Neste artigo, discutimos a fórmula e as técnicas de configuração de redes de circuitos RC para controlar o arco voltaico nos contatos do relé durante a comutação de cargas indutivas pesadas.
Supressão de arco
Um arco é produzido através dos contatos quando uma chave ou relé é aberto. Com o tempo, essa condição pode desgastar os contatos.
Para superar esse problema, um resistor / capacitor ou circuito RC é implantado nos contatos e os protege. Uma vez abertos os contatos, a tensão aplicada passa pelo capacitor e não pelos contatos.
Durante o processo, o capacitor carrega mais rápido do que o tempo de abertura dos contatos, o que evita a formação de um arco através dos contatos.
Supressão de corrente de irrupção
Quando os contatos fecham, a corrente de partida do capacitor carregado e a tensão de alimentação podem ser significativamente maiores do que as classificações dos contatos, causando assim sua piora.
Para evitar isso, um resistor é introduzido em série com o capacitor. Ele funciona como um limitador de corrente, absorvendo a corrente de pico significativamente, reduzindo assim o arco produzido e estendendo a vida útil dos contatos.
C.C Bates desenvolveu uma fórmula para calcular o valor de resistência e capacitância que é necessário para a rede RC: C = Eudois / 10, e Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
A tensão induzida na abertura do contato pode ser determinada por
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Onde VOU= Fonte de tensão
- I = Corrente de carga na abertura do contato
- RC= Resistência do Snubber RC
- C = Capacitância do Snubber RC
- Reu= Resistência à carga
Em nossos exemplos a seguir, falamos sobre o reed relay problemas de arco e tente avaliar os cálculos necessários para projetar redes RC em seus contatos.
Uma vez que o princípio do arco pode ser o mesmo em relés maiores, as fórmulas usadas no relé reed também podem ser aplicadas para dimensionar as redes RC para os relés maiores.
Como ocorre o arco na troca de relé de palheta
Um interruptor reed ou sensor reed pode ser usado para controlar um dispositivo indutivo como uma bobina de relé, solenóide, transformador, pequeno motor, etc.
Quando a chave reed abre, a carga armazenada na indutância do dispositivo forçará os contatos da chave a uma alta tensão. Depois que a chave abre, a lacuna de contato é pequena no início.
Portanto, o arco entre a lacuna do contato pode acontecer quase imediatamente enquanto a chave está apenas abrindo.
O fenômeno pode ocorrer tanto em cargas resistivas quanto indutivas, mas como as últimas produzem uma tensão mais alta, ocorre aumento da atividade de arco, reduzindo assim a vida útil da chave.
Um diodo é normalmente usado pelos circuitos indutivos CC para evitar alta tensão. Esse tipo de diodo é chamado de diodo flyback, freewheeling ou catch.
Infelizmente, a aplicação deste diodo não é possível em circuitos AC.
Portanto, devemos usar um varistor de óxido metálico (MOV), um diodo supressor de tensão transiente bidirecional (TVS) ou uma rede de supressão RC, também conhecido como snubber.
Essas diversas abordagens de supressão de arco têm muitos prós e contras. Não usar supressão também é uma opção se a vida do contato do relé não for afetada sem ela.
Os muitos fatores que determinam qual abordagem deve ser realizada incluem custo, vida útil do contato, embalagem, etc.
A razão fundamental para os projetos de circuito de supressão de faísca é minimizar o arco voltaico e o ruído gerado ao envolver relés e interruptores.
Considerações de Design RC
Usando alimentação DC com diodo supressor TVS :
Os diodos MOV e TVS conduzem corrente quando uma tensão limite é ultrapassada.
Normalmente, esses diodos são conectados em paralelo ao contato da chave. Mesmo em baixas tensões como 24 VAC, esses dispositivos são capazes de funcionar com eficiência.
Além disso, eles também podem funcionar bem com cargas de 120 VAC de indutância mais altas. Em comparação com os diodos TVS, os dispositivos MOV adicionaram capacitância.
Portanto, quando um dispositivo MOV é utilizado, você deve considerar a capacitância a ser usada. A nota de aplicação Hamlin descreve melhor este cenário.
Usando Diodo TVS Bidirecional
A supressão RC teve o limite devido à limitação da tensão do contato da chave exatamente durante a abertura da chave, quando a lacuna do contato é pequena.
Além disso, a supressão RC pode ser implementada para diminuir o arco e melhorar a vida útil em cargas resistivas.
Em um circuito de supressão RC, uma rede de capacitores e resistores conectados em série é montada através do contato da chave em uma conexão paralela.
