Ich entwickle derzeit ein Produkt mit einem einfachen SPDT-Relais, das von einem Bediener gesteuert werden kann. Für den Endbenutzer stehen nur die gemeinsamen, normalerweise offenen und normalerweise geschlossenen Kontakte zur Verfügung. Das Relais wird von einer Schaltung in unserem Gerät angesteuert, die über eine geeignete Rücklaufdiode verfügt.
Vor kurzem hatten wir ein Problem mit einem unserer Prototypen, bei dem ein Techniker das Relais direkt an eine induktive Last anschloss, ohne dass eine vorübergehende Spannungsunterdrückung auftrat. Dies führte dazu, dass unsere Funkkommunikation aufgrund von EMI ausfiel und wahrscheinlich auch Kontakt hatte Wölbung.
Nachdem sichergestellt wurde, dass das Problem auf induktive Spitzen zurückzuführen war, wurde es schnell gelöst, indem eine geeignete Rücklaufdiode an die Last angeschlossen wurde.
Während wir in dieser Situation die Kontrolle über die Lasten hatten, die wir angeschlossen haben, wurde mir klar, dass ich nicht darauf vertrauen kann, dass unsere Endbenutzer tatsächlich geeignete Geräte zur Unterdrückung transienter Spannungen installieren, wenn sie unser Produkt mit induktiven Lasten verwenden, unabhängig von der Anzahl der Warnungen und typische Anwendungsschemata, die wir anbieten können.
Natürlich gibt es viele Lösungen für induktives Spiking, aber die besonderen Situationen, in denen dieses Gerät funktionieren muss, machen die Implementierung von TVS sehr schwierig:
1) Das Relais ist ein Allzweck-SPDT-Relais, das für 250 VAC / 120 VAC bei 10 A oder 30 VDC 8 A ausgelegt ist. Dies bedeutet, dass die TVS-Schaltung sowohl Wechselstrom (Netz oder nicht) als auch Gleichstrom und Ströme bis zu 10 A verarbeiten kann. Dies macht es unmöglich, eine PTC-Sicherung zu finden, da die meisten keine Netzspannung verarbeiten, insbesondere nicht bei 10A.
2) Das Gerät wird an Orten installiert, an denen nichts ausgetauscht werden kann, und die Sicherheit ist uns ein wichtiges Anliegen. Wenn der Client keine Sicherung installiert und das Relais kurzgeschlossen ist (was selten ist, aber passieren kann), werden sie uns höchstwahrscheinlich die Schuld geben. Dies bedeutet auch, dass ich keine MOVs, Gasentladungsröhren oder andere TVS-Geräte mit begrenzter Lebensdauer verwenden kann.
3) Alle TVS-Geräte dürfen niemals kurzgeschlossen ausfallen. Wenn dies der Fall ist, muss ich sicherstellen, dass die Last vor einem solchen Kurzschluss geschützt ist.
Ich habe eine Simulation eines RC-Snubber-Netzwerks versucht, aber diese allein können mit ausreichend großen induktiven Lasten nichts anfangen. Die Verwendung größerer Kondensatoren bedeutet auch mehr Verluste beim Arbeiten mit Wechselstrom. Im Idealfall würde 1 nF eine ausreichende Impedanz (über 1 Mohm bei 50/60 Hz) ergeben, um Verluste unbedeutend zu machen.
Hier sind die Ergebnisse einer Simulation mit einer großen induktiven Last. Das Ändern der Widerstands- und Kondensatorwerte wirkt sich nur auf die Zeit aus, die die Oszillationen benötigen, um sich zu beruhigen, und nicht auf die Spitzenspannung, die sicher jeden Widerstand oder Kondensatoren tötet oder die Kontakte biegt.
Back-to-Back-Zener zusammen mit einem RC-Snubber-Netzwerk begrenzen effektiv die Spannungsspitze, aber da sie die Netzspannung blockieren müssen, müssten sie mehr als ungefähr blockieren. 350 V (Netzspitzenspannung), bis sie zu leiten beginnen würden, und ich befürchte, dass dies immer noch hoch genug ist, um drahtlose Kommunikation in der Nähe mit EMI zu unterbrechen.
Bin ich in dieser Situation völlig hoffnungslos?
Gibt es andere TVS-Geräte / Techniken, die ich in einer solchen Situation verwenden kann? Wenn ja, kann ich garantieren, dass sie nicht kurzgeschlossen ausfallen oder zumindest vor einem kurzgeschlossenen TVS-Gerät schützen können?
