Maximice el rendimiento y la confiabilidad del relevador mientras protege el circuito de control contra los voltajes inducidos por la bobina.
Esta nota de aplicación trata sobre los problemas relacionados con los métodos que se utilizan para desenergizar las bobinas de relé electromagnético, en especial, cuando se utiliza un interruptor de estado sólido y sobre cómo afectan la vida útil del relé.
Principalmente, se ocupa del ciclo de desenergización del relé y analiza
- La armadura y la dinámica de conmutación del sistema de relevador después de la desenergización de la bobina.
- Cómo se producen los voltajes inducidos por la bobina.
- Técnicas para proteger el interruptor de estado sólido.
- El efecto adverso de un diodo de supresión de bobina simple en la dinámica de conmutación del relé y la vida útil del contacto.
- La típica "adherencia" entre los contactos de acoplamiento y la capacidad reducida de desconectarse cuando se usa la supresión de diodos.
- Cómo la adición de un diodo Zener al diodo común puede proporcionar tanto supresión de voltaje como un rendimiento de conmutación confiable.
La desenergización o caída del relevador en los típicos relevadores tipo claqueta suele desarrollarse de la siguiente manera: a medida que se interrumpe el suministro de la bobina, el flujo magnético disminuye hasta el punto en que la fuerza de retención magnética decreciente (tratando de mantener la armadura asentada) cae por debajo de las fuerzas del resorte (tratando de desasentarla) y comienza la apertura de la armadura. A medida que continúa la apertura de la armadura, las fuerzas del resorte se reducen de acuerdo con la posición de la armadura; sin embargo, la fuerza magnética contraria se reduce tanto con la posición de la armadura como con la disminución de la corriente de la bobina (las cuales reducen el flujo magnético de la bobina). A medida que se interrumpe la corriente eléctrica en una bobina de relé, se puede generar un voltaje transitorio inducido del orden de cientos o incluso miles de voltios a través de esa bobina a medida que su flujo magnético, que está unido por las vueltas de la bobina, colapsa. Este voltaje inducido, más el voltaje de alimentación de la bobina, como se muestra en la Fig. 1, aparece a través del conmutador de interrupción de la bobina en un circuito de conmutación en serie simple.
Figura 1. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico sin diodo
En los sistemas de control lógico actuales, un interruptor de estado sólido se utiliza a menudo para operar un relé de bobina de CC. Y este interruptor está protegido de los voltajes inducidos por la desenergización de la bobina mediante diversas técnicas de supresión. Estas técnicas se efectúan con frecuencia por medios de derivación de bobinas, diseñados para mitigar la repentina interrupción de la corriente de la bobina y la alta tasa resultante del colapso del flujo magnético de la bobina.
Una práctica muy común es simplemente desviar la bobina con un diodo de uso general, colocando el diodo para bloquear el voltaje de la fuente y conducir con la polaridad inversa del voltaje inducido por la bobina. Esto proporciona una ruta para que la corriente que fluye en la bobina desenergizada se desvíe externamente hacia la bobina, esto limita la magnitud del voltaje inducido por la bobina a la caída de tensión directa del diodo, que es la corriente de la bobina, y genera un flujo magnético que decae lentamente (ver Fig. 2).
Figura 2. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico con diodo
Esta derivación de diodo proporciona la máxima protección al interruptor de estado sólido, pero puede tener efectos muy adversos en la capacidad de conmutación del relé. Es importante darse cuenta de que la fuerza neta disponible para abrir la armadura es la diferencia entre las fuerzas de restricción magnética y las fuerzas de apertura del resorte, cada una de estas varía de una manera que hace que la fuerza neta varíe tanto con el tiempo como con la posición de la armadura. Esta es la fuerza neta que le da la velocidad al sistema de armadura y energía del impulso a medida que intenta efectuar la transferencia de la armadura y del resorte de contacto.
Un flujo magnético de disminución lenta (el más lento se experimenta con una derivación de diodo simple a través de la bobina) significa la menor fuerza neta integral disponible para acelerar la apertura de la armadura. De hecho, la pérdida rápida de las fuerzas de apertura suministradas por los resortes de contacto NO rígidos, junto con las fuerzas magnéticas que disminuyen con lentitud, en realidad, pueden causar un período de inversión de la fuerza neta en el que la velocidad de la armadura se ralentiza, se detiene o incluso se invierte momentáneamente hasta que el flujo desciende aún más, lo que al final permite que las fuerzas de "retorno" del resorte disponibles hagan que la transferencia continúe.
