ในบทความนี้เราจะพูดถึงสูตรและเทคนิคในการกำหนดค่าเครือข่ายวงจร RC สำหรับการควบคุม arcing ข้ามหน้าสัมผัสรีเลย์ขณะเปลี่ยนโหลดอุปนัยหนัก
การปราบปรามอาร์ค
มีการสร้างส่วนโค้งข้ามหน้าสัมผัสเมื่อสวิตช์หรือรีเลย์ถูกเปิด เมื่อเวลาผ่านไปเงื่อนไขนี้อาจทำให้หน้าสัมผัสเสื่อมลง
เพื่อแก้ไขปัญหานี้วงจร Resistor / Capacitor หรือ RC จะถูกติดตั้งบนหน้าสัมผัสและป้องกัน เมื่อหน้าสัมผัสเปิดขึ้นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะผ่านตัวเก็บประจุไม่ใช่หน้าสัมผัส
ในระหว่างกระบวนการนี้ตัวเก็บประจุจะชาร์จเร็วกว่าเวลาเปิดหน้าสัมผัสซึ่งในที่สุดจะหลีกเลี่ยงไม่ให้ส่วนโค้งก่อตัวข้ามหน้าสัมผัส
Inrush Current Suppression
เมื่อหน้าสัมผัสปิดกระแสไหลเข้าจากตัวเก็บประจุที่ชาร์จและแรงดันไฟฟ้าอาจสูงกว่าการจัดอันดับของหน้าสัมผัสอย่างมีนัยสำคัญซึ่งทำให้พวกเขาแย่ลง
เพื่อป้องกันสิ่งนี้ตัวต้านทานจะถูกนำมาใช้ในอนุกรมกับตัวเก็บประจุ มันทำหน้าที่เป็นตัว จำกัด กระแสโดยการดูดซับกระแสไฟเข้าอย่างมีนัยสำคัญซึ่งจะช่วยลดส่วนโค้งที่เกิดขึ้นและยืดอายุการใช้งานของหน้าสัมผัส
C.C Bates พัฒนาสูตรสำหรับคำนวณค่าความต้านทานและค่าความจุที่จำเป็นสำหรับเครือข่าย RC: ค = ผมสอง / 10, และ Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ช่องเปิดหน้าสัมผัสสามารถกำหนดได้โดย
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- ที่ไหน Vหรือ= แหล่งจ่ายแรงดัน
- I = โหลดกระแสเมื่อเปิดที่ติดต่อ
- รค= ความต้านทานของ RC Snubber
- C = ความจุของ RC Snubber
- รล= ความต้านทานการโหลด
ในตัวอย่างต่อไปนี้เราพูดถึงไฟล์ รีเลย์กก ปัญหาที่เกิดขึ้นและพยายามประเมินการคำนวณที่จำเป็นสำหรับการออกแบบเครือข่าย RC ข้ามผู้ติดต่อ
เนื่องจากหลักการของ arcing อาจเหมือนกันในรีเลย์ที่ใหญ่กว่าด้วยดังนั้นจึงสามารถใช้สูตรที่ใช้ในรีเลย์กกสำหรับการกำหนดขนาดเครือข่าย RC สำหรับรีเลย์ที่ใหญ่กว่า
Arcing เกิดขึ้นได้อย่างไรใน Reed Relay Switching
สามารถใช้สวิตช์กกหรือเซ็นเซอร์กกสำหรับควบคุมอุปกรณ์อุปนัยเช่นขดลวดรีเลย์โซลินอยด์หม้อแปลงมอเตอร์ขนาดเล็กเป็นต้น
เมื่อสวิตช์กกเปิดขึ้นประจุที่เก็บอยู่ในตัวเหนี่ยวนำในอุปกรณ์จะบังคับให้หน้าสัมผัสสวิตช์เป็นแรงดันไฟฟ้าสูง เมื่อสวิตช์เปิดขึ้นช่องว่างการติดต่อจะมีขนาดเล็กในตอนแรก
ดังนั้นการเกิดช่องว่างระหว่างช่องสัมผัสสามารถเกิดขึ้นได้เกือบจะในทันทีในขณะที่สวิตช์เพิ่งเปิด
ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในโหลดที่เป็นตัวต้านทานและอุปนัย แต่เนื่องจากในช่วงหลังทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจึงเห็นกิจกรรมการเกิดประกายไฟที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะช่วยลดอายุการใช้งานของสวิตช์
โดยปกติวงจรอุปนัย DC จะใช้ไดโอดเพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าแรงสูง ไดโอดประเภทนี้เรียกว่า flyback, freewheeling หรือ catch diode
น่าเสียดายที่การประยุกต์ใช้ไดโอดนี้ไม่สามารถทำได้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
ดังนั้นเราจึงต้องใช้วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (MOV) ไดโอดระงับแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS) แบบสองทิศทางหรือเครือข่ายปราบปราม RC หรือที่เรียกว่า snubber
แนวทางปราบปรามอาร์กที่หลากหลายเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียมากมาย การไม่ใช้การปราบปรามก็เป็นทางเลือกหากไม่ได้รับผลกระทบจากอายุการใช้งานหน้าสัมผัสรีเลย์
