Помехоподавляющая RC-цепочка в реле: схема и расчет

Помехоподавляющая RC-цепочка (сетевой снаббер, сетевой демпфер, RC SNUBBER NETWORKS, RC element) — это пассивное устройство, используемое для подавления выбросов напряжения (Surge suppressors) и гашения импульсных перенапряжений в электрических цепях. В радиолюбительской практике и схемотехнике реле часто применяются для коммутации индуктивных нагрузок, что требует обязательного применения демпфирующих элементов. Подробнее о других компонентах аналоговой техники можно узнать из обзора на .

Принцип работы и назначение снаббера

Применение RC-цепочек сглаживает и ограничивает коммутационные перенапряжения на элементах схем релейного управления. Это снижает искрообразование на контактах управляющего реле и тем самым значительно увеличивает его коммутационный ресурс. Предотвращение или сведение к минимуму искрения в контактах реле снижает интенсивность электромагнитного излучения, генерируемого в моменты коммутации, что обеспечивает необходимую помехоустойчивость при работе чувствительных электронных схем.

Дугогасящая RC-цепочка работает в момент размыкания контактов, отключающих катушку. Она поглощает и подавляет энергию дуги, замыкает выброс напряжения на себя, позволяя паразитной энергии обойти управляющий контакт. Это критически важно для защиты полупроводниковых ключей или микроконтроллеров, если реле управляется через транзистор.

Конструкция и выбор компонентов

RC-цепочка состоит из соединенных последовательно конденсатора и резистора. Конденсатор должен поглощать энергию импульсов тока и напряжения и обеспечивать защиту от потенциалов, генерируемых индуктивностью в процессе отключения и дребезга контактов. Диэлектрик конденсатора, используемого в снабберной цепи, должен выдерживать величину перенапряжения (обычно требуется керамика или пленочный конденсатор).

Резистор должен быть безындуктивного типа (например, проволочный или металлооксидный) для обеспечения высокого быстродействия снаббера и проведения тока импульсной помехи. Искровые разряды и индуцированные шумы, возникающие при коммутации, должны эффективно поглощаться RC-цепочкой. Неправильный подбор параметров, например, использование обычного углеродного резистора, может привести к перегреву и выходу цепи из строя.

Схема подключения и практические примеры

При управлении электромагнитными устройствами, имеющими значительную индуктивность (например, соленоиды электромагнитных клапанов, катушки электромагнитных пускателей, реле и контакторы), рекомендуется применять помехоподавляющие RC-цепочки в соответствии со схемой, приведенной на рис.1.

Рис. 1. Включение помехоподавляющей RC-цепи в схему управления контакторами. а) схема без RC-цепочки; б) схема с подключенной RC-цепочкой

Подробные осциллограммы, снятые в схеме управления реального АВР, приведены ниже на рисунках. Сравнение показывает разницу в уровне помех.

На рис. 2 приведена осциллограмма напряжения 220 В на катушке управляющего реле в схеме без помехоподавляющей RC-цепи, в соответствии с рис. 1а. В схеме использован контактор ABB ESB 20-11. Выброс напряжения при отключении контактов управляющего реле составил +2200 В (1 дел. = 1000 В). Такой уровень напряжения может пробить изоляцию или вывести из строя полупроводниковые элементы.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения на катушке управляющего реле в схеме без помехоподавляющей RC-цепи.

На рис. 3 приведена осциллограмма напряжения 220 В на катушке управляющего реле в схеме с установленной помехоподавляющей RC-цепочкой, в соответствии с рис. 1б. В схеме использован контактор ABB ESB 20-11. Выброс напряжения при отключении контактов управляющего реле отсутствует (1 дел. = 1000 В). Это подтверждает эффективность применения снаббера.

Рис. 3. Осциллограмма напряжения на катушке управляющего реле в схеме с установленной помехоподавляющей RC-цепочкой.

Рис. 4. Способ подключения RC-цепи к контактору

Расчет параметров и типы компонентов

При выборе компонентов для снаббера важно учитывать не только емкость и сопротивление, но и их типы. Для высокочастотных помех, характерных при коммутации реле, часто используются конденсаторы серии Открытый корпус. Справочник радиолюбителя, 1981 (например, К73-17 или К78-2), обладающие низкими потерями и высокой надежностью.

Примечание. Применение помехоподавляющей RC-цепочки с указанными параметрами приводит к незначительному увеличению времени отключения контактора/магнитного пускателя. Эта задержка составляет от 0,05 до 0,015 с, в зависимости от типа контактора. В большинстве применений увеличением задержки можно пренебречь, однако в высокоскоротных системах автоматики это следует учитывать.

Неправильный подбор параметров помехоподавляющей RC-цепи на катушке приводит к замедлению работы контактора в определенных режимах работы и еще большему дребезгу его силовых контактов. Резистор должен рассеивать мощность, поэтому его номинал выбирается с запасом.