Es igual de importante darse cuenta de que cuando ocurre la conexión de los contactos de un relé de potencia típico, y se conectan las cargas de corriente medias o altas de elevación muy rápida (por ejemplo, resistivas) a la fuente de voltaje, se produce una interfaz fundida diminuta entre los contactos de acoplamiento, lo que da lugar a una condición de microsoldadura o adherencia que debe separarse en la siguiente transferencia de apertura.
La fuerza del "adherencia" suele estar dentro de la capacidad de la fuerza de apertura de la red, que recibe el impulso de la armadura en movimiento para romper la adherencia y efectuar la transferencia de contacto. Sin embargo, la pérdida o incluso la inversión de la velocidad de la armadura (en condiciones de derivación simple de diodos, como se describió anteriormente), junto la pérdida que acompaña el impulso de la armadura que se necesita para romper la adherencia del contacto, puede fallar y no romper la adherencia, por lo que se experimenta una "soldadura" de contacto.
Cuanto más rápido se disminuye la corriente de la bobina, menor es la retención magnética y, por lo tanto, mayor es el impulso de la armadura y la "capacidad de rotura" de la barra de contacto.
Por supuesto, esto se optimiza cuando no se utiliza la supresión. Sin embargo, se puede obtener una tasa de disminución casi óptima, si se utiliza un diodo Zener en serie con un diodo de uso general. Cuando se interrumpe la fuente de la bobina, la corriente de la bobina se desvía a través de esta disposición en serie, manteniendo un voltaje igual al voltaje Zener (más la caída de tensión directa del diodo) hasta que la energía de la bobina se disipa. Esto se ilustra en la Fig. 3.
Figura 3. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico con diodo y Zener de 24 V
El valor de voltaje Zener se elige para limitar el voltaje del interruptor de la bobina a un nivel aceptable para la clasificación del interruptor. Esto ofrece el mejor resultado tanto para la protección del interruptor de la bobina como para el rendimiento de la conmutación del relé. Y debe emplearse para garantizar el máximo rendimiento y confiabilidad del relé mientras que proporciona protección al circuito de control contra los voltajes inducidos por la bobina.
Es una práctica normal de la industria probar los relevadores y, luego, establecer clasificaciones de rendimiento sin supresión de bobinas. Cuando las condiciones de aplicación requieren la supresión de voltajes inducidos por la bobina, se recomienda que el rendimiento del relé se evalúe con la supresión que se utilizará.
Maximice el rendimiento y la confiabilidad del relevador mientras protege el circuito de control contra los voltajes inducidos por la bobina.
Esta nota de aplicación trata sobre los problemas relacionados con los métodos que se utilizan para desenergizar las bobinas de relé electromagnético, en especial, cuando se utiliza un interruptor de estado sólido y sobre cómo afectan la vida útil del relé.
Principalmente, se ocupa del ciclo de desenergización del relé y analiza
- La armadura y la dinámica de conmutación del sistema de relevador después de la desenergización de la bobina.
- Cómo se producen los voltajes inducidos por la bobina.
- Técnicas para proteger el interruptor de estado sólido.
- El efecto adverso de un diodo de supresión de bobina simple en la dinámica de conmutación del relé y la vida útil del contacto.
- La típica "adherencia" entre los contactos de acoplamiento y la capacidad reducida de desconectarse cuando se usa la supresión de diodos.
- Cómo la adición de un diodo Zener al diodo común puede proporcionar tanto supresión de voltaje como un rendimiento de conmutación confiable.
La desenergización o caída del relevador en los típicos relevadores tipo claqueta suele desarrollarse de la siguiente manera: a medida que se interrumpe el suministro de la bobina, el flujo magnético disminuye hasta el punto en que la fuerza de retención magnética decreciente (tratando de mantener la armadura asentada) cae por debajo de las fuerzas del resorte (tratando de desasentarla) y comienza la apertura de la armadura. A medida que continúa la apertura de la armadura, las fuerzas del resorte se reducen de acuerdo con la posición de la armadura; sin embargo, la fuerza magnética contraria se reduce tanto con la posición de la armadura como con la disminución de la corriente de la bobina (las cuales reducen el flujo magnético de la bobina). A medida que se interrumpe la corriente eléctrica en una bobina de relé, se puede generar un voltaje transitorio inducido del orden de cientos o incluso miles de voltios a través de esa bobina a medida que su flujo magnético, que está unido por las vueltas de la bobina, colapsa. Este voltaje inducido, más el voltaje de alimentación de la bobina, como se muestra en la Fig. 1, aparece a través del conmutador de interrupción de la bobina en un circuito de conmutación en serie simple.
