منع التقوس التتابع باستخدام دوائر RC Snubber

في هذه المقالة نناقش صيغة وتقنيات تكوين شبكات دائرة RC للتحكم في الانحناء عبر جهات اتصال الترحيل أثناء تبديل الأحمال الحثية الثقيلة.

قمع القوس

يتم إنتاج قوس عبر جهات الاتصال عند فتح مفتاح أو مرحل. بمرور الوقت ، يمكن أن تتسبب هذه الحالة في تلف العدسات اللاصقة.

للتغلب على هذه المشكلة ، يتم نشر المقاوم / المكثف أو دائرة RC عبر جهات الاتصال وحمايتها. بمجرد فتح جهات الاتصال ، يمر الجهد المطبق عبر المكثف وليس جهات الاتصال.

أثناء العملية ، يتم شحن المكثف بشكل أسرع من وقت فتح جهات الاتصال مما يؤدي في النهاية إلى تجنب تكوين قوس عبر جهات الاتصال.

قمع تيار التدفق

عندما تغلق جهات الاتصال ، يمكن أن يكون تيار التدفق من المكثف المشحون وجهد الإمداد أعلى بكثير من تصنيفات جهات الاتصال ، مما يؤدي إلى تفاقمها.

لمنع هذا ، يتم إدخال المقاوم في سلسلة مع المكثف. يعمل كمحدد للتيار عن طريق امتصاص تيار التدفق بشكل كبير وبالتالي تقليل القوس المنتج وإطالة عمر جهات الاتصال.

طور C.C Bates صيغة لحساب المقاومة وقيمة السعة المطلوبة لشبكة RC: ج = أنا^اثنين / 10 و Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]

يمكن تحديد الجهد المستحث عند فتحة التلامس بواسطة

الخامس = IRc = ( Rc / RL ) Vo

• حيث V_أو= مصدر الجهد
• أنا = الحمل الحالي عند فتح الاتصال
• ر_ج= مقاومة RC Snubber
• C = سعة RC Snubber
• ر_إل= مقاومة الحمل

في الأمثلة التالية نتحدث عن تتابع القصب تحديد المشكلات ، ومحاولة تقييم الحسابات المطلوبة لتصميم شبكات RC عبر جهات الاتصال الخاصة بها.

نظرًا لأن مبدأ الانحناء قد يكون هو نفسه في المرحلات الأكبر أيضًا ، يمكن أيضًا تطبيق الصيغ المستخدمة في مرحلات القصب لتحديد أبعاد شبكات RC للمرحلات الأكبر.

كيف يحدث الانحناء في تبديل مرحل ريد

يمكن استخدام مفتاح القصب أو مستشعر القصب للتحكم في جهاز حثي مثل ملف الترحيل ، الملف اللولبي ، المحول ، المحرك الصغير ، إلخ.

عندما يفتح مفتاح القصب ، فإن الشحنة المخزنة في المحاثة في الجهاز ستجبر جهات الاتصال على الجهد العالي. بمجرد فتح المفتاح ، تكون فجوة الاتصال صغيرة في البداية.

لذلك ، يمكن أن يحدث الانحناء بين فجوة التلامس على الفور تقريبًا أثناء فتح المفتاح للتو.

يمكن أن تحدث هذه الظاهرة في كل من الأحمال المقاومة والحثية ، ولكن نظرًا لأن هذا الأخير ينتج جهدًا أعلى ، يُلاحظ زيادة نشاط الانحناء وبالتالي تقليل عمر التبديل.

عادةً ما يتم استخدام الصمام الثنائي بواسطة الدوائر الحثية للتيار المستمر لتجنب الجهد العالي. يُطلق على هذا النوع من الصمام الثنائي اسم flyback أو freeewheeling أو catch.

لسوء الحظ ، لا يمكن تطبيق هذا الصمام الثنائي في دوائر التيار المتردد.

لذلك ، يجب أن نستخدم مكثف أكسيد الفلز (MOV) ، أو صمام ثنائي الاتجاه (TVS) للجهد العابر أو شبكة قمع RC ، والمعروفة أيضًا باسم snubber.

