Como projetar um amortecedor RC para um relé solenóide acionando uma carga indutiva?

Eu li que os interruptores que conduzem cargas indutivas precisam ser desprezados e um par RC parece ser a melhor opção (mais barata?). Eu tenho um grande motor de indução CA (para um compressor de refrigerante) que está sendo comutado por um relé solenóide (aproximadamente uma vez a cada 30 minutos). As especificações do motor são assim:

Potência: 1500W (Potência de entrada. Conforme lido em um medidor de watt)
. Corrente: 10A
Tensão nominal: 230VAC / 50Hz.

Me deparei com uma solução como esta: insira a descrição da imagem aqui

Como seleciono um amortecedor adequado? Uma combinação muito comum parece ser 0.1uF - 120Ohm. Mas não pude justificar.
Deveria estar paralelo ao comutador ou à carga?

inductive snubber Sohail
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Deve ser a série RC em paralelo com o motor, pois quando o interruptor é aberto, não faz sentido lá. Sobre os valores, isso pode ser um exercício de consertar se você não tiver todos os dados do motor. Mas, como começo, o R deve ser aproximadamente mais de 10 vezes a resistência do motor (não a impedância) e o C deve ser escolhido de modo que a constante de tempo seja suficiente para suavizar os transientes de comutação. Isso significa que o valor não deve ser muito alto, de modo que R não receba muita energia para dissipar (desperdício) e não seja muito pequeno para não amortecer o toque.

Vlad

Obrigado Vlad! Eu vejo a lógica intuitiva que você mencionou aqui sobre o capacitor. Mas acho que prefiro apenas seguir o que foi usado por muito tempo. :-). Mas ei, o RC pode estar em paralelo com o interruptor ou o motor, conforme explicado por Russell abaixo. E também me deparei com uma folha de dados de amortecedores que mencionava que ambos estão bem, mas do outro lado do comutador é 'preferível' - nenhuma razão mencionada. Obrigado novamente.

Sohail

Bem, se eu era espartano na minha explicação, era porque muitas vezes (fora das minhas tentativas) eu tinha que lidar com motores sem nome que não tinham dados e várias coisas queimavam ao redor. Quanto ao posicionamento, considerei o desenho que você forneceu; nesse caso, o switch não precisa de proteção, mas os outros o fazem por causa disso, tornando seu posicionamento inútil nesse local. De qualquer forma, o objetivo precisa ser realizado de alguma maneira, e essa foi a resposta que veio à tona na época. Boa sorte.

Vlad

Respostas:

Os valores usados geralmente estarão OK.
Uma indutância motora maior que o normal pode causar problemas.

O trabalho do amortecedor é proteger os contatos do interruptor contra transientes de desligamento indutivo do motor. Interromper o transitório na origem (no motor) ou no destino (nos contatos) funciona. Indiscutivelmente, tê-lo no interruptor é melhor, pois lida com a energia que causará dano, em oposição à energia que pode causar danos, por isso é mais focado e também lida com outros picos que podem acontecer.

Se você observar o seu circuito, notará que, em ambos os casos, o amortecedor se conecta do ponto de conexão do interruptor do motor a uma perna da rede elétrica. Se a impedância da rede elétrica for baixa na frequência de pico (-ies), ambas serão equivalentes.

$V=IR = 10\mathrm{A} \times 120\mathrm{\Omega} = 1200\mathrm{V}$

A corrente de amortecimento fluirá apenas até o capacitor carregar na tensão de acionamento. Se a indutância do motor for grande, o capacitor poderá carregar em uma tensão mais alta ou muito maior.

O capacitor precisa ser grande o suficiente para não ser carregado até o ponto em que a corrente diminui através do carregamento da tampa antes que o resistor dissipe a energia. Para ter certeza de que os valores dos componentes presentes farão o trabalho, você precisa conhecer a indutância do motor.

$E=\frac{1}{2}LI^2$

$E=\frac{1}{2}CV^2$

O resistor precisa dissipar essa energia.

\begin{aligned} \frac{1}{2} L i^{2} & = \frac{1}{2} C V^{2} \\ \Rightarrow V & = \sqrt{\frac{L i^{2}}{C}} \end{aligned}

$\begin{align}\frac{1}{2}Li^2 &= \frac{1}{2}CV^2 \\ \\ \Rightarrow V &= \sqrt{\frac{Li^2}{C}} \end{align}$

$L/R$

Você pode começar a calcular isso (se souber L) ou simulá-lo, mas na maioria dos casos os valores mostrados são bons para equipamentos típicos.

Coloque um escopo entre os contatos. Que pico V você vê (use uma sonda adequada!). Os contatos disparam? Eles não deveriam.

Observe que o aumento de C melhora a ação de desprezo, mas também aumenta as perdas da rede elétrica em operação normal. Observe também que um capacitor através de um interruptor de rede pode ser desaprovado em alguns contextos.

Adicionado:

Dario disse: Um problema ao colocar o RS no comutador é que agora você tem alguma corrente no circuito no modo desligado. ...

User_long_gone respondeu: Estou absolutamente certo de que os 4-5 MILLIAMPS de corrente que fluem através de um capacitor de microfarad 0,1 a 60 Hz não apresentarão problemas para o circuito do motor. Desperdício de energia? É menos de 1/2 watt.

