この記事では、重い誘導性負荷を切り替えながら、リレー接点間のアークを制御するためのRC回路ネットワークを構成する式と手法について説明します。
アーク抑制
スイッチまたはリレーが開くと、接点間にアークが発生します。時間の経過とともに、この状態によって接点が摩耗する可能性があります。
この問題を克服するために、抵抗/コンデンサまたはRC回路が接点全体に配置され、それらを保護します。接点が開くと、印加電圧は接点ではなくコンデンサを通過します。
プロセス中、コンデンサは接点の開放時間よりも速く充電され、最終的には接点間にアークが形成されるのを防ぎます。
突入電流抑制
接点が閉じると、充電されたコンデンサからの突入電流と供給電圧が接点の定格よりも大幅に高くなる可能性があるため、接点が悪化します。
これを防ぐために、コンデンサと直列に抵抗を導入しています。突入電流を大幅に吸収し、発生するアークを低減し、接点の寿命を延ばすことにより、電流リミッタとして機能します。
C.C Batesは、RCネットワークに必要な抵抗と静電容量の値を計算するための式を開発しました。 C = 私二 / 10、および Rc = Vo / [10I {1+（50 / Vo）}]
接点開口部に誘導される電圧は、次の式で決定できます。
V = IRc =（ Rc / RL ） Vo
- ここでVまたは=電圧源
- I =接点開口部の負荷電流
- RC= RCスナバの抵抗
- C = RCスナバの静電容量
- RL=負荷抵抗
次の例では、 リードリレー アークの問題、およびその接点全体のRCネットワークの設計に必要な計算を評価してみてください。
アークの原理は大きなリレーでも同じである可能性があるため、リードリレーで使用される式は、大きなリレーのRCネットワークの寸法にも適用できます。
リードリレースイッチングでアークが発生する方法
リードスイッチまたはリードセンサーは、リレーコイル、ソレノイド、変圧器、小型モーターなどの誘導デバイスを制御するために使用できます。
リードスイッチが開くと、デバイスのインダクタンスに蓄積された電荷がスイッチの接点を高電圧に強制します。スイッチが開くと、最初は接触ギャップが小さくなります。
したがって、接点ギャップ間のアーク放電は、スイッチが開いている間、ほぼ即座に発生する可能性があります。
この現象は抵抗性負荷と誘導性負荷の両方で発生する可能性がありますが、後者はより高い電圧を生成するため、アーク活動の増加が見られ、スイッチの寿命が短くなります。
ダイオードは通常、高電圧を回避するためにDC誘導回路によって使用されます。このタイプのダイオードは、フライバック、フリーホイーリング、またはキャッチダイオードと呼ばれます。
残念ながら、このダイオードをAC回路に適用することはできません。
したがって、金属酸化物バリスタ（MOV）、双方向過渡電圧サプレッサー（TVS）ダイオード、またはスナバとも呼ばれるRC抑制ネットワークを使用する必要があります。
これらの多様なアーク抑制アプローチには、多くの長所と短所があります。抑制を使用しなくてもリレーの接点寿命に影響がない場合は、抑制を使用しないこともオプションです。
どのアプローチを実行する必要があるかを決定する多くの要因には、コスト、接触寿命、パッキングなどが含まれます。
スパーク抑制回路設計の基本的な理由は、リレーやスイッチを接続するときに発生するアークとノイズを最小限に抑えることです。
RC設計の考慮事項
TVSサプレッサーダイオードでDC電源を使用 ：
MOVおよびTVSダイオードは、しきい値電圧を超えると電流を流します。
通常、これらのダイオードはスイッチ接点に並列に接続されています。 24 VACのような低電圧でも、これらのデバイスは効率的に動作することができます。
さらに、それらはより高いインダクタンスの120VAC負荷でもうまく機能することができます。 TVSダイオードと比較して、MOVデバイスには静電容量が追加されています。
したがって、MOVデバイスを使用する場合は、使用する静電容量を考慮する必要があります。 Hamlinアプリケーションノートでは、このシナリオについて詳しく説明しています。
双方向TVSダイオードの使用
接点ギャップが小さい場合、スイッチ開放時にスイッチ接点電圧を正確に制限するため、RC抑制にエッジがありました。
さらに、RC抑制を実装して、アークを減らし、抵抗性負荷の寿命を延ばすことができます。
RC抑制回路では、直列に接続されたコンデンサと抵抗のネットワークが、並列接続のスイッチ接点の両端に取り付けられています。