ปัจจัยหลายอย่างที่กำหนดว่าจะต้องดำเนินการตามแนวทางใด ได้แก่ ต้นทุนอายุการใช้งานการบรรจุหีบห่อเป็นต้น
เหตุผลพื้นฐานสำหรับการออกแบบวงจรป้องกันประกายไฟคือเพื่อลดการเกิดประกายไฟและเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อรีเลย์และสวิตช์
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ RC
การใช้แหล่งจ่ายไฟ DC กับ TVS Suppressor Diode :
ไดโอด MOV และ TVS นำกระแสไฟฟ้าเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์
โดยปกติไดโอดเหล่านี้จะเชื่อมต่อแบบขนานกับหน้าสัมผัสสวิตช์ แม้จะใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำเช่น 24 VAC อุปกรณ์เหล่านี้ก็สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ยังสามารถทำงานได้ดีที่โหลด 120 VAC ตัวเหนี่ยวนำที่สูงขึ้น เมื่อเทียบกับไดโอด TVS อุปกรณ์ MOV ได้เพิ่มความจุ
ดังนั้นเมื่อใช้อุปกรณ์ MOV คุณต้องพิจารณาถึงความจุที่จะใช้ บันทึกการใช้งาน Hamlin อธิบายสถานการณ์นี้ได้ดีขึ้น
การใช้ไดโอด TVS แบบสองทิศทาง
การปราบปราม RC มีข้อได้เปรียบเนื่องจากการ จำกัด แรงดันไฟฟ้าหน้าสัมผัสสวิตช์อย่างแน่นอนระหว่างการเปิดสวิตช์เมื่อช่องว่างของหน้าสัมผัสมีขนาดเล็ก
นอกจากนี้ยังสามารถใช้การปราบปราม RC เพื่อลดการเกิดและปรับปรุงอายุการใช้งานในโหลดตัวต้านทาน
ในวงจรปราบปราม RC ตัวเก็บประจุและเครือข่ายตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะติดตั้งอยู่บนหน้าสัมผัสสวิตช์ในการเชื่อมต่อแบบขนาน
อีกทางเลือกหนึ่งคือการวางตัวเก็บประจุและตัวต้านทานข้ามโหลด
ในขณะที่การติด RC snubber ข้ามหน้าสัมผัสของสวิตช์นั้นเหมาะอย่างยิ่ง แต่ก็มีข้อเสียอย่างมากเนื่องจากจะสร้างเส้นทางปัจจุบันไปยังโหลดเมื่อสวิตช์เปิดอยู่
หากติดตั้ง snubber ข้ามโหลดจะกำจัดกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงในการเชื่อมต่อและอิมพีแดนซ์ต้นทางอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของการปราบปรามส่วนโค้ง
การใช้ RC Snubber Parallel กับ Switch Contact
ในการดูแคลนค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนด
ตัวต้านทานที่เลือกจะต้องมีค่าสูงพอที่จะ จำกัด กระแสการปล่อยประจุไฟฟ้าเมื่อหน้าสัมผัสของสวิตช์ปิด ในเวลาเดียวกันจะต้องมีขนาดเล็กพอที่จะ จำกัด แรงดันไฟฟ้าเมื่อหน้าสัมผัสสวิตช์เปิดขึ้น
หากคุณเลือกค่าตัวเก็บประจุขนาดใหญ่มันจะลดผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าลงอย่างแน่นอนในขณะที่หน้าสัมผัสสวิตช์เปิดขึ้น
แต่ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่อาจมีราคาแพงและอาจทำให้พลังงานในการคายประจุสูงขึ้นในช่วงเวลาที่หน้าสัมผัสของสวิตช์ปิด ประเภทนี้ใช้ได้กับทั้งวงจร DC และ AC
การใช้ RC (Snubber) Suppression Paralle กับ Load
กฎของโอห์มใช้เพื่อเลือกค่าตัวต้านทานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการปราบปรามส่วนโค้ง
ในกฎของโอห์ม R = V / ฉัน เราใช้สูตร R = 0.5 (Vpk/ ผมสว) และ R = 0.3 (โวลต์pk/ ผมสว) , ที่ไหน Vpk คือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุด ( 1.414 Vrms ) และ ผมสว คือกระแสสลับที่ได้รับการจัดอันดับของหน้าสัมผัสรีเลย์)
เพื่อลดการเสื่อมของหน้าสัมผัสเนื่องจากการเกิดประกายไฟเราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า R ต่ำสุด ในทางกลับกันค่า R จะต้องเพิ่มขึ้นเพื่อลดการเกิดหน้าสัมผัสรีเลย์เนื่องจากกระแสไฟเข้า