Vale a pena notar que

O amortecedor do motor pode não incomodar o próprio motor, mas pode incomodar seriamente qualquer pessoa tola o suficiente para pensar que o interruptor desligado significa que o circuito está "seguro" ou "morto". Se o interruptor estiver na fase / fio ativo, o lado do motor do interruptor pode estar próximo ao solo devido a impedâncias relativas. Mas não há certeza de que sempre será assim que a conexão é feita - mesmo que os regulamentos digam que deveria ser.

2 "Até" 1/2 watt de energia desperdiçada sem sentido em um aparelho é desaprovada nos cenários modernos.

Russell McMahon
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Obrigado Russell! Eu poderia encontrar uma folha de dados para o motor (compressor hermético selado, na verdade), mas eles simplesmente não mencionaram a indutância. Mas acho que vou usar os 0,1uF e 120Ohms comuns por enquanto, já que eles foram usados em muitas dessas aplicações. E o relé é completamente selado com uma caixa opaca. Então não vejo os contatos. Mas como esses aparelhos (pelo menos os relés) duram anos, não acho que haja faíscas. Obrigado novamente. :-)

Sohail

Se a indutância do motor for 200mH, a tampa do amortecedor de 0,1uF teria que carregar até 4500V para conter toda a energia que a indutância armazena em 10A. Claro que haverá algumas perdas no resistor de 120 ohms durante o carregamento da tampa, mas ainda assim me preocupo que 0,1uF seja muito pequeno para um motor tão grande. 200mH é apenas um palpite, porém, para ter certeza de que é preciso saber o valor real.

avl_sweden

@avl_sweden Sim e / mas ...: Snubbers são sempre compromissos. Conforme observado, você precisa inserir um valor, se conhecido, e ver se os resultados são aceitáveis no seu caso. Em muitos casos, os valores dados funcionam "suficientemente bem" na prática. O objetivo principal é evitar danos ao contato da chave e, se você puder passar de uma situação de arco / faísca para nenhuma (visível), é um bom começo. A tensão do comutador ainda pode ser alta e prejudicial, mas não visível e um osciloscópio pode ser uma verificação útil (use uma sonda adequada e esteja ciente dos problemas de segurança do osciloscópio de alta tensão).

Russell McMahon

@ NicolasD ... procura na memória ... Acho que peguei 1 / 2Watt da pergunta de USER59273 (talvez não) e não calculei o valor real. Então, sim, você está correto - se o capacitor e o resistor em série estivessem do outro lado do comutador, apenas dissiparia mWs (menos de 10 mW em um relance rápido - talvez menos). Mas ainda teria a perspectiva de dar a um investigador descuidado uma mordida desagradável - principalmente abaixo do nível letal de 230 V. Com o chumbo no motor, a voltagem seria mais próxima de zero - retire o fio e grite. [Desligo todos os interruptores e disjuntores, puxo qualquer plugue e fusível e ENTÃO, curto ...

Russell McMahon

... "deveria estar morto" leva ao chão. Muito ocasionalmente você recebe um estrondo e / ou faíscas. (Eu tenho mesmo assim - YMMV :-). Eu sobrevivi a cerca de 50 - 55 anos 'brincando' com a rede de alguma forma ou de outra, por isso pode ter o equilíbrio certo :-). [Um medidor ajuda a evitar isso :-)]. Nesse caso, se for deixado "vivo" com a tira de conexão em curto, será necessário ficar conectado para impedir o aumento da tensão quando o motor for desconectado.

Russell McMahon

Um problema ao colocar o RS na chave é que agora você tem alguma corrente no circuito no modo desligado. Isso pode realmente ser bom se o seu motor precisar de pré-aquecimento, mas é um pouco cheio de energia.

Dario
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Estou absolutamente certo de que os 4-5 MILLIAMPS de corrente que fluem através de um capacitor de microfarad 0,1 a 60 Hz não apresentarão problemas para o circuito de um motor. Desperdício de energia? É menos de 1/2 watt.

@ user59273 parece ter desaparecido e Daio não voltou, mas vale a pena notar que o amortecedor do motor pode não incomodar o próprio motor, mas pode incomodar severamente alguém tolo o suficiente para pensar que o interruptor está desligado significa que o circuito está " seguro "ou" morto ". Se o interruptor estiver na fase / fio ativo, o lado do motor do interruptor pode estar próximo ao solo devido a impedâncias relativas. Mas não há certeza de que sempre será assim que a conexão é possível - mesmo que os regulamentos digam que deveria ser.

Russell McMahon

A distância e a fiação física podem desempenhar um papel importante ao escolher onde colocar o amortecedor RC, ao considerar os contatos do comutador versus a carga indutiva. Se o amortecedor RC for colocado sobre a carga indutiva, os benefícios de supressão de arco do amortecedor RC podem diminuir à medida que a distância aumenta entre os contatos do comutador e a carga, pois a fiação pode ser vista pelos contatos como uma indutância e ainda pode sofrer arco. Avalie se isso se aplica ao seu aplicativo.

Os controles remotos com fio são um exemplo em que a distância é importante.

Carlos Patterson
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