Mejore el rendimiento de la vida útil de la carga
Introducción
(NOTA: Se aplica solo a las bobinas de CC que conmutan cargas de CA)
Las lámparas incandescentes, las cargas inductivas como motores y solenoides, las cargas capacitivas como los balastos electrónicos y las fuentes de alimentación de conmutación, entre otras, pueden exhibir corrientes de sobretensión iniciales muy altas al energizarse. Esto puede ser hasta 10 veces la corriente de estado estacionario o más y es muy problemático si el cierre de contacto ocurre de manera aleatoria cerca del pico de la onda sinusoidal de voltaje. A menudo, el resultado es la soldadura de los contactos debido a una corriente de sobretensión tan excesiva. Los relevadores para tales aplicaciones, por lo general, deben ser de gran tamaño o contar con un diseño especial para manejar la alta corriente de entrada en relación con la corriente de estado estacionario relativamente moderada. Esto suele generar un costo de control adicional y un mayor uso del espacio.
Del mismo modo, debido a que el arco de contacto de ruptura suele extinguirse solo cuando la onda sinusoidal de alta corriente pasa a cero e invierte la polaridad, la sincronización debe basarse en el cruce cero de las formas de onda de voltaje en "conexión" y la forma de onda de corriente en "desconexión". En el caso de cargas con factor de potencia de unidad (resistiva, lámpara, etc.), no hay cambio de fase y, por lo tanto, la detección basada en voltaje de cruce cero se puede utilizar para la sincronización de "conexión" y de "desconexión".
Si se implementa de manera correcta, la capacidad máxima del pico de corriente se puede aumentar alrededor de 8 a 10 veces, la vida útil de conmutación de una carga determinada se puede aumentar potencialmente alrededor de 8 a 10 veces y la carga máxima de la vida útil de una conmutación determinada también se puede aumentar potencialmente hasta 5 veces más o menos (siempre que no exceda la corriente máxima que el relevador es capaz de transportar).
Incluso en cargas no reactivas con factor de potencia unitaria y poca corriente de sobretensión inicial, se puede lograr una mejora significativa del rendimiento de la vida útil de la carga.
NOTA: Consulte también las precauciones sobre la conmutación de cargas inductivas de núcleo de hierro en las secciones "Sincronización en el cierre de contacto (conexión)" y "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Conmutación de contactos sincronizada con la potencia de la carga
(NOTA: Se aplica solo a las bobinas de CC que conmutan cargas de CA)
Consulte también "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Hay varias formas de mejorar el rendimiento del relevador al conmutar algunos tipos de carga mediante la sincronización del tiempo de "conexión" y "desconexión" de los contactos con el voltaje de CA o la onda sinusoidal de corriente. Esto solo funciona para los tipos de bobinas de CC porque hay partes de la onda sinusoidal de CA en la que no hay energía suficiente para efectuar el funcionamiento de un relevador o contactor de bobina de CA.
Si se implementa de manera correcta, la vida útil de conmutación de contacto y, en especial, la capacidad para manejar altas cargas de entrada aumenta notablemente. La capacidad de corriente de entrada y las mejoras en la vida útil de conmutación de carga aproximadamente 10 veces superior, a menudo se pueden lograr dependiendo de la implementación precisa y otros factores en la aplicación específica.
Algunas de estas técnicas y sus ventajas y limitaciones se analizan a continuación:
- Sincronización en el cierre de contacto (conexión):
Cuando el cierre de contacto se sincroniza justo antes o justo después del punto de cruce cero de la forma de onda de voltaje, el contacto del relevador no produce mucha corriente o voltaje, por lo que se puede esperar una vida útil de contacto más larga, así como una mayor capacidad para manejar cargas con altas corrientes de arranque (porque el voltaje y la corriente aumentan desde cero después de la onda sinusoidal, por lo que el pico máximo rara vez se ve durante el tiempo en que el contacto del relevador se cierra y estabiliza).