هذه الأساليب المتنوعة لإخماد القوس الكهربائي لها العديد من الإيجابيات والسلبيات. يعد عدم استخدام الكبت أيضًا خيارًا إذا لم تتأثر حياة اتصال الترحيل بدونه.

تشمل العوامل العديدة التي تحدد النهج الذي يجب اتباعه التكلفة وعمر الاتصال والتعبئة وما إلى ذلك.

يتمثل السبب الأساسي لتصميمات دوائر قمع الشرر في تقليل الانحناء والضوضاء الناتجة عند استخدام المرحلات والمفاتيح.

اعتبارات تصميم RC

استخدام إمداد التيار المستمر مع صمامات TVS Suppressor Diode :

تقوم ثنائيات MOV و TVS بتوصيل التيار عند تجاوز عتبة الجهد.

عادة ، تكون هذه الثنائيات متصلة بشكل متوازي بجهة اتصال التبديل. حتى في الفولتية المنخفضة مثل 24 VAC ، فإن هذه الأجهزة قادرة على العمل بكفاءة.

علاوة على ذلك ، يمكنهم أيضًا العمل بشكل جيد عند أحمال الحث العالي 120 فولت تيار متردد. مقارنة بثنائيات TVS ، أضافت أجهزة MOV سعة إضافية.

وبالتالي ، عند استخدام جهاز MOV ، يجب مراعاة السعة المراد استخدامها. تصف مذكرة تطبيق Hamlin هذا السيناريو بشكل أفضل.

استخدام الصمام الثنائي TVS ثنائي الاتجاه

كان لقمع RC الحافة بسبب الحد من جهد اتصال المفتاح تمامًا أثناء فتح المفتاح عندما تكون فجوة التلامس صغيرة.

علاوة على ذلك ، يمكن تنفيذ قمع RC لتقليل الانحناء وتحسين الحياة في الأحمال المقاومة.

في دائرة قمع RC ، يتم توصيل مكثف وشبكة مقاومة متصلة في سلسلة عبر جهة اتصال المحول في اتصال متوازي.

خيار آخر هو وضع المكثف والمقاوم عبر الحمل.

في حين أن إرفاق جهاز التحكم عن بعد عبر جهة اتصال المحول يعد أمرًا مثاليًا ، إلا أن هناك عيبًا كبيرًا لأن هذا يخلق مسارًا حاليًا للحمل عند فتح المفتاح.

إذا تم تثبيت snubber عبر الحمل ، فإنه يزيل التيار. ومع ذلك ، يمكن أن تؤثر التغييرات في التوصيلات ومقاومة المصدر على كفاءة كبت القوس.

تطبيق RC Snubber بالتوازي مع مفتاح الاتصال

في snubber ، تعتمد قيم المقاوم والمكثف على المتطلبات.

يجب أن يكون للمقاوم المختار قيمة عالية بما يكفي لتقييد تيار التفريغ السعوي عند إغلاق جهات الاتصال الخاصة بالمفتاح. في الوقت نفسه ، يجب أن تكون صغيرة بما يكفي لتقييد الجهد عند فتح جهات الاتصال.

إذا اخترت قيمة مكثف كبيرة ، فمن المؤكد أنها ستقلل من تأثير الجهد أثناء فتح جهات الاتصال.

لكن المكثف الأكبر قد يكون باهظ الثمن وقد يتسبب في طاقة تفريغ سعوية أعلى خلال الوقت الذي تغلق فيه ملامسات المفتاح. ينطبق هذا النوع على كل من دوائر التيار المستمر والتيار المتردد.

باستخدام RC (Snubber) قمع Paralle مع الحمل

يتم تطبيق قانون أوم لاختيار أنسب قيمة المقاوم لقمع القوس.

في قانون أوم R = V / I ، نطبق الصيغة R = 0.5 (الخامس_ص/ أنا_{جنوب غرب}) و R = 0.3 (الخامس_ص/ أنا_{جنوب غرب}) ، أين الخامس_ص هل ذروة جهد التيار المتردد ( 1.414 فرمس ) و أنا_{جنوب غرب} هو تيار التحويل المقنن لجهة اتصال الترحيل).

