이 기사에서는 무거운 유도 부하를 전환하는 동안 릴레이 접점에서 아크를 제어하기 위해 RC 회로 네트워크를 구성하는 공식과 기술에 대해 설명합니다.

아크 억제

스위치 또는 릴레이가 열리면 접점에 아크가 생성됩니다. 시간이 지남에 따라이 상태는 접점을 마모시킬 수 있습니다.

“단상 가변 주파수 드라이브 ”

이 문제를 극복하기 위해 저항 / 커패시터 또는 RC 회로가 접점에 배치되어 보호됩니다. 접점이 열리면 적용된 전압은 접점이 아닌 커패시터를 통과합니다.

프로세스 중에 커패시터는 접점 개방 시간보다 빠르게 충전되어 결국 접점에 아크가 형성되는 것을 방지합니다.

돌입 전류 억제

접점이 닫히면 충전 된 커패시터의 돌입 전류와 공급 전압이 접점의 정격보다 훨씬 높아져서 악화 될 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 커패시터와 직렬로 저항이 도입됩니다. 돌입 전류를 크게 흡수하여 생성 된 아크를 줄이고 접점의 수명을 연장함으로써 전류 제한 기 역할을합니다.

C.C Bates는 RC 네트워크에 필요한 저항 및 커패시턴스 값을 계산하기위한 공식을 개발했습니다. 씨 = 나는^두 / 10 및 Rc = Vo / [10I {1+ (50 / Vo)}]

접점 개방에서 유도 된 전압은 다음과 같이 결정될 수 있습니다.

V = IRc = ( Rc / RL ) Vo

어디 V_또는= 전압 소스
I = 접점 개방시 부하 전류
아르 자형_씨= RC 스 너버의 저항
C = RC 스 너버의 커패시턴스
아르 자형_엘= 부하 저항

다음 예에서 우리는 리드 릴레이 아크 문제를 해결하고 접점 전체에서 RC 네트워크를 설계하는 데 필요한 계산을 평가 해보십시오.

아크의 원리는 더 큰 릴레이에서도 동일 할 수 있으므로 리드 릴레이에 사용되는 공식은 더 큰 릴레이에 대한 RC 네트워크 치수를 지정하는 데에도 적용될 수 있습니다.

리드 릴레이 스위칭에서 아킹이 발생하는 방식

리드 스위치 또는 리드 센서는 릴레이 코일, 솔레노이드, 변압기, 소형 모터 등과 같은 유도 장치를 제어하는 데 사용할 수 있습니다.

리드 스위치가 열리면 장치의 인덕턴스에 저장된 전하로 인해 스위치 접점이 고전압으로 전환됩니다. 스위치가 열리면 처음에는 접촉 간격이 작습니다.

따라서 접점 갭 사이의 아크는 스위치가 막 열리는 동안 거의 즉시 발생할 수 있습니다.

이 현상은 저항 및 유도 부하 모두에서 발생할 수 있지만 후자가 더 높은 전압을 생성하기 때문에 아크 활동이 증가하여 스위치 수명이 단축됩니다.

다이오드는 일반적으로 고전압을 피하기 위해 DC 유도 회로에서 사용됩니다. 이러한 유형의 다이오드를 플라이 백, 프리 휠링 또는 캐치 다이오드라고합니다.

불행히도이 다이오드의 적용은 AC 회로에서 불가능합니다.

따라서 MOV (금속 산화물 배리스터), 양방향 과도 전압 억 제기 (TVS) 다이오드 또는 스 너버라고도하는 RC 억제 네트워크를 사용해야합니다.

이러한 다양한 아크 억제 접근법에는 많은 장단점이 있습니다. 억제를 사용하지 않는 것도 릴레이 접점 수명에 영향을 미치지 않는 경우 옵션입니다.

수행해야 할 접근 방식을 결정하는 많은 요소에는 비용, 접촉 수명, 포장 등이 포함됩니다.

스파크 억제 회로 설계의 근본적인 이유는 릴레이 및 스위치를 연결할 때 생성되는 아크 및 노이즈를 최소화하기위한 것입니다.

RC 설계 고려 사항

TVS 억제 다이오드와 함께 DC 공급 사용 :

MOV 및 TVS 다이오드는 임계 전압을 초과 할 때 전류를 전도합니다.

일반적으로 이러한 다이오드는 스위치 접점에 병렬로 연결됩니다. 24VAC와 같은 저전압에서도 이러한 장치는 효율적으로 작동 할 수 있습니다.

또한 더 높은 인덕턴스 120VAC 부하에서도 잘 작동 할 수 있습니다. TVS 다이오드에 비해 MOV 장치에는 정전 용량이 추가되었습니다.

따라서 MOV 장치를 사용하는 경우 사용할 정전 용량을 고려해야합니다. Hamlin 애플리케이션 노트는이 시나리오를 더 잘 설명합니다.

양방향 TVS 다이오드 사용

RC 억제는 접점 갭이 작을 때 스위치 개방 중에 스위치 접점 전압을 정확히 제한하기 때문에 에지가있었습니다.

또한 RC 억제를 구현하여 아크를 줄이고 저항 부하의 수명을 개선 할 수 있습니다.

