Kodėl išjungus kietojo kūno{0}}relę vis dar išlieka įtampa?

Išjungėte kietojo kūno relę (SSR), bet jūsų multimetras vis tiek rodo didelę įtampą išvesties gnybtuose. Tai įprasta ir klaidina. Tai taip pat gali kelti nerimą. Jums gali kilti klausimas: ar SSR žlugo uždaroje būsenoje?

Tai pagrįstas susirūpinimas. Tačiau tai paprastai nėra sugedusios relės požymis. Vietoj to, tai nuspėjama, kaip kietojo kūno{2}}relės veikia pagal dizainą. Įtampa, kurią matuojate, yra tikra. Tačiau jis dažnai negali tiekti pakankamai srovės, kad maitintų daugumą įrenginių. Štai kodėl mes tai vadiname „fantomine įtampa“.

Taip nutinka dėl puslaidininkinių jungiklių veikimo ir juose įmontuotų apsauginių grandinių. Labai svarbu suprasti, iš kur atsiranda ši įtampa. Tai padeda saugiai prižiūrėti ir užtikrina patikimą jautrios elektronikos veikimą.

Šis straipsnis suteiks jums išsamų inžinerinį paaiškinimą. Sužinosite:

Kuo SSR skiriasi nuo tradicinių mechaninių relių

Tikrieji išjungtos{0}}įtampos šaltiniai: būdinga nuotėkio srovė ir vidinė RC slopinimo grandinė

Saugos pavojai ir veikimo problemos, kurias gali sukelti ši „fantominė įtampa“.

Žingsnis{0}}po-žingsnis, kaip apskaičiuoti ir sumontuoti išleidimo rezistorių, siekiant visiškai pašalinti šią liekamąją įtampą

Pagrindinis skirtumas

Norėdami suprasti, kodėl išjungus SSR „nuteka“ įtampa, pirmiausia turime palyginti ją su mechaninėmis relėmis. Jų perjungimo principai yra visiškai skirtingi.

SSR yra ne tik geresnė mechaninė relė. Tai visiškai kitokia technologija su savo elgesiu, pranašumais ir trūkumais. „Išjungtos“ būsenos sąvoka šį skirtumą parodo aiškiausiai.

„Oro tarpas“

Elektromechaninė relė (EMR) naudoja ritę, kad sukurtų magnetinį lauką. Tai fiziškai perkelia metalinį kontaktą, kad atidarytų arba uždarytų grandinę. Kai relė išjungta, kontaktai yra fiziškai atskirti nedideliu atstumu.

Šis fizinis atskyrimas sukuria „oro tarpą“. Oras yra puikus izoliatorius. Jis užtikrina beveik-begalinę elektrinę varžą. Šis tarpas užtikrina tikrą ir visišką grandinės atjungimą, leidžiantį praeiti praktiškai nulinei srovei.

„Puslaidininkių jungtis“

Kietojo kūno relė neturi judančių dalių. Jis perjungia apkrovą naudodamas puslaidininkinius komponentus. Dažniausiai tai yra SCR (Silicio{2}}Controlled Rectifiers) arba TRIAC (kintamos srovės triodas) pora.

Kai SSR išjungtas, šie puslaidininkiniai komponentai pereina į ne{0}}laidžią būseną. Bet jie nėra oro tarpas. Jie vis dar yra tvirtas silicio gabalas, jungiantis įvesties ir išvesties gnybtus. Šis ištisinis medžiagos gabalas, net kai jis „išjungtas“, turi būdingų elektrinių savybių. Tai neleidžia jam pasiekti beveik{5}}begalinio fizinio oro tarpo pasipriešinimo.

Šioje lentelėje aiškiai parodyta, kad SSR „išjungta“ būsena iš esmės yra didelio{0}}atsparumo būsena, o ne visiškas atjungimas. Tai yra pagrindas suprasti, iš kur atsiranda liekamoji įtampa.

Du kaltininkai

Išjungta{0}}įtampa, kurią matuojate, atsiranda dėl labai mažos srovės, einančios per SSR. Ši srovė gaunama iš dviejų skirtingų šaltinių pagal relės dizainą.

Abu prisideda, tačiau vienas paprastai yra daug svarbesnis už kitą, ypač kintamosios srovės programose.

