Proteção de relé quando o TVS em carga não puder ser implementado

10

Atualmente, estou desenvolvendo um produto que possui um relé SPDT simples que pode ser controlado por um operador. Para o usuário final, apenas os contatos comuns, normalmente abertos e normalmente fechados, estão disponíveis. O relé é acionado por circuitos em nosso dispositivo, que possui um diodo flyback adequado.

Recentemente, tivemos um problema com uma de nossas unidades de protótipo, em que um técnico conectou o relé diretamente a uma carga indutiva, sem qualquer tipo de supressão de tensão transitória, o que resultou em nossas comunicações sem fio sendo eliminadas devido a EMI e provavelmente também resultou em contato arqueando.

Depois de se certificar de que o problema era causado por um pico indutivo, ele foi rapidamente resolvido conectando um diodo flyback adequado à carga.

Enquanto nessa situação tínhamos controle sobre as cargas que estávamos conectando, isso me fez perceber que não posso confiar que nossos usuários finais instalarão dispositivos adequados de supressão de tensão transitória ao usar nosso produto com cargas indutivas, independentemente da quantidade de avisos e avisos. esquemas típicos de aplicativos que podemos oferecer.

Agora, obviamente, existem muitas soluções para spikes indutivos, mas o conjunto específico de situações em que esse dispositivo deve funcionar está dificultando a implementação do TVS:

1) O relé é um relé SPDT de uso geral classificado para 250VAC / 120VAC @ 10A ou 30VDC 8A. Isso significa que o circuito do TVS deve ser capaz de lidar com CA (rede elétrica ou não) e CC, e correntes de até 10A. Isso torna impossível encontrar um fusível PTC, já que a maioria não suporta tensão de rede, principalmente a 10A.

2) O dispositivo será instalado em locais onde será impossível substituir qualquer coisa, e a segurança é uma grande preocupação para nós. Se o cliente não instalar um fusível e o relé falhar em curto (o que é raro, mas pode acontecer), eles provavelmente nos culparão. Isso também significa que não posso usar MOVs, tubos de descarga de gás ou qualquer outro dispositivo TVS com vida útil limitada.

3) Qualquer dispositivo TVS nunca deve falhar em curto-circuito e, se o fizer, devo proteger a carga contra um curto assim.

Eu tentei uma simulação de uma rede de amortecedores RC, mas isso por si só não fará nada com cargas indutivas grandes o suficiente. Além disso, o uso de capacitores maiores significa mais perdas ao trabalhar com CA. Idealmente, 1nF daria impedância suficiente (acima de 1Mohm a 50 / 60Hz) para tornar as perdas insignificantes. insira a descrição da imagem aqui

Aqui estão os resultados de uma simulação com uma grande carga indutiva. A alteração dos valores do resistor e do capacitor afeta apenas o tempo que as oscilações levam para se estabilizar e não o pico de tensão, o que certamente matará qualquer resistor ou capacitor ou arqueie os contatos.

Os zeners consecutivos, juntamente com uma rede de amortecedores RC, limitam efetivamente o pico de tensão, mas como eles precisam bloquear a tensão da rede, eles precisam bloquear mais do que aprox. 350V (pico de tensão de rede) até que eles comecem a conduzir, e eu temo que esse ainda seja um pico alto o suficiente para matar qualquer comunicação sem fio nas proximidades com EMI.

insira a descrição da imagem aqui

Então, eu sou completamente sem esperança nesta situação?

Existem outros dispositivos / técnicas de TVS que posso usar em tal situação? Em caso afirmativo, posso garantir que eles não falhem em curto ou, pelo menos, que poderei proteger contra um dispositivo TVS em curto?

Ou é apenas um amortecedor de RC realmente uma boa solução para este problema? Se sim, por quê? E como posso selecionar as peças apropriadas para isso?

Lembre-se de que não tenho acesso à carga real e não posso fazer nenhuma suposição sobre como um usuário pode conectar a carga.

Chi
fonte
Parece que você já tem a solução. Conecte "um diodo flyback adequado aos terminais do terminal de carga". Selecione um diodo de "uso razoável" e coloque-o nos terminais do terminal de carga.
Guill

Respostas:

11

Passei os últimos 15 anos na indústria TVSS. Você segue o que os padrões UL e ISO exigem e adiciona etiquetas para avisar o cliente que negligência ou abuso pode resultar em uma garantia anulada.

Dito tudo isso, para as classificações que você forneceu, eu o enviaria com um MOV de 40 mm que tenha pelo menos uma classificação de 10 kA ou 20 kA 275 VAC, nas conexões NO e NC (total de 2 MOV). Prenderá a 420 VAC / DC ou mais. Uma solução muito cara é usar sidacs gigantes, e eles têm uma rotação acentuada na tensão máxima permitida. 275 VAC / DC significa exatamente isso, mas eles podem custar US $ 40 cada.

Eu consideraria a proteção contra a bobina do relé também, mas um diodo ou um MOV de 20 mm funcionará bem.

Existem MOVs termicamente protegidos por aí (TPMOV), mas não para vendas de balcão. Obter um fornecedor terceirizado para suprimir picos de energia seria muito caro, pois esses produtos têm um alto custo de mão-de-obra.

