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如何为接触器选择合适的浪涌抑制器

如何为接触器选择合适的浪涌抑制器

低压接触器作为控制电动机负载的主要元器件,其优势在于可以短时间内频繁通断,且具备上百万次的电寿命。

线圈作为接触器工作的“动力”来源,其地位相当于汽车的发动机,上电瞬间会产生很高的冲击电流,断电瞬间会产生很高的浪涌电压。

线圈在断电瞬间会产生瞬态浪涌电压,其核心机理是电感元件的自感现象,断电瞬间电流从额定电流下降到零,根据楞次定律,磁场为了阻止电流消失,会在线圈两端感应出反向电动势

由于切断速度快,瞬态感应电压高达数百甚至数千伏,对继电器触点、电子开关元器件等造成损害,或者对同线路的精密电子控制设备(如PLC、单片机)造成EMC干扰。

为了避免线圈释放瞬间产生的浪涌电压对控制元件造成损害,通常有4种常见的浪涌抑制器可以选择,它们分别是:RC阻容模块、压敏电阻、续流二极管和双向峰值限制二极管。

01  RC阻容模块


第一种浪涌抑制器:RC阻容模块,其工作机理是断电瞬间,线圈产生的反向电动势会通过阻容模块形成闭合回路,电容将电能转换为电场能储存起来,强行将电压尖峰的幅值钳位在较低的水平,避免高压冲击。

电容存储的能量随后通过并联的电阻以热能形式消耗,同时,电阻也起到阻尼作用,避免电容与线圈电感形成LC振荡电路,避免产生新的电压震荡。

RC阻容模块适用于交流和直流线圈接触器,可以将线圈反向电动势限制到3倍Uc,对接触器释放时间略有影响(正常释放时间的1.2倍到2倍)。

02   压敏电阻


第二种浪涌抑制器:压敏电阻,核心机理是利用其非线性伏安特性,将线圈反向电动势能量以“钳位”而非“吸收振荡”的方式消耗。

正常线圈电压下,压敏电阻呈高阻状态,相当于开路,不影响电路运行。

线圈断电瞬间产生高压尖峰,当电压超过压敏电阻的压敏电压(通常为线圈额定电压的1.6~2倍)时,其电阻瞬间下降呈低阻导通状态,将浪涌电压牢牢“钳位”在安全阈值内,避免电压继续升高。

压敏电阻适用于交流线圈接触器和直流线圈接触器,可以将线圈反向电动势限制到2倍Uc,对接触器释放时间略有影响(正常释放时间的1.1倍到1.5倍)。

03   续流二极管


第三种浪涌抑制器:续流二极管,通常称作单向二极管(或续流二极管),核心机理是利用其单向导通性为线圈储能提供低阻抗的续流回路,从而根本上掐断高压产生的源头。

续流二极管只适用于直流线圈接触器,可以将线圈反向电动势完全限制到0V,浪涌电压抑制效果最好,但是续流二极管会延长接触器的释放时间(正常释放时间的6倍到10倍)。

图10是没有安装续流二极管的直流线圈接触器释放波形,绿线为线圈电压信号,蓝线为主触头电压信号,释放瞬间反向电动势很高,释放时间13.5ms。

图11是安装了续流二极管的直流线圈接触器释放波形,绿线为线圈电压信号,蓝线为主触头电压信号,可以看到释放瞬间反向电动势被限制到0V(绿色),释放时间97.2ms是之前的7倍左右。

04 双向峰值限制二极管


第四种浪涌抑制器:双向峰值限制二极管(双向 TVS 管,也叫双向瞬变抑制二极管),其工作机理是当线圈(断电时产生的反向感应电动势(浪涌),无论极性如何,只要电压超过 TVS 管的击穿电压,它就会瞬间从高阻抗变为低阻抗,吸收浪涌能量并将电压钳位在安全值,保护线圈和后端电路不受过压损坏。

双向峰值限制二极管适用于交流线圈接触器和直流线圈接触器,可以将线圈反向电动势限制到2倍Uc,对接触器释放时间影响不大。

总的来说,为了抑制线圈在断电瞬间产生的反向电动势,可以依据线圈型式、抑制效果等选择不同的浪涌抑制器。1、RC阻容模块,抑制原理是电容吸收+电阻耗散,适用于交流和直流线圈,可以将线圈反向电动势限制到3Uc,对释放时间略有影响(正常时间1.2~2倍),不适用于谐波含量高的场合;2、压敏电阻,抑制原理是非线性释放,利用氧化锌晶界导通吸收能量,适用于适用于交流和直流线圈,可以将线圈反向电动势限制到2Uc,对释放时间略有影响(正常时间1.1~1.5倍);3、续流二极管,抑制原理是低阻抗续流,为电感提供回路,只适用于直流线圈,优点是可以将线圈反向电动势完全限制到0V,缺点是接触器释放时间大大延长(正常时间6~10倍),不适用于需要快速分断的场合。

4、双向峰值限制二极管,抑制原理是雪崩击穿钳位,利用PN结精确稳压,适用于适用于交流和直流线圈,可以将线圈反向电动势限制到2Uc,对释放时间几乎没有影响;来源:网络