1 priežastis: būdingas puslaidininkių nuotėkis

Visiems puslaidininkiniams įrenginiams būdinga išjungimo{0}}būsenos nuotėkio srovė. Tai apima diodus, tranzistorius, SCR ir TRIAC. Tai nedidelis kiekis srovės, kuri teka įrenginiu net tada, kai jis yra ne-laidaus arba „išjungto“ būsenoje.

Šis nuotėkis yra pagrindinė puslaidininkių fizikos savybė. Tai nurodyta komponento duomenų lape. Daugumos SSR šis būdingas nuotėkis yra labai mažas, dažnai mikroamperų (µA) diapazone. Nors tai prisideda prie bendro poveikio, jis retai būna pagrindinis aukštos liekamosios įtampos rodmenų šaltinis, sukeliantis painiavą.

2 priežastis: RC slopinimo grandinė

Pagrindinė daugelio kintamosios srovės SSR išjungtos{0} būsenos įtampos priežastis yra vidinė apsauginė grandinė, vadinama RC slopintuvu. Ši grandinė yra būtina relės išlikimui, tačiau ji turi reikšmingą šalutinį poveikį.

Snubber grandinę sudaro rezistorius (R) ir kondensatorius (C), sujungti nuosekliai. Šis R-C tinklas yra lygiagrečiai per SSR išvesties terminalus. Jo tikslas yra apsaugoti SSR išvesties puslaidininkį (TRIAC arba SCR) nuo pažeidimų. Ši žala atsiranda dėl greitų įtampos pokyčių, vadinamų dideliais dv/dt įvykiais. Šie įvykiai dažni perjungiant indukcines apkrovas, tokias kaip varikliai ar solenoidai.

Svarbiausia, kad ši apsauginė grandinė sukuria alternatyvų srovės kelią. Kondensatorius pagal savo pobūdį praleis nedidelį kiekį kintamosios srovės (AC), blokuodamas nuolatinę srovę (DC).

Net kai SSR pagrindinis perjungimo elementas yra išjungtas, RC slopintuvas vis tiek yra prijungtas per linijos ir apkrovos gnybtus. Kintamosios srovės grandinėje kondensatorius, esantis snubberyje, užtikrina nuolatinį kelią. Per SSR teka nedidelė kintamoji srovė. Ši srovė yra tai, ką mes vadiname SSR nuotėkio srove.

Ši nuotėkio srovė, tekanti iš slopinimo grandinės, praeina per jūsų apkrovą. Jei apkrova turi didelę varžą (arba jei matuojate naudodami didelės varžos multimetrą, kai nėra prijungta apkrova), ši maža srovė sukuria didelį įtampos kritimą. Tai yra kietojo kūno relės fantominė įtampa, kurią matuojate.

Phantom vs Real Voltage

Sąvoka „fantominė įtampa“ gali būti klaidinanti. Įtampos potencialas yra tikras. Tačiau dažnai jį palaiko tiek maža srovė, kad ji negali atlikti naudingo darbo. Įrankis, kurį naudojate matavimui, ir jūsų elektros apkrovos pobūdis nustato, ar ši įtampa yra problema, ar tik smalsumas.

Didelė prieš mažą varžą

Pagrindinė sąvoka čia yra varža. Didelės varžos{1}} grandinė puikiai prieštarauja srovės srautui. Mažos -impedanso grandinė suteikia lengvą kelią.

Šiuolaikinis skaitmeninis multimetras (DMM) yra didelės varžos{0}}prietaisas. Paprastai jo įvesties varža yra 10 megaomų (10 000 000 Ω) ar daugiau. Jis sukurtas taip, kad būtų išvengta didelės srovės iš matavimo grandinės. Taip užtikrinamas tikslus įtampos rodmuo.

Ir atvirkščiai, mažos -impedanso apkrovos, pvz., variklio apvijos ar kaitrinės lemputės, varža gali būti tik keli šimtai omų.

Kai maža nuotėkio srovė iš SSR slopintuvo susiduria su itin didele DMM varža, ji negali lengvai tekėti. Šis „slėgis“ susidaro, o skaitiklis rodo aukštą įtampą. Tačiau kai ta pati maža srovė susiduria su mažos -impedanso apkrova, ji lengvai teka per apkrovą į neutralią padėtį. Apkrovos įtampa nukrenta iki beveik nulio. Apkrova iš esmės "sugeria" arba šuntuoja nuotėkio srovę.

