Opciones para el voltaje de bobina con reducción y modulación de anchura de pulsos (PWM)
Reducción de potencia de la bobina: (no se aplica a los relevadores de enganche)
Por lo general, se recomienda reducir el consumo total de energía de control y el calor. Una forma de hacer esto, es reducir el consumo de energía de la bobina de relevador. A continuación se presentan dos métodos utilizados para conseguirlo en los relevadores de bobina de CC. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la reducción de la potencia de la bobina por cualquier método reduce la capacidad del relevador para mantener la armadura del relevador asentada, lo que reduce la tolerancia a golpes y vibraciones del relevador.
Del mismo modo, si el choque o la vibración desenganchan el relevador, se liberará y no volverá a funcionar hasta que vuelva a ser impulsado por al menos el voltaje mínimo de operación. Especialmente en el caso de aplicaciones críticas para la seguridad, hay que tener cuidado en el diseño global del control para adaptarse a esta condición de forma segura.
Todas estas técnicas se basan en el voltaje de "retención" del relevador como se define en la Nota de aplicación "El accionamiento adecuado de la bobina es fundamental para un buen rendimiento del relevador y el contactor". Tenga en cuenta que el parámetro "retención" no suele controlarse durante la fabricación ni se especifica en la ficha técnica. Si uno planea implementar la reducción de potencia de la bobina, debe consultar a TE Product Engineering como mínimo, y también es posible que deba solicitar un relevador especial cuyo voltaje de "retención" esté controlado para que la funcionalidad general sea predecible y confiable.
- Voltaje de la bobina reducido:
Un método para reducir la potencia de la bobina es utilizar dos fuentes de alimentación diferentes y bien filtradas que estén conectadas a la bobina del relevador (suelen ser diodos "OR'd" juntos para el aislamiento) y a dos medios de accionamiento separados. También hay varios medios diferentes para implementar esto, pero el más común es el que se muestra a continuación:
Figura 1.
Primero, (1) el relevador se opera habilitando el más alto de los dos voltajes (igual o mayor que el voltaje "nominal" de la bobina) durante un mínimo de 100 milisegundos para operar y estabilizar el relevador de manera confiable. Luego, (2) se habilita el voltaje más bajo con una magnitud al menos igual o mayor que el voltaje de "retención" y se desactiva el accionamiento de voltaje más alto para que el voltaje más bajo mantenga el relevador en estado de funcionamiento.
Según qué tan bajo sea el voltaje de "retención" para ese relevador y la variación de la temperatura ambiente, el diseñador debe asegurarse de que el voltaje de "retención" sea lo suficientemente alto como para acomodar el nivel de choque y vibración previsto en la aplicación y que la armadura permanezca asentada.
En el caso de algunas familias de relevadores que ya se estudiaron, TE Product Engineering puede ofrecer ayuda en los detalles de esta evaluación.
- PWM (modulación de anchura de pulsos)
Otro método para reducir la potencia de la bobina es la modulación de anchura de pulsos (PWM). En este esquema, la bobina del relevador es impulsada por un nivel de voltaje de CC inicial (1) de al menos el voltaje nominal de "funcionamiento" durante un mínimo de 100 milisegundos. Luego, el transistor de accionamiento se "apaga" (2) y se "enciende" (3) a alguna frecuencia deseable y en un ciclo de trabajo que "retendrá" al relevador en su estado de funcionamiento. Dado que la respuesta de la frecuencia y del ciclo de trabajo varía para cada mecanismo de relevador, voltaje de la bobina, potencia de la bobina y varios otros factores, esta es una implementación compleja. Siempre debe consultar con TE Product Engineering durante la fase de diseño de control.
Figura 2.
Consejos generales acerca de la PWM:
- Siempre se debe usar un "diodo de recirculación" directamente a través de la bobina de relevador para permitir que la corriente recircule y ayude a mantener el relevador en su estado de funcionamiento. No se debe colocar ningún diodo o resistencia Zener en el bucle de recirculación porque eso reduce la capacidad de soportar el tiempo de "apagado".
- En especial, por encima de los10 kHz aproximadamente, el transistor de conmutación debe tener una clasificación que sea confiable a esa frecuencia, y el diodo a través de la bobina debe ser tipo Schottky o de recuperación rápida. Por lo general, esto significa que los transistores Darlington no se pueden utilizar por encima de los 10 kHz y que se requieren transistores de efecto campo (FET) o transistores bipolares de alta ganancia de algún tipo.