RC 억제 회로에서 직렬로 연결된 커패시터 및 저항 네트워크는 병렬 연결로 스위치 접점에 장착됩니다.

또 다른 옵션은 부하에 커패시터와 저항을 배치하는 것입니다.

스위치 접점에 RC 스 너버를 연결하는 것이 이상적이지만 스위치가 열려있을 때 부하에 대한 전류 경로를 생성하기 때문에 큰 단점이 있습니다.

스 너버가 부하에 설치되면 전류가 제거됩니다. 그러나 연결 및 소스 임피던스의 변화는 아크 억제의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다.

스위치 접점과 병렬로 RC 스 너버 적용

스 너버에서 저항과 커패시터의 값은 요구 사항에 따라 다릅니다.

선택한 저항은 스위치의 접점이 닫힐 때 용량 성 방전 전류를 제한 할만큼 충분히 높은 값을 가져야합니다. 동시에 스위치 접점이 열릴 때 전압을 제한 할 수있을만큼 충분히 작아야합니다.

큰 커패시터 값을 선택하면 스위치 접점이 열리는 동안 전압 영향이 확실히 감소합니다.

그러나 더 큰 커패시터는 비용이 많이 들고 스위치 접점이 닫히는 동안 더 높은 용량 성 방전 에너지를 유발할 수 있습니다. 이 유형은 DC 및 AC 회로 모두에 적용됩니다.

부하와 함께 RC (Snubber) 억제 매개 변수 사용

아크 억제에 가장 적합한 저항 값을 선택하기 위해 옴의 법칙이 적용됩니다.

옴의 법칙 R = V / I , 우리는 공식을 적용합니다 R = 0.5 (V_pk/ 나_SW) 과 R = 0.3 (V_pk/ 나_SW) , 어디 V_pk AC 피크 전압 ( 1.414Vrms ) 및 나는_SW 릴레이 접점의 정격 스위칭 전류).

아크로 인한 접점 열화를 줄이려면 R 값이 최소인지 확인해야합니다. 반면에 돌입 전류로 인한 릴레이 접점 아크를 줄이려면 R 값을 높여야합니다.

이러한 시나리오 사이에서 R의 가치를 결정하는 것은 어려운 일입니다.

다음으로 시작할 수 있습니다. C = 0.1μF 또는 100nF, 커패시터를 선택할 때 이는 표준 값이므로 비용이 저렴하기 때문입니다. 이 커패시터의 성능 검사에 따라 커패시턴스가 충분할 때까지 늘릴 수 있습니다.

선택한 스 너버 값의 성능을 평가하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일부는 계산이나 시뮬레이션만으로 수행 할 수 있습니다. 그러나 부하의 저항 및 유도 기능은 무기한으로 나타날 수 있습니다.

이는 주로 부품의 위치가 변경 될 때 변동하는 전기 기계 부하의 인덕턴스로 인해 발생합니다.

특히 접점 개방 중에는 오실로스코프를 통해 스위치 접점의 전압 파형을 검사하는 것이 좋습니다. 스 너버 시스템은 접점이 열리고 닫힐 때 발생하는 아크를 완화하거나 최소한 최소화해야합니다.

증가하는 전압은 접촉 아크를 다시 시작해서는 안됩니다. 또한 스 너버의 커패시터 양단의 최대 전압은 정격 전압보다 크지 않아야합니다.

스 너버가 리드 스위치에 대해 제대로 작동하는지 확인하는 또 다른 방법은 스위치 접촉 간격을보고 아크에 의해 생성 된 빛의 방사를 검사하는 것입니다.

빛이 적 으면 아크를 생성하는 에너지가 적기 때문에 더 긴 수명을 보장합니다.

스 너버의 성능을 검사하는 가장 정확한 최종 방법은 수명 테스트를 수행하는 것입니다.

접점 수명은 전원 공급 및 무전원 시간 수가 아니라 스위칭주기 수에 정비례합니다.

아크 부하의 수명 테스트를 위해 초당 최대 작업 수를 유지하는 것이 좋습니다. 초당 약 5 ~ 50 작업입니다.

이것은 최대 주파수의 약 5 ~ 50Hz입니다. 수행 할 수있는 테스트의 수는 전기 부하와 편의성과 정밀도의 차이에 따라 달라집니다.

스 너버의 구성 요소 사양을 알아 내야 할 경우 설명 된 아크 평가 검사, 최고 커패시터 전압 및 수명 외에 몇 가지 다른 사항도 고려해야합니다.

스위치 접점이 열리면 전류가 스 너버 회로를 통해 흐르는 것이 기본입니다.

이 전류가 스 너버의 응용 프로그램에 문제를 일으키지 않도록해야합니다. 또한 스 너버 저항기의 전력 손실이 정격 전력을 초과하지 않는지 확인하는 것이 중요합니다.

또 하나의 생각은 RC 스 너버 회로를 MOV의 양방향 TVS 다이오드와 함께 사용할 수 있다는 것입니다.

RC 스너 버는 개방 릴레이 접점의 초기 전압을 제한하는 데 매우 효율적인 회로가 될 수 있으며, TVS 또는 MOV는 피크 서지 전압을 제한하는 더 효율적인 대안이 될 수 있습니다.

참조 :

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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