使用RC缓冲电路防止继电器起弧

在本文中，我们讨论配置RC电路网络的公式和技术，以控制跨继电器触点电弧时切换重电感负载。

电弧抑制

当开关或继电器断开时，触点之间会产生电弧。随着时间的推移，这种情况会磨损隐形眼镜。

为了克服这个问题，电阻/电容或RC电路部署跨接触和保护他们。一旦触点打开，施加的电压通过电容器而不是触点。

在这个过程中，电容器充电的速度比触点打开的时间要快，这最终避免了在触点上形成电弧。

涌流抑制

当触点闭合时，来自充电电容器的浪涌电流和电源电压会显著高于触点的额定值，从而导致它们恶化。

为了防止这种情况发生，电阻器与电容器串联在一起。它通过吸收涌流电流而起到限流器的作用，从而大大减少了产生的电弧并延长了触点的寿命。

贝茨提出了一个计算RC网络所需电阻和电容值的公式:C＝我²/ 10,Rc = Vo /[10我{1 + (50 / Vo)})

触点开口处感应的电压可由

V =IRc= (Rc / RL）签证官

• 在V_O=电压源
• I =触点打开时的负载电流
• R_C= RC缓冲器的阻力
• C = RC缓冲器的电容
• R_l=负载电阻

在下面的例子中，我们会讨论簧片继电器电弧问题，并试图评估设计RC网络所需的计算跨越其接触。

由于在大型继电器中起弧的原理也可能相同，因此簧片继电器中使用的公式也可用于大型继电器RC网络的尺寸计算。

簧片继电器开关是如何起弧的

簧片开关或簧片传感器可用于控制继电器线圈、螺线管、变压器、小型电机等感应装置。

当簧片开关打开时，存储在器件电感中的电荷将迫使开关接触到一个高电压。一旦开关打开，触点间隙在开始时很小。

因此，当开关刚打开时，触点间隙之间的电弧几乎可以立即发生。

这种现象可以发生在阻性负载和感性负载中，但由于后者产生更高的电压，增加的电弧活动可见从而降低开关寿命。

直流感应电路通常使用二极管来避免高电压。这种类型的二极管称为反激式、自由旋转或捕捉二极管。

不幸的是，这种二极管的应用不可能在交流电路中。

因此，我们必须使用金属氧化物压敏电阻(MOV)，双向瞬态电压抑制(TVS)二极管或RC抑制网络，也称为缓冲器。

这些不同的电弧抑制方法有很多的优点和缺点。如果继电器触点的寿命不受影响，不使用抑制也是一个选择。

决定采用哪种方法的因素很多，包括成本、接触寿命、包装等。

火花抑制电路设计的根本原因是尽量减少电弧和噪声产生时，接合继电器和开关。

钢筋混凝土设计注意事项

使用直流电源与TVS抑制二极管：

当阈值电压超过时，MOV和TVS二极管导电电流。

通常，这些二极管并联连接到开关触点。即使在像24vac这样的低电压下，这些设备也能够有效地工作。

此外，他们也可以在较高的电感120伏交流电负载下工作。与TVS二极管相比，MOV器件增加了电容。

因此，当使用MOV设备时，必须考虑使用的电容。Hamlin应用程序说明更好地描述了这个场景。

使用双向TVS二极管

由于接触间隙较小时能精确地限制开关打开时的接触电压，因此RC抑制具有边缘效应。

此外，RC抑制可用于减少电弧和提高电阻负载的寿命。

在RC抑制电路中，串联的电容和电阻网络并联安装在开关触点上。

另一种选择是在负载上放置电容和电阻。

虽然在开关触点上附加RC缓冲器是理想的，但这有一个巨大的缺点，因为当开关打开时，这会创建一个电流路径到负载。

如果缓冲器安装在负载上，它消除了电流。然而，连接和源阻抗的变化会影响消弧效率。

与开关触点并联应用RC缓冲器

在缓冲器中，电阻和电容的值取决于要求。

所选电阻器必须有一个足够高的值来限制开关触点闭合时的电容放电电流。同时，它必须足够小，以限制开关触点断开时的电压。

如果你选择一个大的电容值，它肯定会降低电压冲击时，开关触点打开。

但较大的电容器可能是昂贵的，并可能导致较高的电容放电能量期间，触点的开关关闭。这种类型适用于直流和交流电路。

使用RC(缓冲器)抑制与负载并行

应用欧姆定律来选择最合适的阻电弧值。

在欧姆定律中R = V / I，我们应用这个公式R = 0.5 (v_pk/我_西南）和R = 0.3 (v_pk/我_西南）,在那里V_pk为交流峰值电压(1.414 Vrms),我_西南继电器触点的额定开关电流)。

为了减少由于电弧引起的接触退化，我们必须确保R值是最小的。另一方面，必须增大R值，以减小继电器触点因涌流产生的电弧。

在这些场景之间确定R的值是一个挑战。

你可以从C = 0.1μF或100nf，当选择电容器时，因为这是标准值，因此成本友好。根据这个电容器的性能检查，你可以增加它，直到电容足够。

有多种方法来评估所选缓冲器值的性能。有些可以通过计算或模拟来实现。然而，负载的电阻和感应特性可能出现不定。

这主要是由机电负载的电感引起的，当元件改变位置时，电感会波动。

通过示波器检查开关触点的电压波形是一种很好的做法，特别是在触点打开时。缓冲系统应该减轻或至少将触点启闭时发生的电弧降到最低。

增加的电压不应重新启动触点电弧。此外，缓冲器中电容的最大电压不能超过它的额定电压。

另一种检查簧片开关缓冲器是否正常工作的方法是查看开关触点的间隙，并检查电弧产生的光的亮度。

如果光线更少，那就意味着产生电弧的能量更少，因此寿命更长。

检验缓冲器性能的最后也是最精确的方法是进行寿命试验。

触点寿命直接与开关周期数成正比，而不是与通电和不通电的小时数成正比。

建议电弧负载寿命测试的最大每秒操作数保持在5 - 50次/秒左右。

这大约是5到50赫兹的最大频率。你可以进行的测试的数量取决于电负载和方便与精确之间的差异。

当你需要找出缓冲器组件的规格时，除了电弧评估、最高电容电压和寿命的检查之外，你还必须考虑其他一些事情。

当开关触点断开时，电流流过缓冲电路，这是很基本的。

您必须确保该电流不会对缓冲器的应用造成麻烦。此外，必须确认缓冲器电阻器的功率耗散不超过其额定功率。

另一种想法是RC缓冲电路可以与MOV的双向TVS二极管结合使用。

RC缓冲器可以作为限制开路继电器触点初始电压的高效电路，而TVS或MOV可能是限制峰值浪涌电压的更有效的替代方案。

引用:

//m.addme-blog.com/wp-content/uploads/2020/10/RC-snubber.pdf

//m.addme-blog.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