- En general, se recomienda que la frecuencia no sea inferior a los 15 kHz, para evitar el ruido de control audible, sobre todo en aplicaciones de ambientes silenciosos.
De acuerdo con el voltaje que se aplique la respuesta de la frecuencia del tipo de relevador y la variación de la temperatura ambiente (que afecta la relación L/R y, por lo tanto, la respuesta de frecuencia), el diseñador debe asegurarse de que el voltaje, la frecuencia y el ciclo de trabajo sean suficientes para acomodar el nivel de choque y vibración previstos en la aplicación.
En el caso de algunas familias de relevadores que ya se estudiaron, TE Product Engineering puede ofrecer ayuda en los detalles de esta evaluación.
A continuación, se muestra un ejemplo típico de la respuesta de la frecuencia y el ciclo de trabajo de un relevador en particular, dando los valores mínimos absolutos necesarios para mantener el relevador en su estado de funcionamiento en diferentes frecuencias y ciclos de trabajo. PRECAUCIÓN: Los valores en la siguiente tabla de ejemplo son solo una referencia y se basan en una pequeña muestra de 10 relevadores. Nunca deben usarse directamente en el diseño de control porque la operación del relevador también se verá afectada por los golpes, las vibraciones y la temperatura de la bobina, por lo que siempre se necesitará un ciclo de trabajo más alto según la aplicación. Una vez más, TE Product Engineering puede brindar asesoramiento con más información, en especial, en el caso de aquellas familias de relevadores para las que existen dichos datos.
Otras variantes de bobina pulsada:
A veces, también suelen utilizarse otros esquemas de accionamiento de bobina pulsada como "bomba de carga", pero en su mayoría utilizan formas de onda de carga/descarga exponenciales (en lugar de rectangulares) que son muy difíciles de evaluar y controlar para garantizar el accionamiento adecuado de la bobina. Esas técnicas deben usarse solo después de una evaluación minuciosa.
Figura 3.
Opciones para el voltaje de bobina con reducción y modulación de anchura de pulsos (PWM)
Reducción de potencia de la bobina: (no se aplica a los relevadores de enganche)
Por lo general, se recomienda reducir el consumo total de energía de control y el calor. Una forma de hacer esto, es reducir el consumo de energía de la bobina de relevador. A continuación se presentan dos métodos utilizados para conseguirlo en los relevadores de bobina de CC. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la reducción de la potencia de la bobina por cualquier método reduce la capacidad del relevador para mantener la armadura del relevador asentada, lo que reduce la tolerancia a golpes y vibraciones del relevador.
Del mismo modo, si el choque o la vibración desenganchan el relevador, se liberará y no volverá a funcionar hasta que vuelva a ser impulsado por al menos el voltaje mínimo de operación. Especialmente en el caso de aplicaciones críticas para la seguridad, hay que tener cuidado en el diseño global del control para adaptarse a esta condición de forma segura.
Todas estas técnicas se basan en el voltaje de "retención" del relevador como se define en la Nota de aplicación "El accionamiento adecuado de la bobina es fundamental para un buen rendimiento del relevador y el contactor". Tenga en cuenta que el parámetro "retención" no suele controlarse durante la fabricación ni se especifica en la ficha técnica. Si uno planea implementar la reducción de potencia de la bobina, debe consultar a TE Product Engineering como mínimo, y también es posible que deba solicitar un relevador especial cuyo voltaje de "retención" esté controlado para que la funcionalidad general sea predecible y confiable.
- Voltaje de la bobina reducido:
Un método para reducir la potencia de la bobina es utilizar dos fuentes de alimentación diferentes y bien filtradas que estén conectadas a la bobina del relevador (suelen ser diodos "OR'd" juntos para el aislamiento) y a dos medios de accionamiento separados. También hay varios medios diferentes para implementar esto, pero el más común es el que se muestra a continuación:
Figura 1.