別のオプションは、負荷の両端にコンデンサと抵抗を配置することです。
RCスナバをスイッチの接点に取り付けるのが理想的ですが、スイッチが開いているときに負荷への電流経路が作成されるため、大きな欠点があります。
スナバが負荷の両端に取り付けられている場合、電流が除去されます。ただし、接続とソースインピーダンスの変化は、アーク抑制の効率に影響を与える可能性があります。
スイッチ接点と並列にRCスナバを適用する
スナバでは、抵抗とコンデンサの値は要件に依存します。
選択した抵抗は、スイッチの接点が閉じるときに容量性放電電流を制限するのに十分高い値を持っている必要があります。同時に、スイッチの接点が開いたときの電圧を制限するのに十分な小ささである必要があります。
大きなコンデンサ値を選択すると、スイッチの接点が開いている間の電圧の影響が確実に減少します。
ただし、コンデンサが大きいほど高価になる可能性があり、スイッチの接点が閉じている間、容量性放電エネルギーが高くなる可能性があります。このタイプは、DC回路とAC回路の両方に適用されます。
負荷でRC（スナバ）抑制パラメータを使用する
オームの法則を適用して、アーク抑制に最適な抵抗値を選択します。
オームの法則で R = V / I 、式を適用します R = 0.5（Vpk/ 私SW） そして R = 0.3（Vpk/ 私SW） 、 どこ Vpk はACピーク電圧（ 1.414 Vrms ）および 私SW はリレー接点の定格スイッチング電流です）。
アークによる接触劣化を減らすには、R値が最小であることを確認する必要があります。一方、突入電流によるリレー接点のアークを少なくするには、R値を大きくする必要があります。
これらのシナリオの間にRの値を決定することは、課題です。
あなたはで始めることができます C =0.1μF または100nF、これは標準値であり、したがってコストに優しいため、コンデンサを選択する場合。このコンデンサの性能検査に応じて、静電容量が十分になるまでコンデンサを増やすことができます。
選択したスナバ値のパフォーマンスを評価する方法は複数あります。計算やシミュレーションだけで実行できるものもあります。ただし、負荷の抵抗性および誘導性の特徴は不明確に見える場合があります。
これは主に、コンポーネントの位置が変わると変動する電気機械的負荷のインダクタンスが原因です。
特に接点が開いている間は、オシロスコープを介してスイッチ接点間の電圧波形を調べることをお勧めします。スナバシステムは、接点が開閉するときに発生するアークを軽減するか、少なくとも最小限に抑える必要があります。
電圧が上昇しても、接点のアーク放電は再開されません。さらに、スナバのコンデンサ両端の最大電圧は、定格電圧を超えてはなりません。
スナバがリードスイッチに対して適切に機能しているかどうかを確認するさらに別の方法は、スイッチの接点ギャップを調べて、アークによって生成される光の放射輝度を調べることです。
光が少ない場合、それはアークを生成するエネルギーが少ないことを意味し、したがってより長い寿命を保証します。
スナバの性能を調べる最後の最も正確な方法は、寿命試験を実施することです。
接触寿命は、電源の入った時間と電源が入っていない時間の数ではなく、スイッチングサイクルの数に正比例します。
アーク負荷の寿命試験では、1秒あたりの最大操作数を1秒あたり約5〜50回に保つことをお勧めします。
これは最大周波数の約5〜50Hzです。実行できるテストの数は、電気的負荷と利便性と精度の違いに依存します。
スナバのコンポーネントの仕様を確認する必要がある場合は、説明されているアーク評価、最高のコンデンサ電圧、および寿命の検査とは別に、他のいくつかのことも考慮する必要があります。
スイッチの接点が開くと、スナバ回路に電流が流れることが基本です。
この電流がスナバのアプリケーションに問題を引き起こさないことを確認する必要があります。さらに、スナバの抵抗器の消費電力がその電力定格を超えていないことを確認することが不可欠です。
もう1つの考えは、RCスナバ回路をMOVの双方向TVSダイオードと組み合わせて利用できるということです。
RCスナバは、開口部のリレー接点間の初期電圧を制限する非常に効率的な回路である可能性がありますが、TVSまたはMOVは、ピークサージ電圧を制限するためのより効率的な代替手段である可能性があります。
参照：
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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