Esto se logra accionando la bobina del relevador a la vez (desplazamiento desde el cruce posterior de cero voltaje por el tiempo de funcionamiento del relevador), de modo que el contacto del relevador siempre se conecta justo antes o justo después del punto cero (generalmente +/- 1 milisegundo de cero es aceptable y alcanzable).
Dado que los tiempos de funcionamiento del relevador varían según la familia de relevadores, de un relevador a otro, de un lote a otro y durante la vida útil del relevador, esto se implementa mejor usando microcontroladores en los que se monitorea el tiempo de funcionamiento real del relevador y se ajusta el tiempo de desplazamiento para alcanzar con mucha precisión el punto de cruce cero a través de un promedio móvil o de 8 a 10 operaciones. La variación del tiempo de funcionamiento también puede minimizarse sobrecargando la bobina al 125 % o 150 % del voltaje nominal (no se recomienda si se conmuta la corriente nominal máxima). El tiempo de rebote del funcionamiento también debe considerarse en el cálculo del tiempo.
Ejemplo 1. Motor del ventilador inductor de 1/10 Hp energizado a 0° en la forma de onda de voltaje. La parte superior es el voltaje, la parte inferior es la corriente. Obsérvese el elevadísimo pico de corriente del primer semiciclo.
Ejemplo 2. El mismo motor del ventilador inductor de 1/10 Hp energizado a 90° en la forma de onda de voltaje. La forma de onda superior es el voltaje, la forma de onda inferior es la corriente. Obsérvese que no hay un aumento excesivo de la corriente en el primer semiciclo. Para la mayoría de las cargas inductivas, el mejor punto de conexión es a alrededor de 75° antes del pico, pero cada tipo de carga debe medirse para ver qué funciona mejor. El valor exacto que se utiliza no es crítico, por lo que cualquier valor en el rango de 70 a 90° suele ser aceptable.
Ejemplo 3a. Conectar una lámpara incandescente a cero.
La mayoría de las cargas no inductivas deben energizarse muy cerca del voltaje cero para lograr el máximo rendimiento de contacto. De este modo, se minimiza el aumento de corriente durante el intervalo en que el contacto se cierra y se estabiliza, lo que reduce la posibilidad de soldadura de adherencia. Esto es especialmente crítico en cargas de corriente de entrada altas, como lámparas incandescentes, balastos de lámparas electrónicas, fuentes de alimentación de conmutación, etc.
El ejemplo 3a muestra una lámpara incandescente encendida muy cerca de voltaje cero para que la corriente aumente siguiendo la onda sinusoidal de CA. El ejemplo 3b muestra la misma carga encendida en el pico de voltaje, con una alta corriente de entrada resultante a medida que se aplica alto voltaje al filamento de la lámpara fría. Estas altas corrientes de entrada aumentan en gran medida el riesgo de que se suelde el contacto cuando se cierra y estabiliza. Del mismo modo, las altas corrientes también son comunes en cargas capacitivas cuando se conmutan cerca del pico de voltaje.
Ejemplo 3b. Conectar una lámpara incandescente en el pico.
- Sincronización en la apertura del contacto (desconexión):
Del mismo modo, cuando la apertura de contacto se sincroniza para ocurrir justo antes (generalmente -1/2/+0 milisegundos es aceptable y alcanzable), pero nunca después del punto de cruce cero de la forma de onda actual, el contacto del relevador no conecta mucha corriente o voltaje y el arco se extinguirá en el inminente cruce cero y reducirá en gran medida la erosión y el desgaste del contacto. Para cargas no inductivas, en las que no hay diferencia de fase entre voltaje y corriente, la desconexión a voltaje cero es igual de aceptable y produce un diseño de control más simple.
Consulte también "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Ejemplo 4a. Desconectar una lámpara incandescente en el pico.
Ejemplo 4b. Desconectar una lámpara incandescente en cero.
Por supuesto, en el caso de las cargas resistivas o incandescentes, la ruptura del contacto justo antes de la corriente o voltaje cero produce menos intensidad de arco de desconexión y una vida útil de contacto más larga.
- Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas
Las cargas inductivas (en especial aquellas con núcleos de hierro) deben manejarse de manera diferente porque tienen tendencias a una alta corriente de entrada en la conexión y a generar un arco de contacto grave y altos voltajes transitorios en la desconexión.
A diferencia de las cargas no inductivas, en las que la conexión del contacto muy cerca del cruce cero es deseable, las cargas inductivas (en especial los inductores de núcleo de hierro como transformadores y solenoides) nunca deben hacerse en el cruce cero. Si lo hace, el inductor entrará en saturación, lo que dará lugar a un pico de corriente inicial muy elevado. Tales cargas inductivas funcionan mejor cuando se accionan a alrededor de 75° en la forma de onda de voltaje de CA. Cada carga es un poco diferente, por lo que se debe monitorear y ajustar cada una para obtener el mejor rendimiento.
Sobre todo, se mejora el rendimiento durante la desconexión de las cargas inductivas. Esto se debe a la gran reducción de la erosión del arco en el material de contacto debido a la menor intensidad y duración del arco de ruptura. Del mismo modo, debido a que se almacena muy poca energía en la inductancia de carga en el momento en que el contacto se desconecta, la interferencia electromagnética (EMI) y los transitorios de voltaje inverso que se generan son de menor intensidad, por lo que se minimizan los efectos adversos en la electrónica sensible. Esto se logra retirando un accionamiento de bobina de relevador a la vez (desplazamiento desde el cruce posterior de corriente cero por el tiempo de liberación del relevador), de modo que el contacto del relevador siempre se "conecta" justo antes (pero nunca justo después) del punto cero (generalmente -1/2 / +0 milisegundos de cero es aceptable y alcanzable).
Ejemplo 5a. Conectar una carga inductiva a VOLTAJE PICO - Desconectar una carga inductiva a CORRIENTE CERO. (NOTA: La fase de la corriente retrasa el voltaje).
Ejemplo 5b. CONECTAR una carga inductiva a VOLTAJE CERO - DESCONECTAR una carga inductiva a CORRIENTE PICO (NOTA: La fase de la corriente retrasa el voltaje).
Resumen
La sincronización de conexión y desconexión del contacto con el voltaje y la corriente de carga puede producir una mejora notable en el rendimiento cuando se implementa correctamente. Sin embargo, si la técnica se implementa incorrectamente, también puede ocurrir la degradación del rendimiento debido a la transferencia de material o la erosión acelerada por contacto. Siempre debe consultarle a TE Engineering para obtener asesoramiento acerca de la implementación para cada tipo de relevador.
Dado que los tiempos de funcionamiento y liberación del relevador varían según la familia de relevadores, de relevador a relevador, de lote a lote y durante la vida útil del relevador, esto se implementa mejor al usar microcontroladores en los que los tiempos reales de funcionamiento y liberación del relevador se monitorean con respecto a la forma de onda de voltaje (y corriente si se desconectan cargas inductivas) y el tiempo de desplazamiento de ajusta con frecuencia. Esta es la mejor manera de garantizar una conmutación precisa durante la vida útil del relevador.
Conectar a +/-1 milisegundo alrededor de voltaje cero y desconectar a -1/2/+0 milisegundos antes de que la corriente cero sea aceptable y se pueda alcanzar. En cargas no inductivas, la sincronización con el voltaje cero durante la desconexión produce un rendimiento aceptable y un diseño de control más simple.
Es importante tener en cuenta el efecto de la temperatura en la resistencia del alambre para bobina del relevador y, por lo tanto, debe compensarse el voltaje de funcionamiento y el tiempo de funcionamiento/liberación. Esto se analiza en las notas de aplicación "El accionamiento adecuado de la bobina es fundamental para el buen rendimiento del relevador y el contactor" y "Compensación de voltaje y temperatura de la bobina".