Eu tentaria primeiro o MOV de 40mm 275 VAC / DC. Eles podem receber 15 'hits' de 20 kA (mais de 2 horas) e ainda passar no teste de 1 mA.

SNUBBERS: Os amortecedores RC nos circuitos CA não são uma boa ideia, pois permitem que uma pequena quantidade de corrente CA ignore o relé, mesmo que esteja desligado. Não saber se o usuário final usará CA ou CC significa jogar pelo seguro e evitá-lo. Eles não podem fazer o que um MOV ou Sidac faz.

OBSERVAÇÕES: Os MOVs e Sidacs apenas veem a contração ou a corrente de pico, que é um breve pico de 20 uS ou mais. Eles não veem a corrente normal de operação, pois estão em um modo de resistência muito alta. Somente os contatos do relé veem a corrente de operação.

Se a corrente de 'irrupção' estiver soldando os contatos, você precisará de um relé com uma classificação de corrente de contato mais alta. Adicione uma margem de segurança de 50% para uma vida útil longa. Use um relé à prova de umidade, se possível.

As plantas que processam produtos cítricos, como suco de laranja, têm uma atmosfera ácida que corrói o aço e o cobre rapidamente.

Fusível: devo acrescentar que o fusível adequado para um MOV de 40 mm ou Sidac grande é um fusível com classificação de 30 A 600 volts e 200 kA. Eles vêm em uma caixa de dez por cerca de US $ 50. eles não são fusíveis baratos, pois são fabricados com uma tira de platina perfurada, específica para soprar rapidamente ondas fortes, mas tolera as correntes de partida do motor. Você pode usar porta-fusíveis de bloqueio em linha. Eles atendem às especificações UL1449 editons 3 e 4 para fusão de MOVs de 40 mm. Um link para os fusíveis corretos:

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf

Sparky256
fonte
1
@Chi. A garantia é emitida pelo fabricante do produto, portanto a violação de suas regras é motivo para uma garantia anulada. A UL e a ISO ficam fora disso, exceto para validar que a empresa 'A' está seguindo seus próprios procedimentos de rotulagem.
Sparky256
1
Sobre o uso de MOVs, o problema é que será impossível para o usuário substituí-los quando eles inevitavelmente falharem em curto, uma vez que o dispositivo será instalado de tal maneira que será literalmente impossível acessá-lo (isso seria destruir o dispositivo). Claro, eu poderia colocar os MOVs na parte externa do dispositivo (pendurados nos fios ... o pessoal de marketing tentará me matar!) Ou fornecê-los juntamente com o produto para incentivar o uso ... mas seria melhor se o próprio dispositivo puder fornecer TVS adequado sem exigir ação extra do cliente.
Chi
1
O uso de SIDACs, DIACs e outros dispositivos como esses (por exemplo, o Trisil da ST) têm o problema de falhar em curto, certo? Como, como você disse, o dispositivo vê apenas o breve pico de corrente, isso significa que posso colocar um PTC em série com eles, caso eles falhem? Se sim, como faço para selecionar um PTC adequado para este caso?
Chi
3
@Chi. Você não entende o quão durável é um MOV de 40 mm. Tínhamos dois laboratórios de teste certificados pela UL e eu executei o laboratório 2, que poderia atingir um aumento de 32 kVDC a 150 kA. A UL e a ISO exigiram que todos os MOVs de 40 mm pudessem sobreviver a 5.000 hits a 10 kA (mais de 100 horas) ou sobreviver a 15 hits a 20 kA por 2 horas. Somente um raio direto pode afetar um MOV de 40 mm. Nesse caso, o cliente teria muitos outros problemas com que se preocupar. Os padrões são rigorosos porque o produto TVSS pode ir para um painel de energia do hospital, que não pode ser desligado uma vez em uso.
precisa saber é o seguinte
2
@ Sparky256, ótima resposta e comentários interessantes, muito informativos. Parece que você teve um trabalho interessante naquele laboratório.
Quase terminado
1

Recentemente, tivemos um problema com uma de nossas unidades de protótipo, onde um técnico conectou o relé diretamente a uma carga indutiva, sem nenhum tipo de supressão de tensão transitória ...

Você pode proteger o relé com um varistor de óxido de metal (MOV), mas fora isso, não há muito o que fazer que não elimine as vantagens de ser um relé.

Eu sugiro que você altere sua especificação declarando explicitamente que é um relé de controle, não um relé de potência. Eu seria muito conservador com as cargas nominais máximas.

Jeroen3
fonte
Um relé de 'potência' é freqüentemente chamado de 'contator', que interrompe a corrente nos dois lados usando um solenóide para mover os contatos. Eu já vi e usei contatores de monstros com 750 VAC 350 amp 3 pólos. Você está correto sobre a situação do OP.
precisa saber é o seguinte
@ Sparky256 Sim. Mas há uma diferença entre as versões 10A DIN Rail e 2A PCB.
precisa saber é o seguinte
É a lição do OP para aprender ...
Sparky256