Oder ist nur ein RC-Snubber eine gute Lösung für dieses Problem? Wenn ja warum? Und wie kann ich dafür geeignete Teile auswählen?
Bitte denken Sie daran, dass ich keinen Zugriff auf die tatsächliche Last habe und keine Annahmen darüber treffen kann, wie ein Benutzer die Last verbinden könnte.
Antworten:
Ich habe die letzten 15 Jahre in der TVSS-Branche verbracht. Sie halten sich an die Anforderungen von UL und ISO und fügen Etiketten hinzu, um den Kunden zu warnen, dass Vernachlässigung oder Missbrauch zu einer ungültigen Garantie führen können.
Nach alledem würde ich es für die von Ihnen angegebenen Bewertungen mit einem 40-mm-MOV mit mindestens 10 kA oder 20 kA 275 VAC über NO- und NC-Verbindungen (insgesamt 2 MOV) ausliefern. Es wird bei 420 VAC / DC oder so hart geklemmt. Eine sehr teure Lösung ist die Verwendung von riesigen Sidacs, die bei der maximal zulässigen Spannung stark abfallen. 275 VAC / DC bedeutet genau das, aber sie können jeweils 40 USD kosten.
Ich würde auch den Schutz vor dem Rückschlag der Relaisspule in Betracht ziehen, aber eine Diode oder ein 20-mm-MOV funktionieren einwandfrei.
Es gibt thermisch geschützte MOVs (TPMOV), jedoch nicht für OTC-Verkäufe. Es wäre sehr kostspielig, einen Drittanbieter für die Unterdrückung von Überspannungen zu finden, da diese Produkte hohe Arbeitskosten verursachen.
Ich würde zuerst die 40mm 275 VAC / DC MOVs ausprobieren. Sie können 15 20-kA-Treffer (über 2 Stunden) aushalten und dennoch den 1-mA-Test bestehen.
SNUBBERS: RC-Snubber in Wechselstromkreisen sind keine gute Idee, da sie es ermöglichen, dass eine kleine Menge Wechselstrom das Relais umgeht, selbst wenn es ausgeschaltet ist. Wenn Sie nicht wissen, ob der Endbenutzer AC oder DC verwenden wird, gehen Sie auf Nummer sicher und vermeiden Sie diese. Sie können nicht das tun, was ein MOV oder Sidac tut.
HINWEISE: Die MOVs und Sidacs nur sehen den Rückschlag oder Stoßstrom , die eine kurze Spitze von 20 uS ist oder so. Sie sehen nicht den normalen Laufstrom, da sie sich in einem Modus mit sehr hohem Widerstand befinden. Nur die Relaiskontakte sehen den Laufstrom.
Wenn der Einschaltstrom die Kontakte schweißt, benötigen Sie ein Relais mit einer höheren Kontaktstromstärke. Fügen Sie eine Sicherheitsmarge von 50% für eine lange Lebensdauer hinzu. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein feuchtigkeitsdichtes Relais.
Pflanzen, die Zitronenprodukte wie Orangensaft verarbeiten, haben eine saure Atmosphäre, die Stahl und Kupfer schnell angreift.
Sicherung: Ich sollte hinzufügen, dass die richtige Sicherung für einen 40-mm-MOV oder einen großen Sidac eine 30-A-600-Volt-200-kA-Sicherung mit 600 Volt ist. Sie kommen in einer Schachtel mit zehn Stück für etwa 50 USD. Sie sind keine billigen Sicherungen, da sie aus einem lochgestanzten Platinstreifen bestehen, der speziell dafür ausgelegt ist, bei starken Spannungsspitzen schnell zu blasen, aber Motorstartströme toleriert. Sie können Inline-Sicherungshalter verwenden. Diese erfüllen die UL1449-Editionen 3 und 4 zum Verschmelzen von 40-mm-MOVs. Ein Link zu den richtigen Sicherungen:
http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf
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Sie können das Relais mit einem Metalloxid-Varistor (MOV) schützen, aber ansonsten können Sie nicht viel tun, um die Vorteile eines Relais nicht zu beseitigen.
Ich schlage vor, Sie ändern Ihre Spezifikation, indem Sie ausdrücklich angeben, dass es sich um ein Steuerrelais und nicht um ein Leistungsrelais handelt. Ich wäre sehr konservativ mit den maximalen Nennlasten.
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