Mejore el rendimiento de la vida útil de la carga
Introducción
(NOTA: Se aplica solo a las bobinas de CC que conmutan cargas de CA)
Las lámparas incandescentes, las cargas inductivas como motores y solenoides, las cargas capacitivas como los balastos electrónicos y las fuentes de alimentación de conmutación, entre otras, pueden exhibir corrientes de sobretensión iniciales muy altas al energizarse. Esto puede ser hasta 10 veces la corriente de estado estacionario o más y es muy problemático si el cierre de contacto ocurre de manera aleatoria cerca del pico de la onda sinusoidal de voltaje. A menudo, el resultado es la soldadura de los contactos debido a una corriente de sobretensión tan excesiva. Los relevadores para tales aplicaciones, por lo general, deben ser de gran tamaño o contar con un diseño especial para manejar la alta corriente de entrada en relación con la corriente de estado estacionario relativamente moderada. Esto suele generar un costo de control adicional y un mayor uso del espacio.
Del mismo modo, debido a que el arco de contacto de ruptura suele extinguirse solo cuando la onda sinusoidal de alta corriente pasa a cero e invierte la polaridad, la sincronización debe basarse en el cruce cero de las formas de onda de voltaje en "conexión" y la forma de onda de corriente en "desconexión". En el caso de cargas con factor de potencia de unidad (resistiva, lámpara, etc.), no hay cambio de fase y, por lo tanto, la detección basada en voltaje de cruce cero se puede utilizar para la sincronización de "conexión" y de "desconexión".
Si se implementa de manera correcta, la capacidad máxima del pico de corriente se puede aumentar alrededor de 8 a 10 veces, la vida útil de conmutación de una carga determinada se puede aumentar potencialmente alrededor de 8 a 10 veces y la carga máxima de la vida útil de una conmutación determinada también se puede aumentar potencialmente hasta 5 veces más o menos (siempre que no exceda la corriente máxima que el relevador es capaz de transportar).
Incluso en cargas no reactivas con factor de potencia unitaria y poca corriente de sobretensión inicial, se puede lograr una mejora significativa del rendimiento de la vida útil de la carga.
NOTA: Consulte también las precauciones sobre la conmutación de cargas inductivas de núcleo de hierro en las secciones "Sincronización en el cierre de contacto (conexión)" y "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Conmutación de contactos sincronizada con la potencia de la carga
(NOTA: Se aplica solo a las bobinas de CC que conmutan cargas de CA)
Consulte también "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Hay varias formas de mejorar el rendimiento del relevador al conmutar algunos tipos de carga mediante la sincronización del tiempo de "conexión" y "desconexión" de los contactos con el voltaje de CA o la onda sinusoidal de corriente. Esto solo funciona para los tipos de bobinas de CC porque hay partes de la onda sinusoidal de CA en la que no hay energía suficiente para efectuar el funcionamiento de un relevador o contactor de bobina de CA.
Si se implementa de manera correcta, la vida útil de conmutación de contacto y, en especial, la capacidad para manejar altas cargas de entrada aumenta notablemente. La capacidad de corriente de entrada y las mejoras en la vida útil de conmutación de carga aproximadamente 10 veces superior, a menudo se pueden lograr dependiendo de la implementación precisa y otros factores en la aplicación específica.
Algunas de estas técnicas y sus ventajas y limitaciones se analizan a continuación:
- Sincronización en el cierre de contacto (conexión):
Cuando el cierre de contacto se sincroniza justo antes o justo después del punto de cruce cero de la forma de onda de voltaje, el contacto del relevador no produce mucha corriente o voltaje, por lo que se puede esperar una vida útil de contacto más larga, así como una mayor capacidad para manejar cargas con altas corrientes de arranque (porque el voltaje y la corriente aumentan desde cero después de la onda sinusoidal, por lo que el pico máximo rara vez se ve durante el tiempo en que el contacto del relevador se cierra y estabiliza).
