Bu makalede, ağır endüktif yükleri değiştirirken röle kontakları arasında ark oluşumunu kontrol etmek için RC devre ağlarını yapılandırmanın formülünü ve tekniklerini tartışıyoruz.
Ark bastırma
Bir anahtar veya röle açıldığında kontaklar boyunca bir ark üretilir. Zamanla bu durum kontakları yıpratabilir.
Bu sorunun üstesinden gelmek için, kontaklar arasında bir Direnç / Kapasitör veya RC devresi konuşlandırılır ve bunları korur. Kontaklar açıldığında, uygulanan voltaj kontaklardan değil kapasitörden geçer.
İşlem sırasında, kondansatör, kontakların açılma süresinden daha hızlı şarj olur ve bu da sonunda kontaklar arasında bir ark oluşmasını önler.
Ani Akım Bastırma
Kontaklar kapandığında, yüklü kapasitörden gelen ani akım ve besleme voltajı, kontakların derecelendirmelerinden önemli ölçüde daha yüksek olabilir ve bu da onların kötüleşmesine neden olur.
Bunu önlemek için, kondansatör ile seri olarak bir direnç eklenir. Kalkış akımını önemli ölçüde emerek bir akım sınırlayıcı görevi görür, böylece üretilen ark azalır ve kontakların ömrünü uzatır.
C.C Bates, RC ağı için gerekli olan direnç ve kapasitans değerini hesaplamak için bir formül geliştirdi: C = beniki / 10 ve Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Kontak açıklığında indüklenen voltaj şu şekilde belirlenebilir:
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Nerede VVEYA= Gerilim kaynağı
- I = Kontak açılışında yük akımı
- RC= RC Snubber'ın Direnci
- C = RC Snubber'ın Kapasitansı
- RL= Yük Direnci
Aşağıdaki örneklerimizde kamış rölesi ark sorunları ve kontakları üzerinden RC ağları tasarlamak için gerekli hesaplamaları değerlendirmeye çalışın.
Ark prensibi daha büyük rölelerde de aynı olabileceğinden, reed rölede kullanılan formüller, daha büyük röleler için RC ağlarını boyutlandırmak için de uygulanabilir.
Reed Röle Anahtarlamada Ark Nasıl Oluşur?
Röle bobini, solenoid, transformatör, küçük motor vb. Gibi endüktif bir cihazı kontrol etmek için bir kamış anahtarı veya kamış sensörü kullanılabilir.
Manyetik anahtar açıldığında, cihazdaki endüktansta depolanan yük, anahtar kontaklarını yüksek bir voltaja zorlayacaktır. Anahtar açıldıktan sonra, kontak boşluğu başlangıçta çok azdır.
Bu nedenle, kontak boşluğu arasındaki ark, anahtar henüz açılırken neredeyse anında gerçekleşebilir.
Bu fenomen hem dirençli hem de endüktif yüklerde meydana gelebilir, ancak ikincisi daha yüksek bir voltaj ürettiği için, artan ark aktivitesi görülür ve böylece anahtar ömrü azalır.
Yüksek voltajı önlemek için normalde DC endüktif devreler tarafından bir diyot kullanılır. Bu tip diyot geri dönüş, serbest dönme veya yakalama diyotu olarak adlandırılır.
Ne yazık ki, bu diyotun AC devrelerinde uygulanması mümkün değildir.
Bu nedenle, bir metal oksit varistörü (MOV), iki yönlü bir geçici voltaj bastırıcı (TVS) diyotu veya aynı zamanda bir söndürücü olarak da bilinen bir RC bastırma ağı kullanmalıyız.
Bu çeşitli ark bastırma yaklaşımlarının birçok artı ve eksisi vardır. Bastırmayı kullanmamak, röle kontak ömrü onsuz etkilenmiyorsa da bir seçenektir.
Hangi yaklaşımın gerçekleştirilmesi gerektiğini belirleyen birçok faktör arasında maliyet, temas ömrü, paketleme vb. Yer alır.
Kıvılcım bastırma devresi tasarımlarının temel nedeni, ark oluşumunu ve röle ve anahtarları devreye alırken oluşan gürültüyü en aza indirmektir.
RC Tasarım Hususları
TVS Suppressor Diode ile DC kaynağı kullanma :
MOV ve TVS diyotları, bir eşik voltajı aşıldığında akımı iletir.
Normalde, bu diyotlar anahtar kontağına paralel olarak bağlanır. 24 VAC gibi düşük voltajlarda bile bu cihazlar verimli bir şekilde çalışabilir.
Ayrıca, daha yüksek endüktans 120 VAC yüklerinde de iyi çalışabilirler. TVS diyotlarıyla karşılaştırıldığında, MOV cihazları kapasitans eklediler.
Bu nedenle, bir MOV cihazı kullanıldığında, kullanılacak kapasitansı göz önünde bulundurmalısınız. Hamlin uygulama notu bu senaryoyu daha iyi açıklıyor.
Çift Yönlü TVS Diyotunun Kullanılması
RC bastırma, kontak aralığı küçük olduğunda anahtar kontağı voltajını tam olarak anahtarın açılması sırasında sınırladığı için kenara sahiptir.
Ayrıca, ark oluşumunu azaltmak ve dirençli yüklerde ömrü iyileştirmek için RC bastırma uygulanabilir.
Bir RC bastırma devresinde, seri bağlanmış bir kapasitör ve direnç ağı, paralel bir bağlantıda anahtar kontağı boyunca monte edilir.
