Dalam artikel ini kita membincangkan formula dan teknik mengkonfigurasi rangkaian litar RC untuk mengawal arka melintasi kenalan geganti sambil menukar beban induktif berat.
Penindasan lengkungan
Arka dihasilkan melintasi kenalan apabila suis atau geganti dibuka. Dengan berlalunya masa, keadaan ini boleh merosakkan kenalan.
Untuk mengatasi masalah ini, rangkaian Resistor / Kapasitor atau RC dikerahkan melintasi kenalan dan melindungi mereka. Setelah kenalan dibuka, voltan yang dikenakan melalui kapasitor dan bukan kenalan.
Semasa proses tersebut, kapasitor mengecas lebih cepat daripada masa pembukaan kenalan yang akhirnya mengelakkan arka terbentuk melintasi kenalan.
Menindas Penindasan Semasa
Apabila kenalan ditutup, arus masuk dari kapasitor yang dicas dan voltan bekalan boleh menjadi jauh lebih tinggi daripada peringkat untuk kenalan sehingga menyebabkannya bertambah buruk.
Untuk mengelakkan ini, perintang diperkenalkan secara bersiri dengan kapasitor. Ia berfungsi sebagai pengehad arus dengan menyerap arus masuk dengan ketara sehingga mengurangkan busur yang dihasilkan dan memanjangkan jangka hayat kenalan.
C.C Bates mengembangkan formula untuk mengira nilai rintangan dan kapasitansi yang diperlukan untuk rangkaian RC: C = Sayadua / 10, dan Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Voltan yang disebabkan pada bukaan kenalan dapat ditentukan oleh
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Di mana VATAU= Punca voltan
- I = Muatkan arus pada pembukaan kenalan
- RC= Rintangan RC Snubber
- C = Kapasiti RC Snubber
- RL= Rintangan Beban
Dalam contoh berikut kami membincangkan mengenai geganti buluh masalah, dan cuba menilai pengiraan yang diperlukan untuk merancang rangkaian RC di seluruh kenalannya.
Oleh kerana prinsip arcing mungkin sama dalam relay yang lebih besar, rumus yang digunakan dalam relay reed juga dapat diterapkan untuk dimensi jaringan RC untuk relay yang lebih besar.
Bagaimana Arcing Berlaku dalam Reed Relay Switching
Suis reed atau sensor reed boleh digunakan untuk mengendalikan peranti induktif seperti gegelung relay, solenoid, transformer, motor kecil dll.
Apabila suis buluh terbuka, cas yang tersimpan dalam induktansi pada peranti akan memaksa kenalan suis ke voltan tinggi. Setelah suis dibuka, jurang kenalan pada awalnya kecil.
Oleh itu, arka antara jurang hubungan boleh berlaku dengan segera semasa suis baru dibuka.
Fenomena tersebut boleh berlaku pada beban resistif dan induktif, tetapi kerana yang terakhir menghasilkan voltan yang lebih tinggi, peningkatan aktiviti arcing dilihat dapat mengurangkan masa suis.
Diod biasanya digunakan oleh litar induktif DC untuk mengelakkan voltan tinggi. Jenis dioda ini disebut flyback, freewheeling, atau catch diode.
Malangnya, penggunaan diod ini tidak mungkin dilakukan dalam rangkaian AC.
Oleh itu, kita mesti menggunakan varistor logam-oksida (MOV), dioda penekan voltan sementara dua arah (TVS) atau rangkaian penekanan RC, juga dikenal sebagai snubber.
Pendekatan penekanan busur yang pelbagai ini mempunyai banyak kebaikan dan keburukan. Tidak menggunakan penekanan juga merupakan pilihan jika hayat hubungan geganti tidak terjejas tanpanya.
Banyak faktor yang menentukan pendekatan mana yang perlu dilakukan, termasuk kos, jangka hayat, pembungkusan dll.
Sebab asas reka bentuk litar penindasan percikan api adalah untuk meminimumkan arka dan kebisingan yang dihasilkan semasa melibatkan geganti dan suis.
Pertimbangan Reka Bentuk RC
Menggunakan bekalan DC dengan TVS Suppressor Diode :
Diod MOV dan TVS mengalirkan arus apabila voltan ambang melebihi.
Biasanya, diod ini disambungkan secara selari ke kenalan suis. Walaupun pada voltan rendah seperti 24 VAC, peranti ini mampu berfungsi dengan cekap.
Lebih-lebih lagi, mereka juga dapat berfungsi dengan baik pada beban 120 VAC induktansi yang lebih tinggi. Berbanding dengan dioda TVS, peranti MOV mempunyai kapasitansi tambahan.
Oleh itu, apabila peranti MOV digunakan, anda mesti mempertimbangkan kapasitansi yang akan digunakan. Nota aplikasi Hamlin menggambarkan senario ini dengan lebih baik.
Menggunakan Diod TVS Bidirectional
Penindasan RC mempunyai kelebihan kerana menghadkan voltan kontak suis tepat semasa pembukaan suis ketika jurang kontak kecil.
Tambahan pula, penekanan RC dapat dilaksanakan untuk mengurangkan lengkungan dan meningkatkan kehidupan dalam beban rintangan.
Pada litar penekanan RC, rangkaian kapasitor dan perintang yang dihubungkan secara bersiri dipasang melintasi kenalan suis dalam sambungan selari.
Pilihan lain adalah meletakkan kapasitor dan perintang di atas beban.
