避免由接触器引起的过压

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1、 工业控制 工业控制 SIRIUS 控制 SIRIUS 控制 接触器过压的抑制 功能实例功能实例 No CD FE III 003 V20 EN 接触器过压抑制 注释注释 Sirius 功能实例是基于 A D 标准产品的功能并且经过测试的自动化组态 目的是提供简单 快速并且低成本的低压控制自动化任务解决方案 这些功能实例的每一个都覆盖了低压控制中 典型的客户问题内经常出现的子任务 1 引言引言 3 2 过压的出现过压的出现 4 3 保护电路的类型保护电路的类型 4 3 1 RC 元件电路元件电路 4 3 2 二极管电路二极管电路 6 3 2 1 整流二极管电路 6 3 2 2 使用一个二极管

2、齐纳二极管的二极管组件电路 7 3 3 变阻器电路变阻器电路 8 3 4 电路类型一览电路类型一览 9 4 西门子西门子 过压抑制解决方案过压抑制解决方案 9 4 1 尺寸为尺寸为 S00 和和 S0 的接触器浪涌抑制器的接触器浪涌抑制器 10 4 2 尺寸从尺寸从 S2 到到 S12 的接触器浪涌抑制器的接触器浪涌抑制器 11 5 合作伙伴的联系方式合作伙伴的联系方式 12 6 保障 义务和支持保障 义务和支持 12 7 参考书目参考书目 12 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 2 接触器过压抑制 1 引言引言 导致过压的最重要原因是电感电路

3、的开关操作 比如 接触器线圈 这些最高可达 4KV 的过压可以迅速达到很高的值 导致的结果包括 极大的接触腐蚀 并且因此导致线圈动作的接触器过早损坏 可能伴随干扰信号 在某种情况可能导致电子控制的错误信号并且损坏电子模块 因此 接触器线圈的开关过压通常使用保护电路进行抑制 本篇技术文章的目的是向用户提供选型和计算帮助 并且列出不同类型的保护电路的优缺点 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 3 接触器过压抑制 2 过压的出现过压的出现 当接触器线圈断开时将出现过压 这是由于在断开过程中线圈电感试图维持所通过的电流 然而电 路将通过磁性线圈自身的电容

4、关闭 如果电路有足够的电能 电流和电压将以阻尼振动的方式流过 线圈 由于线圈关断时的动态阻抗 电压振幅将在高达几 kV 的范围内 并且以 1kV s 左右的速度上 升 U线圈 V 3000 1000 0 100 50 t s 图图 1 一个未连接接触器控制磁性线圈的开关过压情况 230 V 50 Hz 10 VA 图 1 显示了接触器控制磁性线圈能量下降周期导致的 瞬时放电 的振幅图 在大概 250 s 的瞬时放电阶段之后 阻尼振动将出现大约 3 5 kV 的峰值 瞬时放电同时将导致机械开关触 点的极大腐蚀 此外 由于电容通路出现很陡的电压波形 可能对邻近的系统产生相当大的干扰信号 这就使得在

5、靠近干扰源 也就是接触器线圈 起源的地方进行切换十分必要 照这样 过压可 在起源处直接被抑制 因此可以保护对电压敏感的电子元件 同时也可避免电子电路中的控制 线上干扰信号的容性耦合 过压抑制通常需要如下的电路元件 这些元件与接触器线圈并行连接 RC 元件 电阻和电容串联 整流二极管 二极管组件 变阻器 3 保护电路的类型保护电路的类型 3 1 RC 元件电路元件电路 RC 元件主要用于交流接触器 当然也可以用于直流接触器 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 4 接触器过压抑制 R C 图图 2 基本电路图 RC 元件 线圈电容的提高使振幅减少到控

6、制电压的 2 到 3 倍 并且减少了开关过压的陡峭程度 阻止了 进一步的瞬时放电 在逐渐放完电之前 电压瞬时振荡到 400 V 因此 RC 电路保护了 dv dt 敏感输出阶段 以避免不必要的直通开关 正确地选择 RC 元件基本上不会影响到接触器的开关时间 只存在关闭延时小于 1 ms 的情 况 然而 最优的抑制要求 RC 元件适应于各自的额定控制电压和额定频率 因此 必须根据 目录来选择 RC 元件 在图 3 中 描绘了图 1 中的接触器控制磁性线圈在连接了合适的 RC 元件后的电压曲线 U线圈 V 200 0 图图 3 用了一个 110 0 22 F 的 RC 元件电路的接触器控制磁性线圈

7、 230 V 50 Hz 10 VA 的开关过压 5 t ms 0 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 5 接触器过压抑制 3 2 二极管电路二极管电路 在直流接触器中关断过压只能通过使用二极管电路来避免 在连接时必须确保极性的连接正 确 3 2 1 整流二极管电路整流二极管电路 在接入二极管电路后将不会出现开关过压 二极管将电压限制为 0 7 V 然而 二极管将导致关断延时的增加 关断时间将达到 6 到 9 秒 该特点也可能成为优点 比 如 如果需要度过几毫秒的暂时压降 在接触器尺寸大于 0 S0 且功率大于 5 5 kW 时 整流 二极管可能

