Меры по защите сигнализаторов при возникновении ЭДС самоиндукции

Сигнализаторы уровня

В процессе эксплуатации сигнализаторов уровня имеющих дискретный (релейный, транзисторный) выход, зачастую подключают индуктивную нагрузку (устройства, имеющие в своём составе катушку индуктивности). Последствия возникновения ЭДС самоиндукции при размыкании таких электрических цепей крайне негативно отражаются на работоспособности контактов реле и выходных каскадов датчиков, уменьшая их срок эксплуатации.

В целях устранения пагубного влияния ЭДС самоиндукции применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.

Не вдаваясь в физику переходных процессов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.

Цепи постоянного тока

Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды наиболее эффективно предохраняют контакты реле от обгорания и являются лучшим решением, по сравнению с любыми другими схемами искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.

Правила выбора обратного диода:

• Рабочий ток и обратное напряжение диода должны быть сравнимы с номинальным напряжением и током нагрузки. Для нагрузок с рабочим напряжением до 250В DC и рабочим током до 5 А вполне подходит распространенный кремниевый диод 1N4007 с обратным напряжением 1000В DC и максимальным импульсным током до 20 А;
• Выводы диода должны быть как можно короче;
• Диод следует припаивать (привинчивать) непосредственно к индуктивной нагрузке, без длинных соединительных проводов – это улучшает ЭМС при процессах коммутации.

Цепи переменного и постоянного тока

RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.

В отличие от диодных схем, RC-цепи можно устанавливать как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.

Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:

где С – ёмкость RC-цепи, мкф I – рабочий ток нагрузки, А

где R – сопротивление RC-цепи, Ом E0 – напряжение на нагрузке, В I – рабочий ток нагрузки, А

Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.

RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке:

Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:

• С = 0,5 ... 1 мкф на 1 А тока нагрузки;
• R = 0,5 ... 1 Ом на 1 В напряжения на нагрузке или
• R = 50...100% от сопротивления нагрузки.

Приведенные значения R и С не являются оптимальными. Если требуется максимально полная защита контактов и реализация максимального ресурса реле, то необходимо провести эксперимент и опытным путем подобрать резистор и конденсатор, наблюдая переходные процессы с помощью осциллографа.

Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.