Kodėl jūsų DMM mato įtampą

Jūsų DMM yra puikus įrankis aptikti šį reiškinį. Kadangi jis beveik nenaudoja srovės, jis leidžia visam nuotėkio srovės sukurtam įtampos potencialui susikaupti per jo įvesties gnybtus.

Tai paaiškina, kodėl skaitikliu galite išmatuoti 85 VAC įtampą „išjungto“ SSR išėjime. Bet kai prijungiate nedidelę kontrolinę lemputę, lemputė neįsijungia ir išmatuota įtampa nukrenta beveik iki nulio. Maža lemputės varža suteikė kelią nuotėkio srovei. Tai neleido atsirasti įtampai.

Realios{0}}pasaulio pasekmės

Nors dažnai nekenksminga, šios liekamosios įtampos ignoravimas gali sukelti didelį pavojų saugai, netinkamą įrangos veikimą ir valandų valandas gaištam trikčių šalinimui.

Suprasti galimas pasekmes yra labai svarbu kiekvienam inžinieriui ar technikai, dirbančiam su kietosios būsenos{0}}valdikliais.

Kritinis saugos pavojus

Tai yra svarbiausias dalykas. Liekamosios įtampos buvimas sukuria pavojingą išjungtos grandinės iliuziją. Tai gali nugalėti Lockout/Tagout (LOTO) saugos procedūras.

Apsvarstykite galimybę kreiptis į techninės priežiūros specialistą, kuriam pavesta prižiūrėti SSR valdomą siurblio variklį. Po procedūros jie turi valdymo sistemą išjungti SSR. Kaip paskutinę saugos patikrą jie naudoja aukštos-kokybės DMM, kad patikrintų, ar variklio gnybtuose nėra energijos. Jie matuoja 90 VAC.

Tai sukuria pavojingą painiavos tašką. Technikas gali manyti, kad SSR sugedo ir vis dar veikia. Jie gali gaišti laiką ieškodami relės arba valdymo laidų trikčių.

Dar blogiau, mažiau patyręs technikas gali atmesti rodmenis kaip „tiesiog fantominę įtampą“ ir tęsti darbą. Nors pati nuotėkio srovė yra maža (paprastai 5–20 mA), ne srovė yra pagrindinis smūgio pavojus. Pavojus yra įtampos potencialas. Palietus gnybtus vis tiek galite patirti skausmingą ir stulbinantį elektros smūgį. Tai gali sukelti antrinius sužalojimus dėl kritimo ar refleksinių veiksmų.

Nepalankios veiklos problemos

Be saugos rizikos, nuotėkio srovė gali sukelti varginančių veikimo trikdžių. Tai ypač pasakytina apie modernią,{1}}mažos galios elektroniką.

Labai dažna problema yra blyškus LED indikatorių ar lempų švytėjimas arba mirgėjimas. Mažos nuotėkio srovės, nors ir nepakanka kaitinamajai lemputei maitinti, dažnai pakanka, kad iš dalies nukreiptų šviesos diodus. Dėl to jie silpnai šviečia net tada, kai turėtų būti išjungti.

Panašiai gali būti paveiktos jautrios loginės įvestys. Pavyzdžiai yra PLC ar kito valdiklio. Šios įvestys yra didelės-varža. Liekamoji įtampa dėl SSR nuotėkio gali būti pakankamai didelė, kad peržengtų loginį{4}}aukštą slenkstį. Dėl to valdiklis neteisingai užregistruoja „ON“ signalą iš jutiklio, kuris turėtų būti išjungtas.

Lyginamoji rizikos lentelė

Likutinės įtampos keliama rizika labai priklauso nuo prie SSR prijungtos apkrovos tipo.

Galutinis sprendimas

Likutinės įtampos problema{0}}gerai suprantama. Sprendimas yra paprastas, patikimas ir pagrįstas pagrindiniais elektros principais. Pataisymas apima vieno komponento įtraukimą į jūsų grandinę.

Šis sprendimas įgyvendina išjungimo rezistorių, skirtą SSR programoms. Kartais jis taip pat vadinamas tuščiosios apkrovos arba lygiagrečios apkrovos rezistoriumi.

Kas yra Bleeder rezistorius?

