Dans cet article, nous discutons de la formule et des techniques de configuration des réseaux de circuits RC pour contrôler l'arc à travers les contacts de relais tout en commutant de lourdes charges inductives.
Suppression d'arc
Un arc est produit entre les contacts lorsqu'un interrupteur ou un relais est ouvert. Avec le temps, cette condition peut user les contacts.
Pour surmonter ce problème, une résistance / condensateur ou un circuit RC est déployé sur les contacts et les protège. Une fois les contacts ouverts, la tension appliquée passe par le condensateur et non par les contacts.
Au cours du processus, le condensateur se charge plus rapidement que le temps d'ouverture des contacts, ce qui évite finalement la formation d'un arc entre les contacts.
Suppression du courant d'appel
Lorsque les contacts se ferment, le courant d'appel du condensateur chargé et la tension d'alimentation peuvent être nettement plus élevés que les valeurs nominales des contacts, ce qui les aggrave.
Pour éviter cela, une résistance est introduite en série avec le condensateur. Il fonctionne comme un limiteur de courant en absorbant le courant d'appel de manière significative, réduisant ainsi l'arc produit et prolongeant la durée de vie des contacts.
C.C Bates a développé une formule pour calculer la valeur de résistance et de capacité requise pour le réseau RC: C = jedeux / 10, et Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
La tension induite à l'ouverture du contact peut être déterminée par
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Où VOU= Source de tension
- I = courant de charge à l'ouverture du contact
- RC= Résistance du RC Snubber
- C = capacité de l'amortisseur RC
- RL= Résistance de charge
Dans nos exemples suivants, nous parlons de la relais Reed problèmes d'arc électrique, et essayez d'évaluer les calculs nécessaires à la conception de réseaux RC à travers ses contacts.
Étant donné que le principe de l'arc peut être le même dans les relais plus grands également, les formules utilisées dans les relais reed pourraient également être appliquées pour dimensionner les réseaux RC pour les relais plus grands.
Comment se produit l'arc dans la commutation de relais Reed
Un commutateur Reed ou un capteur Reed peut être utilisé pour contrôler un dispositif inductif comme une bobine de relais, un solénoïde, un transformateur, un petit moteur, etc.
Lorsque le commutateur Reed s'ouvre, la charge stockée dans l'inductance de l'appareil forcera les contacts du commutateur à une tension élevée. Une fois l'interrupteur ouvert, l'espace de contact est minime au début.
Par conséquent, la formation d'arc entre l'espace de contact peut se produire presque immédiatement alors que l'interrupteur est juste en train de s'ouvrir.
Le phénomène peut se produire à la fois dans les charges résistives et inductives, mais comme ces dernières produisent une tension plus élevée, une activité d'arc accrue est observée, réduisant ainsi la durée de vie du commutateur.
Une diode est normalement utilisée par les circuits inductifs CC pour éviter une tension élevée. Ce type de diode est appelé diode flyback, roue libre ou de capture.
Malheureusement, l'application de cette diode n'est pas possible dans les circuits AC.
Nous devons donc utiliser une varistance à oxyde de métal (MOV), une diode de suppression de tension transitoire bidirectionnelle (TVS) ou un réseau de suppression RC, également connu sous le nom de snubber.
Ces diverses approches de suppression d'arc présentent de nombreux avantages et inconvénients. Ne pas utiliser la suppression est également une option si la durée de vie des contacts du relais n'est pas affectée sans elle.
Les nombreux facteurs qui déterminent l'approche à adopter, comprennent le coût, la durée de vie du contact, l'emballage, etc.
La raison fondamentale des conceptions de circuits de suppression d'étincelles est de minimiser la formation d'arc et le bruit généré lors de l'engagement des relais et des interrupteurs.
Considérations de conception RC
Utilisation d'une alimentation CC avec une diode de suppression TVS :
Les diodes MOV et TVS conduisent le courant lorsqu'une tension de seuil est dépassée.
Normalement, ces diodes sont connectées en parallèle au contact du commutateur. Même à des tensions faibles comme 24 VAC, ces appareils sont capables de fonctionner efficacement.
De plus, ils peuvent également bien fonctionner à des charges d'inductance plus élevées de 120 VCA. Par rapport aux diodes TVS, les appareils MOV ont une capacité supplémentaire.
Ainsi, lorsqu'un appareil MOV est utilisé, vous devez tenir compte de la capacité à utiliser. La note d'application Hamlin décrit mieux ce scénario.
Utilisation de la diode TVS bidirectionnelle
La suppression RC avait le bord en raison de la limitation de la tension de contact de l'interrupteur exactement pendant l'ouverture de l'interrupteur lorsque l'écart de contact est petit.
En outre, la suppression RC peut être mise en œuvre pour réduire la formation d'arc et améliorer la durée de vie des charges résistives.
Sur un circuit de suppression RC, un réseau de condensateurs et de résistances connectés en série est monté sur le contact de commutation dans une connexion parallèle.
Une autre option consiste à placer le condensateur et la résistance sur la charge.