Diğer bir seçenek de kapasitör ve direnci yüke yerleştirmektir.
RC durdurucuyu anahtar kontağına takmak ideal olsa da, büyük bir dezavantaj vardır çünkü bu, anahtar açıkken yüke giden bir akım yolu oluşturur.
Durdurucu yük boyunca kurulursa, akımı ortadan kaldırır. Bununla birlikte, bağlantılardaki ve kaynak empedansındaki değişiklikler ark bastırmanın verimini etkileyebilir.
RC Snubber'ı Anahtar Kontağına Paralel Uygulama
Söndürücüde, direnç ve kondansatörün değerleri ihtiyaca bağlıdır.
Seçilen direnç, anahtarın kontakları kapandığında kapasitif deşarj akımını sınırlayacak kadar yüksek bir değere sahip olmalıdır. Aynı zamanda, anahtar kontakları açıldığında voltajı sınırlayacak kadar küçük olmalıdır.
Büyük bir kapasitör değeri seçerseniz, anahtar kontakları açılırken kesinlikle voltaj etkisini azaltacaktır.
Ancak daha büyük kapasitör pahalı olabilir ve anahtarın kontakları kapandığında daha yüksek kapasitif deşarj enerjisine neden olabilir. Bu tür hem DC hem de AC devreleri için geçerlidir.
Yük ile RC (Snubber) Bastırma Paraleli Kullanma
Ark bastırma için en uygun direnç değerini seçmek için Ohm kanunu uygulanır.
Ohm yasasında R = V / I , formülü uygularız R = 0,5 (Vpk/ BENSW) ve R = 0.3 (Vpk/ BENSW) , nerede Vpk AC tepe voltajıdır ( 1.414 Vrms ) ve benSW röle kontağının nominal anahtarlama akımıdır).
Ark nedeniyle temas bozulmasını azaltmak için, R değerinin minimum olduğundan emin olmalıyız. Diğer yandan, ani akım nedeniyle röle kontak arkını azaltmak için R değeri artırılmalıdır.
Bu senaryolar arasında R'nin değerini belirlemek zorluktur.
İle başlayabilirsin C = 0.1μF veya 100 nF, çünkü bu standart değerdir ve dolayısıyla uygun maliyetlidir. Bu kondansatörün performans incelemesine bağlı olarak kapasitans yeterli olana kadar artırabilirsiniz.
Seçilen söndürücü değerlerinin performansını değerlendirmek için birden fazla yöntem vardır. Bazıları sadece hesaplama veya simülasyonla gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, yükün dirençli ve endüktif özellikleri belirsiz görünebilir.
Bu, büyük ölçüde, bileşenler konum değiştirdiğinde dalgalanan elektromekanik yüklerin endüktansından kaynaklanır.
Anahtar kontakları boyunca voltaj dalga biçimini, özellikle kontak açılması sırasında bir osiloskop aracılığıyla incelemek iyi bir uygulamadır. Söndürme sistemi, kontaklar açılıp kapandığında meydana gelen arkı azaltmalı veya en azından en aza indirmelidir.
Artan gerilim, kontak arkını yeniden başlatmamalıdır. Ayrıca, söndürücüdeki kapasitör boyunca maksimum voltaj, voltaj değerinden fazla olmamalıdır.
Kesicinin bir dilli anahtar için düzgün çalışıp çalışmadığını anlamanın bir başka yolu da anahtar kontak boşluğuna bakmak ve ark tarafından üretilen ışığın parlaklığını incelemektir.
Daha az ışık varsa, bu, ark üreten enerjinin az olduğu ve dolayısıyla daha uzun ömür sağladığı anlamına gelir.
Snubber’ın performansını incelemenin en son ve en kesin yöntemi bir yaşam testi yapmaktır.
Temas ömrü, çalıştırılan ve elektriksiz saatlerin sayısı ile değil, anahtarlama döngülerinin sayısı ile doğru orantılıdır.
Ark yüklerinin ömür testi için saniyede maksimum işlem sayısının saniyede yaklaşık 5 ila 50 işlem olması tavsiye edilir.
Bu, yaklaşık 5 ila 50 Hz maksimum frekanstır. Yapabileceğiniz test sayısı elektrik yüküne ve kolaylık ile hassasiyet arasındaki farka bağlıdır.
Şok giderici için bileşenlerin teknik özelliklerini bulmanız gerektiğinde, açıklanan ark değerlendirmesi, en yüksek kapasitör voltajı ve ömrü denetiminin dışında birkaç şeyi daha göz önünde bulundurmalısınız.
Bir anahtar kontağı açıldığında, akımın söndürücü devresinden akması esastır.
Bu akımın snubber uygulamasında sorun yaratmamasını sağlamalısınız. Dahası, sönümleyicinin direncindeki güç dağılımının güç oranını aşmadığını doğrulamak önemlidir.
Bir başka düşünce, bir RC söndürücü devresinin, MOV'un çift yönlü TVS diyotu ile kombinasyon halinde kullanılabileceğidir.
Bir RC söndürücü, açılış röle kontakları boyunca başlangıç voltajını sınırlandırmada oldukça verimli bir devre olabilirken, TVS veya MOV, tepe aşırı gerilim voltajlarını sınırlamak için daha verimli bir alternatif olabilir.
Referanslar:
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
Önceki: IC NCS21xR kullanarak Hassas Akım Algılama ve İzleme Devresi Sonraki: Butonlu Işık Dimmer Devresi