Išleidimo rezistorius yra lygiagrečiai su jūsų apkrova esantis rezistorius. Jo tikslas yra suteikti alternatyvų, mažos{1}}varžos kelią SSR nuotėkio srovei tekėti į neutralią.

Suteikdamas šį lengvą kelią, rezistorius „išleidžia“ nuotėkio srovę. Tai neleidžia susidaryti įtampai didelės varžos{1}}apkrovoje arba multimetro gnybtuose. Nuotėkio srovė dabar teka per išleidimo rezistorių, o ne padidina įtampą.

Tinkamo dydžio šio rezistoriaus varža bus pakankamai maža, kad būtų veiksmingai nukreipta nuotėkio srovė. Tačiau jis pakankamai aukštas, kad nenaudotų per daug energijos, kai įjungtas SSR.

Bleeder rezistoriaus apskaičiavimas

Tinkamo išleidimo rezistoriaus pasirinkimas nėra spėjimas. Skaičiavimas susideda iš dviejų-dalių. Turite nustatyti jo varžą (omais), kad išstumtumėte įtampą, ir jo galią (vatais), kad įsitikintumėte, jog jis neperkais ir nesuges.

Atidžiai atlikite šiuos veiksmus.

1 veiksmas: nustatykite sistemos įtampą (V) ir nuotėkio srovę (I_leakage).

Jūsų sistemos įtampa yra žinoma (pvz., 120 VAC, 240 VAC). Didžiausią SSR išjungimo{5} būsenos nuotėkio srovę rasite jo duomenų lape. Jei nėra, įprasta daugelio kintamosios srovės SSR vertė yra nuo 5 mA iki 20 mA. Šiam skaičiavimui naudosime konservatyvią 15 mA (0,015 A) vertę.

2 veiksmas: pasirinkite tikslinę likutinę įtampą (V_liekamoji).

Nuspręskite, kokio lygio išjungimo{0}}įtampa yra priimtina. Daugeliui skaitmeninių logikų ir siekiant išvengti smūgio pavojaus, mažesnė nei 10 V vertė yra saugus tikslas. Naudosime V_likęs=10V.

3 veiksmas: apskaičiuokite reikiamą varžą (R).

Naudokite Omo dėsnį. Atsparumas turi būti pakankamai mažas, kad įtampa nukristų iki tikslinio lygio, atsižvelgiant į nuotėkio srovę.

Formulė:R=V_likutis / I_nuotėkis

Pavyzdys:R=10V / 0,015 A=667Ω. Įprasta standartinė rezistoriaus vertė yra 680 Ω. Daugumoje programų didesnė vertė, pvz., 10 kΩ arba 15 kΩ, taip pat gerai veikia ir yra naudinga, nes išsklaido mažiau energijos. Iš naujo{9}}įvertinkime naudodami įprastą 15 kΩ (15 000 Ω) pasirinkimą. Liekamoji įtampa būtų V=I * R=0.015A * 15000Ω=225V. Tai per aukšta. Tai rodo, kad reikalingas mažesnis pasipriešinimas. Pabandykime 2,2kΩ (2200Ω). V=0.015A * 2200Ω=33V. Vis dar šiek tiek aukštai. Pradinis 680Ω skaičiavimas yra tinkamesnis.

4 veiksmas: apskaičiuokite galios išsklaidymą (P).

Tai labai svarbus saugumo žingsnis. Rezistorius išsklaidys energiją kaip šilumą, kai SSR įjungtas, nes jis yra tiesiogiai prijungtas per linijos įtampą. Turite apskaičiuoti šią galią, kad pasirinktumėte rezistorių, kuris neišdegs.

Formulė:P=V² / R (kur V yra visa sistemos įtampa)

Pavyzdys (naudojant mūsų apskaičiuotą 680Ω 120 VAC sistemoje):P=(120 V)² / 680 Ω=14400 / 680=21.2W. Tai labai didelis galios išsklaidymas ir tam reikėtų didelio, brangaus galios rezistoriaus. Tai rodo, kad mūsų pradines prielaidas reikia koreguoti.