لتقليل تدهور الاتصال بسبب الانحناء ، علينا التأكد من أن قيمة R هي الحد الأدنى. من ناحية أخرى ، يجب زيادة قيمة R لتقليل قوس التلامس بسبب تدفق التيار.

يعد تحديد قيمة R بين هذه السيناريوهات هو التحدي.

يمكنك أن تبدأ بـ C = 0.1 درجة فهرنهايت أو 100 nF ، عند اختيار المكثف لأن هذه قيمة قياسية وبالتالي فهي غير مكلفة. اعتمادًا على فحص أداء هذا المكثف ، يمكنك زيادته حتى تصبح السعة كافية.

هناك طرق متعددة لتقييم أداء قيم snubber المختارة. يمكن تنفيذ بعضها فقط عن طريق الحساب أو المحاكاة. ومع ذلك ، قد تظهر السمات المقاومة والاستقرائية للحمل إلى أجل غير مسمى.

يحدث هذا إلى حد كبير بسبب تحريض الأحمال الكهروميكانيكية التي تتقلب عندما تغير المكونات مواقعها.

إنها ممارسة جيدة لفحص شكل موجة الجهد عبر ملامسات المفتاح عبر مرسمة الذبذبات خاصة أثناء فتح التلامس. يجب أن يخفف نظام snpper أو على الأقل تقليل الانحناء الذي يحدث عندما تفتح جهات الاتصال وتغلق.

يجب ألا يؤدي الجهد المتزايد إلى إعادة تشغيل قوس التلامس. علاوة على ذلك ، يجب ألا يكون الحد الأقصى للجهد عبر المكثف في جهاز التنفس أكثر من تصنيف الجهد.

هناك طريقة أخرى لمعرفة ما إذا كان snubber يعمل بشكل صحيح لمفتاح القصب هو النظر إلى فجوة ملامسة المفتاح وفحص إشعاع الضوء الناتج عن القوس.

إذا كان هناك ضوء أقل ، فهذا يعني أن الطاقة المولدة للقوس تكون قليلة وبالتالي تتطلب عمرًا أطول.

الطريقة النهائية والأكثر دقة لفحص أداء جهاز التنفس هي إجراء اختبار مدى الحياة.

يتناسب عمر التلامس بشكل مباشر مع عدد دورات التبديل وليس مع عدد ساعات التشغيل التي تعمل بالطاقة وغير المزودة بالطاقة.

يُنصح بالحفاظ على الحد الأقصى لعدد العمليات في الثانية الواحدة لاختبار العمر الافتراضي لأحمال الانحناء حوالي 5 إلى 50 عملية في الثانية.

هذا حوالي 5 إلى 50 هرتز من الحد الأقصى للتردد. يعتمد عدد الاختبارات التي يمكنك إجراؤها على الحمل الكهربائي والفرق بين الراحة والدقة.

عندما تحتاج إلى معرفة مواصفات مكونات جهاز التنفس ، يجب أن تفكر في بعض الأشياء الأخرى أيضًا بصرف النظر عن الفحص الموصوف لتقييم القوس وأعلى جهد للمكثف وعمره.

من الأساسي أنه عند فتح اتصال مفتاح ، يتدفق التيار عبر دائرة snubber.

يجب عليك التأكد من أن هذا التيار لا يسبب مشكلة لتطبيق snubber. علاوة على ذلك ، من الضروري التأكد من أن تبديد الطاقة في المقاوم لا يتجاوز تصنيف قوتها.

هناك فكرة أخرى وهي أنه يمكن استخدام دائرة جهاز التنفس RC بالاقتران مع الصمام الثنائي TVS ثنائي الاتجاه من MOV.

يمكن أن يكون جهاز التحكم عن بعد RC عبارة عن دارة عالية الكفاءة في الحد من الجهد الأولي عبر جهات اتصال مرحل الفتح ، في حين أن TVS أو MOV قد يكونان بديلاً أكثر كفاءة لتقييد الفولتية القصوى.

مراجع:

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