Bien que la fixation de l'amortisseur RC sur le contact du commutateur soit idéale, il y a un énorme inconvénient car cela crée un chemin de courant vers la charge lorsque le commutateur est ouvert.
Si l'amortisseur est installé sur la charge, il élimine le courant. Cependant, des changements dans les connexions et l'impédance de la source peuvent affecter l'efficacité de la suppression d'arc.
Application de l'amortisseur RC en parallèle avec le contact de commutation
Dans l'amortisseur, les valeurs de la résistance et du condensateur dépendent de l'exigence.
La résistance choisie doit avoir une valeur suffisamment élevée pour restreindre le courant de décharge capacitif lorsque les contacts de l'interrupteur se ferment. Dans le même temps, il doit être suffisamment petit pour limiter la tension lorsque les contacts de l'interrupteur s'ouvrent.
Si vous choisissez une grande valeur de condensateur, cela diminuera sûrement l'impact de la tension pendant que les contacts du commutateur s'ouvrent.
Mais un condensateur plus grand peut être coûteux et peut entraîner une énergie de décharge capacitive plus élevée pendant le temps où les contacts de l'interrupteur se ferment. Ce type s'applique aux circuits CC et CA.
Utilisation du parallélisme de suppression RC (snubber) avec la charge
La loi d'Ohm est appliquée pour choisir la valeur de résistance la plus appropriée pour la suppression d'arc.
Dans la loi d'Ohm R = V / I , nous appliquons la formule R = 0,5 (Vpaquet/ JESW) et R = 0,3 (Vpaquet/ JESW) , où Vpaquet est la tension de crête AC ( 1,414 Vrms ) et jeSW est le courant de commutation nominal du contact de relais).
Pour diminuer la dégradation des contacts due à l'arc, nous devons nous assurer que la valeur R est minimale. D'autre part, la valeur R doit être augmentée pour réduire l'arc de contact du relais dû au courant d'appel.
Le défi est de déterminer la valeur de R entre ces scénarios.
Vous pouvez commencer par C = 0,1 μF ou 100 nF, lors de la sélection du condensateur car il s'agit d'une valeur standard et donc économique. En fonction de l'examen des performances de ce condensateur, vous pouvez l'augmenter jusqu'à ce que la capacité soit suffisante.
Il existe plusieurs méthodes pour évaluer les performances des valeurs de snubber choisies. Certains peuvent être effectués simplement par calcul ou simulation. Cependant, les caractéristiques résistives et inductives de la charge peuvent sembler indéfinies.
Cela est en grande partie causé par l'inductance des charges électromécaniques qui fluctue lorsque les composants changent de position.
Il est recommandé d'examiner la forme d'onde de tension à travers les contacts du commutateur via un oscilloscope, en particulier lors de l'ouverture des contacts. Le système d'amortisseur doit atténuer ou au moins minimiser la formation d'arc qui se produit lorsque les contacts s'ouvrent et se ferment.
La tension croissante ne doit pas redémarrer l'arc de contact. De plus, la tension maximale aux bornes du condensateur dans l’amortisseur ne doit pas être supérieure à sa tension nominale.
Encore une autre façon de savoir si l'amortisseur fonctionne correctement pour un interrupteur à lames est de regarder l'intervalle de contact de l'interrupteur et d'inspecter le rayonnement de la lumière produite par l'arc.
S'il y a moins de lumière, cela signifie que l'énergie générant l'arc est faible et garantit donc une durée de vie plus longue.
La méthode finale et la plus précise d’examen des performances de l’amortisseur consiste à effectuer un test de durée de vie.
La durée de vie des contacts est directement proportionnelle au nombre de cycles de commutation et non au nombre d'heures alimentées et non alimentées.
Il est conseillé de maintenir le nombre maximum d'opérations par seconde pour le test de durée de vie des charges d'arc est d'environ 5 à 50 opérations par seconde.
C'est environ 5 à 50 Hz de fréquence maximale. Le nombre de tests que vous pouvez effectuer dépend de la charge électrique et de la différence entre commodité et précision.
Lorsque vous avez besoin de connaître les spécifications des composants de l'amortisseur, vous devez également prendre en compte quelques autres choses en plus de l'inspection décrite de l'évaluation de l'arc, de la tension et de la durée de vie du condensateur les plus élevées.
Il est fondamental que lorsqu'un contact de commutation est ouvert, le courant circule dans le circuit d'amortissement.
Vous devez vous assurer que ce courant ne cause pas de problèmes à l’application du snubber. De plus, il est essentiel de confirmer que la dissipation de puissance dans la résistance du snubber ne dépasse pas sa puissance nominale.
Une autre pensée est qu'un circuit d'amortissement RC peut être utilisé en combinaison avec une diode TVS bidirectionnelle de MOV.
Un amortisseur RC peut être un circuit très efficace pour limiter la tension initiale aux bornes des contacts de relais d'ouverture, tandis que le TVS ou MOV peut être une alternative plus efficace pour limiter les surtensions de pointe.
Les références:
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
Une paire de: Circuit de détection et de surveillance de courant de précision utilisant IC NCS21xR Un article: Circuit de gradateur de lumière à bouton-poussoir