Persvarstykime. Tikslas yra šuntuoti nuotėkio srovę. Įprasta pramonės praktika yra naudoti maždaug 15 kΩ rezistorių su nuosekliai sujungtu 0,1 μF kondensatoriumi. Tačiau paprastesnis sprendimas yra tik rezistorius. Aukščiau pateiktame skaičiavime kyla problemų dėl blogiausio{6}}atvejo nutekėjimo. Naudokime tipiškesnį 8mA (0,008A) nuotėkį ir pažiūrėkime, kaip veikia standartinis 15kΩ rezistorius.

V_liktinė=0.008A * 15000Ω=120V. Vis dar per aukštai.

Pradėkime skaičiavimą iš naujo turėdami aiškesnį tikslą. Mums reikia kelio, kurio varža yra žymiai mažesnė nei skaitiklio, bet nedega. Pasirinkime standartinę rezistoriaus reikšmę ir iš ten apskaičiuokime. Dažnas pasirinkimas yra nuo 2,5 kΩ iki 5 kΩ rezistorius.

Pasirinkime R=3kΩ (3 000 Ω).

Perskaičiuokite V_likutį (darant prielaidą, kad nuotėkis yra 15 mA):V=0.015A * 3000Ω=45V. Geriau, bet vis tiek gali būti per didelis kai kuriems PLC.

Perskaičiuokite galios išsklaidymą esant 120 VAC: P = (120V)² / 3000Ω = 14400 / 3000 = 4.8W.

5 veiksmas: pasirinkite rezistoriaus galios reitingą.

Norėdami užtikrinti saugumą ir ilgaamžiškumą, turite naudoti rezistorių, kurio galia yra žymiai didesnė už apskaičiuotą sklaidą. Bent 2x saugos koeficientas yra privalomas. 3x iki 5x yra geriau.

Pavyzdys:Mūsų 4,8 W skaičiavimui 5 W rezistoriaus nepakanka. 10 W rezistorius būtų minimalus (2 kartus). Tačiau 20 W arba 25 W važiuoklės{8}}montavimo rezistorius būtų daug saugesnis ir patikimesnis pasirinkimas, nes jis veiks vėsiau.

Montavimas ir sauga

Visada atjunkite ir užblokuokite visus maitinimo šaltinius prieš diegdami ar modifikuodami grandinę.

Sumontuokite oro išleidimo rezistorių ant metalinės važiuoklės arba vietoje, kurioje yra pakankamas oro srautas. Jis sukurtas taip, kad darbo metu įkaistų arba įkaistų. Niekada nedėkite jo į mažą, nevėdinamą plastikinę dėžutę.

Įsitikinkite, kad paties rezistoriaus vardinė įtampa (ne visiems tipams būdinga, bet kai kuriems svarbi) yra pakankama sistemos įtampai.

Naudokite tinkamo dydžio laidą ir visiškai izoliuotas jungtis. Užtikrinkite, kad pliki laidai nesiliestų su kitais komponentais ar personalu.

Išvada

Liekamoji įtampa, išmatuota „išjungtos“ kietojo kūno relės išėjime, nėra gedimo požymis. Tai nuspėjama ir normali charakteristika, pagrįsta SSR puslaidininkių konstrukcijoje. Tai sukelia įgimto nuotėkio ir, dar svarbiau, vidinės RC slopinimo grandinės derinys.

Nors ši fantominė įtampa yra žavinga elektrinė įtampa, negalima ignoruoti jos potencialo sukelti pavojų saugai atliekant techninę priežiūrą ir sukelti veikimo problemų naudojant jautrią elektroniką. Tai yra esminis puslaidininkinių ir mechaninių jungiklių skirtumas, kurį turi gerbti visi inžinieriai ir technikai.

Suprasdami, kad ši įtampa yra reali, bet srovė{0}}ribota, ir žinodami, kaip teisingai apskaičiuoti ir sumontuoti paprastą išjungimo rezistorių, galite įvaldyti šį elgesį. Dabar galite drąsiai kurti, šalinti ir prižiūrėti sistemas, kurios yra ne tik patikimesnės, bet, svarbiausia, iš esmės saugesnės visiems, su jomis dirbantiems.

Kaip sužinoti, ar jūsų automobilių relė yra tikra, ar netikra

Palygintų „Panasonic“ ir „Omron“ funkcijų automobilių relės demonstravimas

Kaip teisingai įdiegti relės lizdą: 2025 m. -po-žingsnis vadovas

Įprastų 2025 m. relių lizdų prekių ženklų palyginimas: kokybė ir našumas