8、导致磁性系统的两阶段关闭 在假定的最坏情况下 可能导致触点的定位焊住 因 此 这种情况下不推荐使用整流二极管 D 图图 4 基本电路图 整流二极管 在图 5 中 描会了图 1 中的接触器控制磁性线圈在连接了合适的整流二极管后的电压曲线 U线圈 V 20 图图 5 用了一个整流二极管电路的接触器控制磁性线圈 24 V DC 3 W 的开关过压 0 200 0 0 7 V 二极管的U线圈 t s Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 6 接触器过压抑制 3 2 2 使用一个二极管使用一个二极管 齐纳二极管的二极管组件电路齐纳二极管的二极管组件电路 在使

9、用由二极管和齐纳二极管组成的二极管组件后 接触器线圈电路也将不会出现开关过压 因为二极管组件会将电压限制到 10 V 然而 二极管组件将导致关断延时的增加 关断延时将增加 2 到 6 倍 D ZD 图图 6 基本电路图 二极管组件 在图 7 中 描会了图 1 中的接触器控制磁性线圈在连接了合适的二极管组件后的电压曲线 U线圈 V 20 图图 7 用了一个二极管组件电路的接触器控制磁性线圈 24 V DC 3 W 的开关过压 0 20 0 t ms 10 V U线圈 使用齐纳二极管 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 7 接触器过压抑制 3 3 变

10、阻器电路变阻器电路 在与线圈并联后 由电压决定电阻的变阻器将限制最大过压 因为当超出一个指定的门限电压 时他们将导通 在达到该点之前 仍然将会出现瞬时放电 这和磁性线圈没有连接之前出现的 情况相似 然而 他们只持续很短的时间 和 RC 元件不同的是 他们不减少电压上升的陡峭程度 他们适合于直流和交流接触器 并且对开关时间影响很小 VDR 图图 8 基本电路图 变阻器 在图 9 中 描会了图 1 中的接触器控制磁性线圈在连接了合适的变阻器后的电压曲线 U线圈 V 200 0 20 0 t s 图图 9 用了一个 275 V 变阻器电路的接触器控制磁性线圈 230 V 50 Hz 10 VA 的开

11、关过 压 初始范围 大约 3 ms 后电压降到零 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 8 接触器过压抑制 3 4 电路类型一览电路类型一览 负载电路 控制供电 电压 附加的关断 延时 预设的感应 电压限制 优点 缺点 首选使用 二极管 直流 时间长 有 UD 优点 容易实施 可靠性高 计算要求不严格 小的感应电压 缺点 长的消除延时 只适用于尺寸 00 S00 不稳定的控制命令 控制 供电电压 二极管组件 直流 中等 有 UZD 优点 计算要求不严格 缺点 只能抑制到高于 UZD 10 V 的 电压 接近 EMC 关键部件 变阻器 交流 直流 短

12、 2 5 ms 有 UVDR 优点 吸收能量 计算要求不严格 容易实施 缺点 只能抑制到高于 UVDR的电压 适用于大部分的标准应 用 比如 在 SIMATIC 环境中 RC 元件 交流 直流 很短 1 ms 没有 优点 由于能量存储高频信号将衰 减 非常适合于交流电压 整流衰减 缺点 高的瞬间峰值电流 十分容易损坏 适用于开关时间要求很 高的场合 4 西门子西门子 过压抑制解决方案过压抑制解决方案 下列的浪涌抑制器可用于 3RT1 接触器 浪涌抑制器 带 LED 不带 LED 用于 S00 用于 S00 用于 S0 用于 S2 S3 用于 S6 到 S12 噪声抑制二极管 X X 二极管组件

13、 X X X 变阻器 X X X X 集成的 RC 元件 X X X X Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 9 接触器过压抑制 4 1 尺寸为尺寸为 S00 和和 S0 的接触器浪涌抑制器的接触器浪涌抑制器 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 10 接触器过压抑制 4 2 尺寸从尺寸从 S2 到到 S12 的接触器浪涌抑制器的接触器浪涌抑制器 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 11 接触器过压抑制 5 合作伙伴的联系方式合作伙伴的联系方式 低压控制

14、和配电的技术援助低压控制和配电的技术援助 从周一到周五的早上 8 00 到晚上 5 00 中部欧洲时间 有专人提供支持 电话 49 911 895 5900 电邮 因特网 在服务时间内通过传真 传真 49 911 895 5907 6 担保 责任和支持担保 责任和支持 我们对本文档中包含的信息不承担任何责任 由于使用本应用实例中描述的实例 信息 程序 工程设计和性能数据等而导致的任何索赔要求 不论 是基于何种法律缘由 我们都会拒绝 该责任免除不适用于下列一些强制性责任 如根据德国产品责任 法令 故意触犯 重大过失 或对生命 身体或健康造成伤害 对产品质量的担保 对缺陷的欺骗性隐 瞒或影响协约确

15、立的违规 然而 除了有意触犯或者重大过失或基于强制责任的生命 身体或健康伤害 方面 影响协约确立的违规的索赔必须限定在合约里的预计损失内 上述限制性条款并不意味着改动用 户提供所受损失的证据的责任 上述限制性条款并不意味着改动用 户提供所受损失的证据的责任 7 参考书目参考书目 1 Schalten Sch tzen Verteilen in Niederspannungsnetzen Fachbuch Siemens 低 压网络的开关 保护和配电 西门子参考书 版权所有版权所有 2007 西门子自动化与驱动集团 西门子自动化与驱动集团 除非得到西门子自动化与驱动集团明确的书面许可 不允许传递或复制这些安全功能实例或摘 录其部分内容 除非得到西门子自动化与驱动集团明确的书面许可 不允许传递或复制这些安全功能实例或摘 录其部分内容 Sirius 控制 第 页 共 12 页 CD FE III 003 V20 EN 12