Walaupun memasang snubber RC melintasi kenalan suis adalah ideal, ada kelemahan besar kerana ini membuat jalan arus ke beban ketika suis terbuka.
Sekiranya snubber dipasang melintasi beban, ia menghilangkan arus. Walau bagaimanapun, perubahan sambungan dan impedans sumber dapat mempengaruhi kecekapan penekanan busur.
Menggunakan RC Snubber Selari dengan Switch Contact
Di snubber, nilai perintang dan kapasitor bergantung pada keperluan.
Perintang yang dipilih mestilah mempunyai nilai yang cukup tinggi untuk menyekat arus pelepasan kapasitif apabila kenalan suis ditutup. Pada masa yang sama, ia mesti cukup kecil untuk menyekat voltan semasa kenalan suis terbuka.
Sekiranya anda memilih nilai kapasitor yang besar, ia pasti akan mengurangkan kesan voltan semasa kenalan suis terbuka.
Tetapi kapasitor yang lebih besar boleh menjadi mahal dan mungkin menyebabkan tenaga pelepasan kapasitif yang lebih tinggi pada masa kontak suis ditutup. Jenis ini berlaku untuk litar DC dan AC.
Menggunakan RC (Snubber) Suppression Paralle with the Load
Undang-undang Ohm diterapkan untuk memilih nilai perintang yang paling sesuai untuk penekanan arka.
Dalam undang-undang Ohm R = V / I , kami menggunakan formula R = 0.5 (Vpk/ SayaSW) dan R = 0.3 (Vpk/ SayaSW) , di mana Vpk ialah voltan puncak AC ( 1.414 Vrms ) dan SayaSW ialah arus pertukaran kenalan relay).
Untuk mengurangkan degradasi kontak disebabkan oleh lengkungan, kita harus memastikan nilai R minimum. Sebaliknya, nilai R mesti ditingkatkan untuk mengurangkan arka sentuhan geganti kerana arus masuk.
Menentukan nilai R di antara senario ini adalah cabarannya.
Anda boleh bermula dengan C = 0.1μF atau 100 nF, ketika memilih kapasitor kerana ini adalah nilai standard dan dengan itu menjimatkan kos. Bergantung pada pemeriksaan prestasi kapasitor ini, anda boleh meningkatkannya sehingga kapasitansinya mencukupi.
Terdapat pelbagai kaedah untuk menilai prestasi nilai snubber yang dipilih. Sebilangannya dapat dilakukan hanya dengan pengiraan atau simulasi. Walau bagaimanapun, ciri-ciri daya tahan dan induktif mungkin kelihatan tidak tentu.
Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh induktansi beban elektromekanik yang berfluktuasi ketika komponen berubah posisi.
Merupakan amalan yang baik untuk memeriksa bentuk gelombang voltan pada kenalan suis melalui osiloskop terutama semasa pembukaan kenalan. Sistem snubber harus mengurangkan atau sekurang-kurangnya meminimumkan lengkungan yang berlaku semasa kenalan dibuka dan ditutup.
Voltan yang meningkat tidak boleh memulakan semula arka sentuhan. Tambahan pula, voltan maksimum merentasi kapasitor di snubber tidak boleh lebih tinggi daripada nilai voltan.
Satu lagi cara untuk mengetahui apakah snubber berfungsi dengan baik untuk suis reed adalah dengan melihat jurang kontak suis dan memeriksa cahaya cahaya yang dihasilkan oleh busur.
Sekiranya cahaya kurang, itu bermaksud tenaga yang menghasilkan arka sedikit dan oleh itu memerlukan jangka hayat yang lebih lama.
Kaedah terakhir dan paling tepat untuk memeriksa prestasi snubber adalah dengan melakukan ujian hidup.
Kehidupan hubungan berkadar terus dengan bilangan kitaran beralih dan bukan dengan jumlah jam yang dihidupkan dan tidak dikuasakan.
Dianjurkan untuk memastikan jumlah operasi maksimum sesaat untuk pengujian hayat beban arka adalah sekitar 5 hingga 50 operasi sesaat.
Ini adalah frekuensi maksimum sekitar 5 hingga 50 Hz. Jumlah ujian yang boleh anda lakukan bergantung pada beban elektrik dan perbezaan antara kemudahan dan ketepatan.
Apabila anda perlu mengetahui spesifikasi komponen untuk snubber, anda mesti mempertimbangkan beberapa perkara lain selain dari pemeriksaan penilaian arka yang dijelaskan, voltan kapasitor tertinggi dan jangka hayat.
Adalah mendasar bahawa apabila kontak suis dibuka, arus mengalir melalui litar snubber.
Anda mesti memastikan bahawa arus ini tidak menimbulkan masalah pada aplikasi snubber. Lebih-lebih lagi, adalah mustahak untuk mengesahkan bahawa pelesapan daya pada perintang snubber tidak melepasi peringkat kuasanya.
Satu lagi pemikiran adalah bahawa rangkaian snubber RC dapat digunakan dalam kombinasi dengan dioda TVS dua arah MOV.
Snubber RC boleh menjadi litar yang sangat efisien dalam mengehadkan voltan awal melintasi kenalan relay pembukaan, sementara TVS atau MOV mungkin merupakan alternatif yang lebih cekap untuk menyekat voltan lonjakan puncak.
Rujukan:
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
Sebelumnya: Litar Sensing and Monitoring Circuit Precision menggunakan IC NCS21xR Seterusnya: Litar Dimmer Cahaya Tombol Tekan