Outra opção é colocar o capacitor e o resistor na carga.
Embora prender o amortecedor RC através do contato da chave seja ideal, há uma grande desvantagem porque isso cria um caminho de corrente para a carga quando a chave está aberta.
Se o snubber for instalado na carga, ele elimina a corrente. Porém, mudanças nas conexões e impedância da fonte podem afetar a eficiência da supressão do arco.
Aplicando RC Snubber paralelo com o contato do interruptor
No snubber, os valores do resistor e do capacitor dependem do requisito.
O resistor escolhido deve ter um valor alto o suficiente para restringir a corrente de descarga capacitiva quando os contatos da chave fecham. Ao mesmo tempo, deve ser pequeno o suficiente para restringir a tensão quando os contatos da chave abrem.
Se você escolher um valor de capacitor grande, certamente diminuirá o impacto da tensão enquanto os contatos da chave abrem.
Mas um capacitor maior pode ser caro e pode causar uma descarga capacitiva mais alta durante o tempo em que os contatos da chave fecham. Este tipo se aplica a circuitos DC e AC.
Usando Paralelo de Supressão RC (Snubber) com a Carga
A lei de Ohm é aplicada para escolher o valor de resistor mais apropriado para a supressão de arco.
Na lei de Ohm R = V / I , aplicamos a fórmula R = 0,5 (Vpk/ EUSW) e R = 0,3 (Vpk/ EUSW) , Onde Vpk é a tensão de pico AC ( 1,414 Vrms ) e EuSW é a corrente de comutação nominal do contato do relé).
Para diminuir a degradação do contato devido ao arco voltaico, temos que nos certificar de que o valor R é mínimo. Por outro lado, o valor R deve ser aumentado para diminuir o arco elétrico do contato do relé devido à corrente de inrush.
Determinar o valor de R entre esses cenários é o desafio.
Você pode começar com C = 0,1μF ou 100 nF, ao selecionar o capacitor porque este é o valor padrão e, portanto, acessível. Dependendo do exame de desempenho deste capacitor, você pode aumentá-lo até que a capacitância seja suficiente.
Existem vários métodos para avaliar o desempenho dos valores de amortecimento escolhidos. Alguns podem ser executados apenas por cálculo ou simulação. No entanto, as características resistivas e indutivas da carga podem parecer indefinidas.
Isso é amplamente causado pela indutância das cargas eletromecânicas que flutuam quando os componentes mudam de posição.
É uma boa prática examinar a forma de onda da tensão nos contatos da chave por meio de um osciloscópio, especialmente durante a abertura do contato. O sistema de amortecimento deve aliviar ou pelo menos minimizar o arco voltaico que ocorre quando os contatos abrem e fecham.
O aumento da tensão não deve reiniciar o arco de contato. Além disso, a tensão máxima através do capacitor no amortecedor não deve ser maior do que sua classificação de tensão.
Outra maneira de descobrir se o amortecedor está funcionando corretamente para uma chave de palheta é olhar a lacuna do contato da chave e inspecionar o brilho da luz produzida pelo arco.
Se houver menos luz, isso significa que a energia que gera o arco é pequena e, portanto, garante uma vida mais longa.
O método final e mais preciso de examinar o desempenho do snubber é realizar um teste de vida.
A vida do contato é diretamente proporcional ao número de ciclos de comutação e não ao número de horas com e sem energia.
É aconselhável manter o número máximo de operações por segundo para o teste de vida das cargas de arco em torno de 5 a 50 operações por segundo.
Isso é cerca de 5 a 50 Hz da frequência máxima. O número de testes que você pode realizar depende da carga elétrica e da diferença entre conveniência e precisão.
Quando você precisa descobrir as especificações dos componentes para o amortecedor, você deve considerar algumas outras coisas além da inspeção descrita da avaliação do arco, tensão mais alta do capacitor e vida útil.
É fundamental que, quando um contato da chave é aberto, a corrente flui através do circuito de amortecimento.
Você deve garantir que esta corrente não cause problemas ao aplicativo do amortecedor. Além disso, é essencial confirmar que a dissipação de energia no resistor do amortecedor não ultrapassa sua classificação de energia.
Mais um pensamento é que um circuito snubber RC pode ser utilizado em combinação com um diodo TVS bidirecional de MOV.
Um snubber RC pode ser um circuito altamente eficiente para limitar a tensão inicial através dos contatos do relé de abertura, enquanto o TVS ou MOV pode ser uma alternativa mais eficiente para restringir picos de tensão.
Referências:
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
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