Esto se logra accionando la bobina del relevador a la vez (desplazamiento desde el cruce posterior de cero voltaje por el tiempo de funcionamiento del relevador), de modo que el contacto del relevador siempre se conecta justo antes o justo después del punto cero (generalmente +/- 1 milisegundo de cero es aceptable y alcanzable).
Dado que los tiempos de funcionamiento del relevador varían según la familia de relevadores, de un relevador a otro, de un lote a otro y durante la vida útil del relevador, esto se implementa mejor usando microcontroladores en los que se monitorea el tiempo de funcionamiento real del relevador y se ajusta el tiempo de desplazamiento para alcanzar con mucha precisión el punto de cruce cero a través de un promedio móvil o de 8 a 10 operaciones. La variación del tiempo de funcionamiento también puede minimizarse sobrecargando la bobina al 125 % o 150 % del voltaje nominal (no se recomienda si se conmuta la corriente nominal máxima). El tiempo de rebote del funcionamiento también debe considerarse en el cálculo del tiempo.
Ejemplo 1. Motor del ventilador inductor de 1/10 Hp energizado a 0° en la forma de onda de voltaje. La parte superior es el voltaje, la parte inferior es la corriente. Obsérvese el elevadísimo pico de corriente del primer semiciclo.
Ejemplo 2. El mismo motor del ventilador inductor de 1/10 Hp energizado a 90° en la forma de onda de voltaje. La forma de onda superior es el voltaje, la forma de onda inferior es la corriente. Obsérvese que no hay un aumento excesivo de la corriente en el primer semiciclo. Para la mayoría de las cargas inductivas, el mejor punto de conexión es a alrededor de 75° antes del pico, pero cada tipo de carga debe medirse para ver qué funciona mejor. El valor exacto que se utiliza no es crítico, por lo que cualquier valor en el rango de 70 a 90° suele ser aceptable.
Ejemplo 3a. Conectar una lámpara incandescente a cero.
La mayoría de las cargas no inductivas deben energizarse muy cerca del voltaje cero para lograr el máximo rendimiento de contacto. De este modo, se minimiza el aumento de corriente durante el intervalo en que el contacto se cierra y se estabiliza, lo que reduce la posibilidad de soldadura de adherencia. Esto es especialmente crítico en cargas de corriente de entrada altas, como lámparas incandescentes, balastos de lámparas electrónicas, fuentes de alimentación de conmutación, etc.
El ejemplo 3a muestra una lámpara incandescente encendida muy cerca de voltaje cero para que la corriente aumente siguiendo la onda sinusoidal de CA. El ejemplo 3b muestra la misma carga encendida en el pico de voltaje, con una alta corriente de entrada resultante a medida que se aplica alto voltaje al filamento de la lámpara fría. Estas altas corrientes de entrada aumentan en gran medida el riesgo de que se suelde el contacto cuando se cierra y estabiliza. Del mismo modo, las altas corrientes también son comunes en cargas capacitivas cuando se conmutan cerca del pico de voltaje.
Ejemplo 3b. Conectar una lámpara incandescente en el pico.
- Sincronización en la apertura del contacto (desconexión):
Del mismo modo, cuando la apertura de contacto se sincroniza para ocurrir justo antes (generalmente -1/2/+0 milisegundos es aceptable y alcanzable), pero nunca después del punto de cruce cero de la forma de onda actual, el contacto del relevador no conecta mucha corriente o voltaje y el arco se extinguirá en el inminente cruce cero y reducirá en gran medida la erosión y el desgaste del contacto. Para cargas no inductivas, en las que no hay diferencia de fase entre voltaje y corriente, la desconexión a voltaje cero es igual de aceptable y produce un diseño de control más simple.
Consulte también "Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas" a continuación.
Ejemplo 4a. Desconectar una lámpara incandescente en el pico.
Ejemplo 4b. Desconectar una lámpara incandescente en cero.
Por supuesto, en el caso de las cargas resistivas o incandescentes, la ruptura del contacto justo antes de la corriente o voltaje cero produce menos intensidad de arco de desconexión y una vida útil de contacto más larga.