การกำหนดค่าของ R ระหว่างสถานการณ์เหล่านี้ถือเป็นความท้าทาย
คุณสามารถเริ่มต้นด้วย C = 0.1μF หรือ 100 nF เมื่อเลือกตัวเก็บประจุเนื่องจากเป็นค่ามาตรฐานจึงเป็นมิตรกับต้นทุน ขึ้นอยู่กับการตรวจสอบประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุนี้คุณสามารถเพิ่มได้จนกว่าความจุจะเพียงพอ
มีหลายวิธีในการประเมินประสิทธิภาพของค่าดูแคลนที่เลือก บางอย่างสามารถทำได้โดยการคำนวณหรือการจำลอง อย่างไรก็ตามคุณสมบัติความต้านทานและอุปนัยของโหลดอาจปรากฏไม่แน่นอน
สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการเหนี่ยวนำของโหลดเครื่องกลไฟฟ้าที่ผันผวนเมื่อส่วนประกอบเปลี่ยนตำแหน่ง
เป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีในการตรวจสอบรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าข้ามหน้าสัมผัสสวิตช์ผ่านออสซิลโลสโคปโดยเฉพาะในระหว่างการเปิดหน้าสัมผัส ระบบดูแคลนควรบรรเทาหรืออย่างน้อยก็ลดความวุ่นวายที่เกิดขึ้นเมื่อผู้ติดต่อเปิดและปิด
แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นไม่ควรเริ่มการทำงานของหน้าสัมผัสใหม่ นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของตัวเก็บประจุใน snubber ต้องไม่เกินพิกัดแรงดันไฟฟ้า
อีกวิธีหนึ่งในการตรวจสอบว่า snubber ทำงานอย่างถูกต้องสำหรับสวิตช์กกหรือไม่คือการดูที่ช่องว่างหน้าสัมผัสสวิตช์และตรวจสอบความสว่างของแสงที่เกิดจากส่วนโค้ง
หากมีแสงน้อยนั่นหมายความว่าพลังงานที่สร้างส่วนโค้งนั้นมีน้อยจึงรับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น
วิธีสุดท้ายและแม่นยำที่สุดในการตรวจสอบประสิทธิภาพของการดูแคลนคือการทดสอบชีวิต
อายุการใช้งานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนรอบการเปลี่ยนและไม่ใช่จำนวนชั่วโมงที่ใช้พลังงานและไม่ได้ใช้พลังงาน
ขอแนะนำให้รักษาจำนวนสูงสุดของการดำเนินการต่อวินาทีสำหรับการทดสอบอายุการใช้งานของโหลด arcing อยู่ที่ประมาณ 5 ถึง 50 การดำเนินการต่อวินาที
นี่คือประมาณ 5 ถึง 50 Hz ของความถี่สูงสุด จำนวนการทดสอบที่คุณทำได้นั้นขึ้นอยู่กับโหลดไฟฟ้าและความแตกต่างระหว่างความสะดวกและความแม่นยำ
เมื่อคุณต้องการทราบข้อมูลจำเพาะของส่วนประกอบสำหรับ snubber คุณต้องพิจารณาสิ่งอื่น ๆ อีกสองสามอย่างนอกเหนือจากการตรวจสอบการประเมินส่วนโค้งแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุสูงสุดและอายุการใช้งาน
เป็นพื้นฐานที่เมื่อเปิดหน้าสัมผัสสวิตช์กระแสจะไหลผ่านวงจรดูแคลน
คุณต้องแน่ใจว่ากระแสนี้ไม่ก่อให้เกิดปัญหากับแอปพลิเคชันที่ดูแคลน ยิ่งไปกว่านั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องยืนยันว่าการกระจายกำลังไฟฟ้าในตัวต้านทานของ snubber ไม่เกินพิกัดกำลัง
อีกหนึ่งความคิดคือวงจร RC snubber สามารถใช้ร่วมกับไดโอด TVS แบบสองทิศทางของ MOV
RC snubber อาจเป็นวงจรที่มีประสิทธิภาพสูงในการ จำกัด แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่หน้าสัมผัสรีเลย์เปิดในขณะที่ TVS หรือ MOV อาจเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการ จำกัด แรงดันไฟกระชากสูงสุด
อ้างอิง:
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
คู่ของ: วงจรตรวจจับและตรวจสอบกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำโดยใช้ IC NCS21xR ถัดไป: วงจรหรี่ไฟปุ่มกด
