengre levetid.
Den siste og mest presise metoden for å undersøke snubberens ytelse er å gjennomføre en livstest.
Kontaktlevetid er direkte proporsjonal med antall koblingssykluser og ikke med antall drevne og ikke-drevne timer.
Det anbefales å opprettholde maksimalt antall operasjoner per sekund for levetidstesting av buelast er rundt 5 til 50 operasjoner per sekund.
Dette er rundt 5 til 50 Hz med maksimal frekvens. Antall tester du kan utføre er avhengig av elektrisk belastning og forskjellen mellom bekvemmelighet og presisjon.
Når du trenger å finne ut spesifikasjonene til komponentene til snubber, må du vurdere et par andre ting også bortsett fra den beskrevne inspeksjonen av lysbueevaluering, høyeste kondensatorspenning og levetid.
Det er grunnleggende at når en bryterkontakt åpnes, strømmer strøm gjennom snubberkretsen.
Du må sørge for at denne strømmen ikke forårsaker problemer med snubberens applikasjon. Videre er det viktig å bekrefte at kraftavledningen i snubberens motstand ikke overgår dens effekt.
En tanke til er at en RC-snubberkrets kan brukes i kombinasjon med en toveis TVS-diode av MOV.
En RC snubber kan være en svært effektiv krets for å begrense den opprinnelige spenningen over åpningskontaktene, mens TVS eller MOV kan være et mer effektivt alternativ for å begrense toppspenninger.
Referanser:
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: Presisjonsstrømsensing og overvåkingskrets ved bruk av IC NCS21xR Neste: Trykknapp Light Dimmer Circuit