Figura 1. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico sin diodo
En los sistemas de control lógico actuales, un interruptor de estado sólido se utiliza a menudo para operar un relé de bobina de CC. Y este interruptor está protegido de los voltajes inducidos por la desenergización de la bobina mediante diversas técnicas de supresión. Estas técnicas se efectúan con frecuencia por medios de derivación de bobinas, diseñados para mitigar la repentina interrupción de la corriente de la bobina y la alta tasa resultante del colapso del flujo magnético de la bobina.
Una práctica muy común es simplemente desviar la bobina con un diodo de uso general, colocando el diodo para bloquear el voltaje de la fuente y conducir con la polaridad inversa del voltaje inducido por la bobina. Esto proporciona una ruta para que la corriente que fluye en la bobina desenergizada se desvíe externamente hacia la bobina, esto limita la magnitud del voltaje inducido por la bobina a la caída de tensión directa del diodo, que es la corriente de la bobina, y genera un flujo magnético que decae lentamente (ver Fig. 2).
Figura 2. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico con diodo
Esta derivación de diodo proporciona la máxima protección al interruptor de estado sólido, pero puede tener efectos muy adversos en la capacidad de conmutación del relé. Es importante darse cuenta de que la fuerza neta disponible para abrir la armadura es la diferencia entre las fuerzas de restricción magnética y las fuerzas de apertura del resorte, cada una de estas varía de una manera que hace que la fuerza neta varíe tanto con el tiempo como con la posición de la armadura. Esta es la fuerza neta que le da la velocidad al sistema de armadura y energía del impulso a medida que intenta efectuar la transferencia de la armadura y del resorte de contacto.
Un flujo magnético de disminución lenta (el más lento se experimenta con una derivación de diodo simple a través de la bobina) significa la menor fuerza neta integral disponible para acelerar la apertura de la armadura. De hecho, la pérdida rápida de las fuerzas de apertura suministradas por los resortes de contacto NO rígidos, junto con las fuerzas magnéticas que disminuyen con lentitud, en realidad, pueden causar un período de inversión de la fuerza neta en el que la velocidad de la armadura se ralentiza, se detiene o incluso se invierte momentáneamente hasta que el flujo desciende aún más, lo que al final permite que las fuerzas de "retorno" del resorte disponibles hagan que la transferencia continúe.
Es igual de importante darse cuenta de que cuando ocurre la conexión de los contactos de un relé de potencia típico, y se conectan las cargas de corriente medias o altas de elevación muy rápida (por ejemplo, resistivas) a la fuente de voltaje, se produce una interfaz fundida diminuta entre los contactos de acoplamiento, lo que da lugar a una condición de microsoldadura o adherencia que debe separarse en la siguiente transferencia de apertura.
La fuerza del "adherencia" suele estar dentro de la capacidad de la fuerza de apertura de la red, que recibe el impulso de la armadura en movimiento para romper la adherencia y efectuar la transferencia de contacto. Sin embargo, la pérdida o incluso la inversión de la velocidad de la armadura (en condiciones de derivación simple de diodos, como se describió anteriormente), junto la pérdida que acompaña el impulso de la armadura que se necesita para romper la adherencia del contacto, puede fallar y no romper la adherencia, por lo que se experimenta una "soldadura" de contacto.
Cuanto más rápido se disminuye la corriente de la bobina, menor es la retención magnética y, por lo tanto, mayor es el impulso de la armadura y la "capacidad de rotura" de la barra de contacto.
Por supuesto, esto se optimiza cuando no se utiliza la supresión. Sin embargo, se puede obtener una tasa de disminución casi óptima, si se utiliza un diodo Zener en serie con un diodo de uso general. Cuando se interrumpe la fuente de la bobina, la corriente de la bobina se desvía a través de esta disposición en serie, manteniendo un voltaje igual al voltaje Zener (más la caída de tensión directa del diodo) hasta que la energía de la bobina se disipa. Esto se ilustra en la Fig. 3.
Figura 3. Bobina dinámica de operación y liberación V-I, relé de CC típico con diodo y Zener de 24 V
El valor de voltaje Zener se elige para limitar el voltaje del interruptor de la bobina a un nivel aceptable para la clasificación del interruptor. Esto ofrece el mejor resultado tanto para la protección del interruptor de la bobina como para el rendimiento de la conmutación del relé. Y debe emplearse para garantizar el máximo rendimiento y confiabilidad del relé mientras que proporciona protección al circuito de control contra los voltajes inducidos por la bobina.
Es una práctica normal de la industria probar los relevadores y, luego, establecer clasificaciones de rendimiento sin supresión de bobinas. Cuando las condiciones de aplicación requieren la supresión de voltajes inducidos por la bobina, se recomienda que el rendimiento del relé se evalúe con la supresión que se utilizará.
