Pada artikel ini kita membahas rumus dan teknik konfigurasi jaringan rangkaian RC untuk mengendalikan busur api di seluruh kontak relai saat mengganti beban induktif yang berat.
Penekanan busur
Busur diproduksi melintasi kontak ketika sakelar atau relai dibuka. Seiring waktu, kondisi ini dapat merusak kontak.
Untuk mengatasi masalah ini, Resistor / Kapasitor atau rangkaian RC dipasang di seluruh kontak dan menjaganya. Setelah kontak terbuka, tegangan yang diberikan melewati kapasitor dan bukan kontak.
Selama proses tersebut, kapasitor mengisi lebih cepat daripada waktu pembukaan kontak yang pada akhirnya menghindari pembentukan busur di seluruh kontak.
Inrush Current Suppression
Ketika kontak ditutup, arus masuk dari kapasitor yang diisi dan tegangan suplai dapat secara signifikan lebih tinggi daripada peringkat untuk kontak sehingga menyebabkannya memburuk.
Untuk mencegah hal ini, resistor dimasukkan secara seri dengan kapasitor. Ini berfungsi sebagai pembatas arus dengan menyerap arus masuk secara signifikan sehingga mengurangi busur yang dihasilkan dan memperpanjang umur kontak.
C.C Bates mengembangkan rumus untuk menghitung nilai resistansi dan kapasitansi yang diperlukan untuk jaringan RC: C = sayadua / 10, dan Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]
Tegangan yang diinduksi pada pembukaan kontak dapat ditentukan dengan
V = IRc = ( Rc / RL ) Vo
- Dimana VATAU= Sumber tegangan
- I = Arus beban pada pembukaan kontak
- RC= Resistensi RC Snubber
- C = Kapasitansi RC Snubber
- RL= Resistensi Beban
Dalam contoh berikut ini, kami berbicara tentang estafet buluh masalah lengkung, dan mencoba mengevaluasi kalkulasi yang diperlukan untuk merancang jaringan RC di seluruh kontaknya.
Karena prinsip busur api mungkin sama pada relai yang lebih besar juga, rumus yang digunakan dalam relai buluh dapat juga diterapkan untuk menentukan dimensi jaringan RC untuk relai yang lebih besar.
Bagaimana Arcing Terjadi di Reed Relay Switching
Sakelar buluh atau sensor buluh dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat induktif seperti koil relai, solenoid, transformator, motor kecil, dll.
Saat sakelar buluh terbuka, muatan yang disimpan dalam induktansi di perangkat akan memaksa kontak sakelar ke tegangan tinggi. Setelah sakelar terbuka, celah kontak kecil di awal.
Oleh karena itu, busur api antara celah kontak dapat terjadi hampir seketika saat sakelar baru saja membuka.
Fenomena ini dapat terjadi pada beban resistif dan induktif, tetapi karena beban induktif menghasilkan tegangan yang lebih tinggi, peningkatan aktivitas busur api terlihat sehingga mengurangi umur sakelar.
Dioda biasanya digunakan oleh rangkaian induktif DC untuk menghindari tegangan tinggi. Jenis dioda ini disebut flyback, freewheeling, atau catch diode.
Sayangnya, penerapan dioda ini tidak memungkinkan pada rangkaian AC.
Jadi, kita harus menggunakan metal-oxide varistor (MOV), dioda penekan tegangan transien dua arah (TVS) atau jaringan penekan RC, juga dikenal sebagai snubber.
Pendekatan penindasan busur yang beragam ini memiliki banyak pro dan kontra. Tidak menggunakan penekanan juga merupakan pilihan jika umur kontak relai tidak terpengaruh tanpanya.
Banyak faktor yang menentukan pendekatan mana yang perlu dilakukan, termasuk biaya, umur kontak, pengepakan, dll.
Alasan mendasar untuk desain sirkuit penekan percikan adalah untuk meminimalkan busur api dan kebisingan yang dihasilkan saat mengaktifkan relai dan sakelar.
Pertimbangan Desain RC
Menggunakan suplai DC dengan TVS Suppressor Diode :
Dioda MOV dan TVS menghantarkan arus ketika tegangan ambang batas terlampaui.
Biasanya, dioda ini terhubung secara paralel ke kontak sakelar. Bahkan pada tegangan rendah seperti 24 VAC, perangkat ini mampu bekerja secara efisien.
Selain itu, mereka juga dapat berfungsi dengan baik pada beban induktansi 120 VAC yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan dioda TVS, perangkat MOV telah menambahkan kapasitansi.
Jadi, ketika perangkat MOV digunakan, Anda harus mempertimbangkan kapasitansi yang akan digunakan. Catatan aplikasi Hamlin menjelaskan skenario ini dengan lebih baik.
Menggunakan Dioda TVS Dua Arah
Supresi RC memiliki tepi karena membatasi tegangan kontak sakelar persis selama pembukaan sakelar ketika celah kontak kecil.
Selain itu, penekanan RC dapat diterapkan untuk mengurangi busur api dan meningkatkan umur beban resistif.
Pada rangkaian supresi RC, jaringan kapasitor dan resistor yang dihubungkan secara seri dipasang melintasi kontak sakelar dalam koneksi paralel.
Pilihan lainnya adalah dengan menempatkan kapasitor dan resistor di seberang beban.