- Consideraciones especiales de conexión/desconexión para cargas inductivas
Las cargas inductivas (en especial aquellas con núcleos de hierro) deben manejarse de manera diferente porque tienen tendencias a una alta corriente de entrada en la conexión y a generar un arco de contacto grave y altos voltajes transitorios en la desconexión.
A diferencia de las cargas no inductivas, en las que la conexión del contacto muy cerca del cruce cero es deseable, las cargas inductivas (en especial los inductores de núcleo de hierro como transformadores y solenoides) nunca deben hacerse en el cruce cero. Si lo hace, el inductor entrará en saturación, lo que dará lugar a un pico de corriente inicial muy elevado. Tales cargas inductivas funcionan mejor cuando se accionan a alrededor de 75° en la forma de onda de voltaje de CA. Cada carga es un poco diferente, por lo que se debe monitorear y ajustar cada una para obtener el mejor rendimiento.
Sobre todo, se mejora el rendimiento durante la desconexión de las cargas inductivas. Esto se debe a la gran reducción de la erosión del arco en el material de contacto debido a la menor intensidad y duración del arco de ruptura. Del mismo modo, debido a que se almacena muy poca energía en la inductancia de carga en el momento en que el contacto se desconecta, la interferencia electromagnética (EMI) y los transitorios de voltaje inverso que se generan son de menor intensidad, por lo que se minimizan los efectos adversos en la electrónica sensible. Esto se logra retirando un accionamiento de bobina de relevador a la vez (desplazamiento desde el cruce posterior de corriente cero por el tiempo de liberación del relevador), de modo que el contacto del relevador siempre se "conecta" justo antes (pero nunca justo después) del punto cero (generalmente -1/2 / +0 milisegundos de cero es aceptable y alcanzable).
Ejemplo 5a. Conectar una carga inductiva a VOLTAJE PICO - Desconectar una carga inductiva a CORRIENTE CERO. (NOTA: La fase de la corriente retrasa el voltaje).
Ejemplo 5b. CONECTAR una carga inductiva a VOLTAJE CERO - DESCONECTAR una carga inductiva a CORRIENTE PICO (NOTA: La fase de la corriente retrasa el voltaje).
Resumen
La sincronización de conexión y desconexión del contacto con el voltaje y la corriente de carga puede producir una mejora notable en el rendimiento cuando se implementa correctamente. Sin embargo, si la técnica se implementa incorrectamente, también puede ocurrir la degradación del rendimiento debido a la transferencia de material o la erosión acelerada por contacto. Siempre debe consultarle a TE Engineering para obtener asesoramiento acerca de la implementación para cada tipo de relevador.
Dado que los tiempos de funcionamiento y liberación del relevador varían según la familia de relevadores, de relevador a relevador, de lote a lote y durante la vida útil del relevador, esto se implementa mejor al usar microcontroladores en los que los tiempos reales de funcionamiento y liberación del relevador se monitorean con respecto a la forma de onda de voltaje (y corriente si se desconectan cargas inductivas) y el tiempo de desplazamiento de ajusta con frecuencia. Esta es la mejor manera de garantizar una conmutación precisa durante la vida útil del relevador.
Conectar a +/-1 milisegundo alrededor de voltaje cero y desconectar a -1/2/+0 milisegundos antes de que la corriente cero sea aceptable y se pueda alcanzar. En cargas no inductivas, la sincronización con el voltaje cero durante la desconexión produce un rendimiento aceptable y un diseño de control más simple.
Es importante tener en cuenta el efecto de la temperatura en la resistencia del alambre para bobina del relevador y, por lo tanto, debe compensarse el voltaje de funcionamiento y el tiempo de funcionamiento/liberación. Esto se analiza en las notas de aplicación "El accionamiento adecuado de la bobina es fundamental para el buen rendimiento del relevador y el contactor" y "Compensación de voltaje y temperatura de la bobina".
