27 ноября 2019
Способ защиты от помехи при подключении к контактам блока мощного реле, контактора, пускателя.
Контакты реле могут коммутировать довольно большой ток до 16А. Например в блоках 8 канального реле DRM88R. Но бывают проекты, в которых необходимо коммутировать бОльший ток, например, для нагревательных элементов. Для увеличения тока можно использовать внешний контактор или реле или пускатель. Но этот контактор представляет собой очень большую индуктивную нагрузку. При включении и выключении этой нагрузки возникает сильная помеха и блок может зависнуть или сбросится. Как заставить блок работать стабильно и надежно?
Из курса физики известно, что ёмкость в конденсаторе накапливает напряжение, а индуктивность в дросселе накапливает ток.
Если подать питание через контакт выключателя на конденсатор, то напряжение начнет плавно возрастать, пока не поднимется до напряжения питания. При этом ток сначала будет большой, затем плавно снизится до нуля. При замыкании контакта будет искра, которая может вызвать помеху. При размыкании контакта тока уже не будет, искры не будет и помехи тоже. Конденсатор плавно разрядится через внутреннее сопротивление или внутреннюю схему, например, если это светодиодная лампа.
Если подать питание через контакт выключателя на индуктивность (дроссель, или реле), то ток начнет плавно заряжаться. Т.е. сначала ток будет нулевой, затем начнет плавно нарастать до какого то значения. Ток через обмотку контактора течёт, его контакты замкнуты. А что будет происходить при размыкании выключателя? Через индуктивную нагрузку течёт ток, мы размыкаем выключатель и ток начинает плавно уменьшаться. Выключатель то мы разомкнули, а ток продолжает течь! Ток не может резко прекратиться, он накопился в дросселе и он может только плавно уменьшится. Что происходит с выключателем? Происходит пробой воздушного зазора в контактах. Возникает дуга, которая при размыкании контактов растягивается. Эта дуга начинает излучать радиопомехи в широком диапазоне частот. Возникает большое электромагнитное поле, которое наводит ЭДС на дорожки в блоке. И блок не выдерживает такого натиска, процессор зависает, затем по таймеру сбрасывается и запускается снова.
Что нужно сделать? Нужно убрать дугу, уменьшив ток через размыкаемые контакты. Возможны два варианта решения.
Первый это размыкать контакты при маленьком токе. При переменном напряжении сети напряжение меняется с плюса на минус, переходя через ноль. Так же через ноль переходит и ток, но с некоторым запозданием. Можно контролировать ток, и при переходе тока через ноль размыкать контакты. С этой задачей отлично справляются тиристоры или симисторы (симметричные тиристоры). Для реле также можно сделать размыкание при нулевом токе. Для этого в блоке ставится детектор перехода нуля сети, затем рассчитывается определенная задержка, затем отключается питание от обмотки реле и контакты размыкаются. Таким образом организовано управление контактами в блоке реле DRM21R https://razumdom.ru/catalog/modbus_rtu/rele_rtu_rs485/717/.
Второй вариант это пропускать ток в обход контактов реле. Это можно сделать с помощью ёмкостной нагрузки. В ёмкостной нагрузке при подаче питания сначала течёт большой ток, плавно уменьшаясь, который плавно увеличивает напряжение. Если поставить параллельно контактам конденсатор, то при размыкании контактов с индуктивной нагрузкой ток потечет не через воздушный зазор, а через конденсатор, заряжая его постепенно напряжением. Конденсатор зарядится и ток прекратится. Но при замыкании контакта заряженный конденсатор должен будет быстро разрядиться, т.е. потечёт ток при замыкании. Поэтому ёмкость конденсатора должна быть не очень большой и последовательно подключается резистор. Включенные параллельно ёмкость и индуктивность образуют колебательный контур, которые вызывают колебания. Но встроенный резистор способствуют быстрому угасанию колебаний в контуре. Поэтому резистор во первых уменьшает ток разряда конденсатора, во вторых гасит колебания.
Подключение снаббера (демпфера) параллельно контактам реле или параллельно индуктивной нагрузке равноценно, поскольку сопротивление источника питания очень мало. Но при подключенном снаббере к контактам реле и разомкнутых контактах небольшой ток продолжит течь, поэтому, разумнее всего подключать снаббер параллельно нагрузке.
При постоянном напряжении при разомкнутых контактах конденсатор заряжается до напряжения питания и ток течь прекращает. А при переменном напряжении ток через конденсатор течет постоянно, т.к. ток сдвинут от напряжения. Для большой индуктивной нагрузки это не заметно. А для маленькой нагрузки это будет сильно заметно. Например, включенная через конденсатор светодиодная лампа будет слегка подсвечиваться и ночью в темноте её будет очень хорошо видно. Получится своеобразный ночник. Поэтому применять снаббер (конденсатор на контактах реле) для всех случаев в жизни нельзя. Поэтому встроить этот снаббер внутрь реле нельзя, а можно его использовать только как внешний элемент для определенных типов нагрузок.