Meskipun ideal memasang snubber RC di seluruh kontak sakelar, ada kerugian besar karena ini menciptakan jalur arus ke beban saat sakelar terbuka.
Jika snubber dipasang melintasi beban, itu menghilangkan arus. Namun, perubahan koneksi dan impedansi sumber dapat mempengaruhi efisiensi penekanan busur.
Menerapkan RC Snubber Paralel dengan Sakelar Kontak
Di snubber, nilai resistor dan kapasitor tergantung pada kebutuhan.
Resistor yang dipilih harus memiliki nilai yang cukup tinggi untuk membatasi arus pelepasan kapasitif ketika kontak sakelar ditutup. Pada saat yang sama, itu harus cukup kecil untuk membatasi tegangan saat kontak sakelar terbuka.
Jika Anda memilih nilai kapasitor yang besar, pasti akan mengurangi dampak tegangan saat kontak sakelar terbuka.
Tetapi kapasitor yang lebih besar bisa mahal dan mungkin menyebabkan energi pelepasan kapasitif yang lebih tinggi selama kontak sakelar ditutup. Jenis ini berlaku untuk rangkaian DC dan AC.
Menggunakan RC (Snubber) Suppression Paralle dengan Beban
Hukum Ohm diterapkan untuk memilih nilai resistor yang paling sesuai untuk penekanan busur.
Dalam hukum Ohm R = V / I , kami menerapkan rumusnya R = 0,5 (V.pk/ ISW) dan R = 0,3 (V.pk/ ISW) , dimana V.pk adalah tegangan puncak AC ( 1.414 Vrms ) dan sayaSW adalah arus sakelar pengenal dari kontak relai).
Untuk mengurangi degradasi kontak akibat busur api, kita harus memastikan nilai R minimum. Di sisi lain, nilai R harus dinaikkan untuk mengurangi busur kontak relai karena arus masuk.
Menentukan nilai R di antara skenario-skenario ini merupakan tantangannya.
Anda bisa mulai dengan C = 0,1μF atau 100 nF, ketika memilih kapasitor karena ini adalah nilai standar dan dengan demikian ramah biaya. Bergantung pada pemeriksaan kinerja kapasitor ini, Anda dapat meningkatkannya hingga kapasitansi mencukupi.
Ada beberapa metode untuk menilai kinerja nilai snubber yang dipilih. Beberapa dapat dilakukan hanya dengan perhitungan atau simulasi. Namun, fitur resistif dan induktif dari beban mungkin tampak tidak terbatas.
Hal ini sebagian besar disebabkan oleh induktansi beban elektromekanis yang berfluktuasi saat komponen berubah posisi.
Merupakan praktik yang baik untuk memeriksa bentuk gelombang tegangan di seluruh kontak sakelar melalui osiloskop terutama selama pembukaan kontak. Sistem snubber harus meringankan atau setidaknya meminimalkan busur yang terjadi saat kontak membuka dan menutup.
Peningkatan tegangan seharusnya tidak memulai kembali busur kontak. Selain itu, tegangan maksimum yang melintasi kapasitor di snubber tidak boleh lebih dari nilai tegangannya.
Cara lain untuk mengetahui apakah snubber berfungsi dengan baik untuk sakelar buluh adalah dengan melihat celah kontak sakelar dan memeriksa pancaran cahaya yang dihasilkan oleh busur.
Jika ada lebih sedikit cahaya, itu berarti energi yang menghasilkan busur sedikit dan oleh karena itu menjamin umur yang lebih lama.
Metode terakhir dan paling tepat untuk memeriksa kinerja snubber adalah dengan melakukan tes kehidupan.
Umur kontak berbanding lurus dengan jumlah siklus pengalihan dan bukan dengan jumlah jam bertenaga dan tidak.
Disarankan untuk menjaga jumlah operasi maksimum per detik untuk pengujian umur beban lengkung adalah sekitar 5 hingga 50 operasi per detik.
Ini adalah sekitar 5 hingga 50 Hz frekuensi maksimum. Jumlah pengujian yang dapat Anda lakukan bergantung pada beban listrik dan perbedaan antara kenyamanan dan presisi.
Ketika Anda perlu mengetahui spesifikasi komponen untuk snubber, Anda harus mempertimbangkan beberapa hal lain juga selain dari inspeksi evaluasi busur yang dijelaskan, tegangan kapasitor tertinggi dan kehidupan.
Merupakan hal mendasar bahwa ketika kontak sakelar dibuka, arus mengalir melalui rangkaian snubber.
Anda harus memastikan bahwa arus ini tidak menyebabkan masalah pada aplikasi snubber. Selain itu, penting untuk memastikan bahwa disipasi daya di resistor snubber tidak melebihi peringkat dayanya.
Satu pemikiran lagi adalah bahwa rangkaian snubber RC dapat digunakan dalam kombinasi dengan dioda TVS dua arah MOV.
RC snubber dapat menjadi sirkuit yang sangat efisien dalam membatasi tegangan awal pada kontak relai pembuka, sedangkan TVS atau MOV mungkin menjadi alternatif yang lebih efisien untuk membatasi tegangan lonjakan puncak.
Referensi:
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
Sepasang: Sirkuit Penginderaan dan Pemantauan Arus Presisi menggunakan IC NCS21xR Berikutnya: Sirkuit Dimmer Lampu Tombol Tekan
