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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
2、管/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
3、路的开关操作,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
4、线圈自身的电容关闭。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
5、干扰信号。 这就使得在靠近干扰源(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
6、件 线圈电容的提高使振幅减少到控制电压的 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
7、F 的 RC 元件电路的接触器控制磁性线圈(230 V,50 Hz,10 VA )的开关过压 5 t ms0 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,
8、且功率大于 5.5 kW 时,整流 二极管可能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/
9、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
10、 CD-FE-III-003-V20-EN 7 接触器过压抑制 3.3 变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
11、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
12、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。 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
13、 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 - 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 Sir
14、ius 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
15、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, Schtzen, 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
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