Например, можно использовать вот такой снаббер: https://energ-on.ru/modul-snabberov-sb-2-1-20om-0-1mkf-uhl4/
При постоянном токе для замыкания реактивной энергии, т.е. разряда тока конденсаторы не применяют. Вместо них применяют выпрямительные диоды, включенные встречно протекающему току.
Из курса физики известно, что ёмкость в конденсаторе накапливает напряжение, а индуктивность в дросселе накапливает ток.
Если подать питание через контакт выключателя на конденсатор, то напряжение начнет плавно возрастать, пока не поднимется до напряжения питания. При этом ток сначала будет большой, затем плавно снизится до нуля. При замыкании контакта будет искра, которая может вызвать помеху. При размыкании контакта тока уже не будет, искры не будет и помехи тоже. Конденсатор плавно разрядится через внутреннее сопротивление или внутреннюю схему, например, если это светодиодная лампа.
Если подать питание через контакт выключателя на индуктивность (дроссель, или реле), то ток начнет плавно заряжаться. Т.е. сначала ток будет нулевой, затем начнет плавно нарастать до какого то значения. Ток через обмотку контактора течёт, его контакты замкнуты. А что будет происходить при размыкании выключателя? Через индуктивную нагрузку течёт ток, мы размыкаем выключатель и ток начинает плавно уменьшаться. Выключатель то мы разомкнули, а ток продолжает течь! Ток не может резко прекратиться, он накопился в дросселе и он может только плавно уменьшится. Что происходит с выключателем? Происходит пробой воздушного зазора в контактах. Возникает дуга, которая при размыкании контактов растягивается. Эта дуга начинает излучать радиопомехи в широком диапазоне частот. Возникает большое электромагнитное поле, которое наводит ЭДС на дорожки в блоке. И блок не выдерживает такого натиска, процессор зависает, затем по таймеру сбрасывается и запускается снова.
Что нужно сделать? Нужно убрать дугу, уменьшив ток через размыкаемые контакты. Возможны два варианта решения.
Первый это размыкать контакты при маленьком токе. При переменном напряжении сети напряжение меняется с плюса на минус, переходя через ноль. Так же через ноль переходит и ток, но с некоторым запозданием. Можно контролировать ток, и при переходе тока через ноль размыкать контакты. С этой задачей отлично справляются тиристоры или симисторы (симметричные тиристоры). Для реле также можно сделать размыкание при нулевом токе. Для этого в блоке ставится детектор перехода нуля сети, затем рассчитывается определенная задержка, затем отключается питание от обмотки реле и контакты размыкаются. Таким образом организовано управление контактами в блоке реле DRM21R https://razumdom.ru/catalog/modbus_rtu/rele_rtu_rs485/717/.
Второй вариант это пропускать ток в обход контактов реле. Это можно сделать с помощью ёмкостной нагрузки. В ёмкостной нагрузке при подаче питания сначала течёт большой ток, плавно уменьшаясь, который плавно увеличивает напряжение. Если поставить параллельно контактам конденсатор, то при размыкании контактов с индуктивной нагрузкой ток потечет не через воздушный зазор, а через конденсатор, заряжая его постепенно напряжением. Конденсатор зарядится и ток прекратится. Но при замыкании контакта заряженный конденсатор должен будет быстро разрядиться, т.е. потечёт ток при замыкании. Поэтому ёмкость конденсатора должна быть не очень большой и последовательно подключается резистор. Включенные параллельно ёмкость и индуктивность образуют колебательный контур, которые вызывают колебания. Но встроенный резистор способствуют быстрому угасанию колебаний в контуре. Поэтому резистор во первых уменьшает ток разряда конденсатора, во вторых гасит колебания.
Подключение снаббера (демпфера) параллельно контактам реле или параллельно индуктивной нагрузке равноценно, поскольку сопротивление источника питания очень мало. Но при подключенном снаббере к контактам реле и разомкнутых контактах небольшой ток продолжит течь, поэтому, разумнее всего подключать снаббер параллельно нагрузке.
При постоянном напряжении при разомкнутых контактах конденсатор заряжается до напряжения питания и ток течь прекращает. А при переменном напряжении ток через конденсатор течет постоянно, т.к. ток сдвинут от напряжения. Для большой индуктивной нагрузки это не заметно. А для маленькой нагрузки это будет сильно заметно. Например, включенная через конденсатор светодиодная лампа будет слегка подсвечиваться и ночью в темноте её будет очень хорошо видно. Получится своеобразный ночник. Поэтому применять снаббер (конденсатор на контактах реле) для всех случаев в жизни нельзя. Поэтому встроить этот снаббер внутрь реле нельзя, а можно его использовать только как внешний элемент для определенных типов нагрузок.
Например, можно использовать вот такой снаббер: https://energ-on.ru/modul-snabberov-sb-2-1-20om-0-1mkf-uhl4/
При постоянном токе для замыкания реактивной энергии, т.е. разряда тока конденсаторы не применяют. Вместо них применяют выпрямительные диоды, включенные встречно протекающему току.