Primero, (1) el relevador se opera habilitando el más alto de los dos voltajes (igual o mayor que el voltaje "nominal" de la bobina) durante un mínimo de 100 milisegundos para operar y estabilizar el relevador de manera confiable. Luego, (2) se habilita el voltaje más bajo con una magnitud al menos igual o mayor que el voltaje de "retención" y se desactiva el accionamiento de voltaje más alto para que el voltaje más bajo mantenga el relevador en estado de funcionamiento.
Según qué tan bajo sea el voltaje de "retención" para ese relevador y la variación de la temperatura ambiente, el diseñador debe asegurarse de que el voltaje de "retención" sea lo suficientemente alto como para acomodar el nivel de choque y vibración previsto en la aplicación y que la armadura permanezca asentada.
En el caso de algunas familias de relevadores que ya se estudiaron, TE Product Engineering puede ofrecer ayuda en los detalles de esta evaluación.
- PWM (modulación de anchura de pulsos)
Otro método para reducir la potencia de la bobina es la modulación de anchura de pulsos (PWM). En este esquema, la bobina del relevador es impulsada por un nivel de voltaje de CC inicial (1) de al menos el voltaje nominal de "funcionamiento" durante un mínimo de 100 milisegundos. Luego, el transistor de accionamiento se "apaga" (2) y se "enciende" (3) a alguna frecuencia deseable y en un ciclo de trabajo que "retendrá" al relevador en su estado de funcionamiento. Dado que la respuesta de la frecuencia y del ciclo de trabajo varía para cada mecanismo de relevador, voltaje de la bobina, potencia de la bobina y varios otros factores, esta es una implementación compleja. Siempre debe consultar con TE Product Engineering durante la fase de diseño de control.
Figura 2.
Consejos generales acerca de la PWM:
- Siempre se debe usar un "diodo de recirculación" directamente a través de la bobina de relevador para permitir que la corriente recircule y ayude a mantener el relevador en su estado de funcionamiento. No se debe colocar ningún diodo o resistencia Zener en el bucle de recirculación porque eso reduce la capacidad de soportar el tiempo de "apagado".
- En especial, por encima de los10 kHz aproximadamente, el transistor de conmutación debe tener una clasificación que sea confiable a esa frecuencia, y el diodo a través de la bobina debe ser tipo Schottky o de recuperación rápida. Por lo general, esto significa que los transistores Darlington no se pueden utilizar por encima de los 10 kHz y que se requieren transistores de efecto campo (FET) o transistores bipolares de alta ganancia de algún tipo.
- En general, se recomienda que la frecuencia no sea inferior a los 15 kHz, para evitar el ruido de control audible, sobre todo en aplicaciones de ambientes silenciosos.
De acuerdo con el voltaje que se aplique la respuesta de la frecuencia del tipo de relevador y la variación de la temperatura ambiente (que afecta la relación L/R y, por lo tanto, la respuesta de frecuencia), el diseñador debe asegurarse de que el voltaje, la frecuencia y el ciclo de trabajo sean suficientes para acomodar el nivel de choque y vibración previstos en la aplicación.
En el caso de algunas familias de relevadores que ya se estudiaron, TE Product Engineering puede ofrecer ayuda en los detalles de esta evaluación.
A continuación, se muestra un ejemplo típico de la respuesta de la frecuencia y el ciclo de trabajo de un relevador en particular, dando los valores mínimos absolutos necesarios para mantener el relevador en su estado de funcionamiento en diferentes frecuencias y ciclos de trabajo. PRECAUCIÓN: Los valores en la siguiente tabla de ejemplo son solo una referencia y se basan en una pequeña muestra de 10 relevadores. Nunca deben usarse directamente en el diseño de control porque la operación del relevador también se verá afectada por los golpes, las vibraciones y la temperatura de la bobina, por lo que siempre se necesitará un ciclo de trabajo más alto según la aplicación. Una vez más, TE Product Engineering puede brindar asesoramiento con más información, en especial, en el caso de aquellas familias de relevadores para las que existen dichos datos.
Otras variantes de bobina pulsada:
A veces, también suelen utilizarse otros esquemas de accionamiento de bobina pulsada como "bomba de carga", pero en su mayoría utilizan formas de onda de carga/descarga exponenciales (en lugar de rectangulares) que son muy difíciles de evaluar y controlar para garantizar el accionamiento adecuado de la bobina. Esas técnicas deben usarse solo después de una evaluación minuciosa.
Figura 3.
