W automatyce do zalaczania obiektow stosuje sie przekazniki, styczniki czyli kontaktory oraz wylaczniki automatyczne czyli Circuit Breaker oraz laczniki polprzewodnikowe.
Wzmocnienie mocy tradycyjnych przekaznikow nie jest duze. Popularny przekaznik przemyslowy typu R15 potrzebuje przy nominalnym stalym napieciu zasilania cewki 1.35 wata mocy wzbudzenia i dwa razy tyle VoltAmperow w wykonaniu do sterowania pradem zmiennym.
Przekaznik moze zalaczyc jednofazowy sinik asynchroniczny mocy 1/4 KW.
Trwalosc mechaniczna przekaznikow wynosi okolo 10E7 cykli lub wiecej ale elektryczna pod pelnym nominalnym obciazeniem tylko ca 10E5 cykli. Po przekroczeniu maksymalnego obciazenia trwalosc przekaznika bardzo szybko spada.
Produkowane od niedawna miniaturowe przekazniki maja podobna zdolnosc komutacyjna pradu i mocy a przy tym wymagaja nominalnie ca 500mW DC mocy wzbudzenia.
Wielka zaleta przekaznika jest izolacja miedzy obwodem cewki i stykow.
Czas zalaczania przekaznika zalezy od napiecia zasilania ale zakres napiec zasilania w praktyce nie moze dla dobrego dzialania przekraczac -85%...110% wartosci nominalnej. Przekaznik dla szybszego zalaczania mozna wiec tylko forsowac dynamicznie a i z tym nalezy wykazac umiar aby nie uzyskac efektu odbijania stykow.
Czesto do cewki przekaznika jest rownolegle dolaczona dioda ograniczajaca napiecie flyback do poziomu napiecia przewodzenia po wylaczeniu przekaznika. Dioda ta powoduje ze prad w cewce przekaznika zanika powoli i czas wylaczania przekaznika jest rzedu 10-20ms. Tam gdzie ten czas wylaczenia jest bardzo wazny i krytyczny mozna go skrocic nawet do ca 2ms ograniczajac napiecie na wylaczonej cewce na wysokim poziomie.
Do wzbudzenia przekaznikow stosuje sie tranzystory sterowane z mikrokomputera.
Kazdy tranzystor mocy ma podany wykres bezpiecznego obszaru pracy, Safe Operation Area czyli SOA. Statycznie tranzystor moze rozpraszac pelna moc, przy idealnym chlodzeniu, do pewnego napiecie kolektora. Im wyzsze jest to napiecie tym bardziej tranzystor jest odporny na drugie przebicie. Napiecie to wynosi okolo 30V a dla nowych tranzystorow o duzej odpornosci na drugie przebicie nawet 50V. Dla starych tranzystorow czesto bylo ono ponizej 10V. Powyzej tego napiecia dopuszczalna moc dosc szybko maleje az do katalogowego napiecia Uceo.
Maksymalne napiecie Uce tranzystora z zerowym lub dodatnim pradem bazy wynosi umownie Uceo ( faktycznie nie jest to liczba ale funkcja pradu kolektora ) a z ujemnym pradem bazy nigdy nie przekracza Ucbo.
Koncern Philips od 1980 roku dla nowo wprowadzonych tranzystorow ( takze Darlingtona ) podaje energie impulsu z indukcyjnosci jaka tranzystor moze bezpiecznie zaabsorbowac przy okreslonym pradzie kolektora i zerowym pradzie bazy czyli przy swoim faktycznym napieciu Uceo. Tranzystor zawsze ma margines (rzedu 20% i wiecej ) miedzy swoim faktycznym napieciem Uceo i katalogowym napieciem Uceo. Rozladowanie indukcyjnosci odbywa sie przy faktycznym napieciu Uceo dla danego tranzystora a nie przy wartosci katalogowej. Przy tym napieciu moc impulsu jest wieksza niz przy katalogowym Uceo ale impuls jest krotszy.
Philips podaje ze dla tranzystorow BDV65B o katalogowym Uceo = 100V "Turn off break - down energy with inductive load" wynosi conajmniej E(br) >100mJ.
Energia testowa pochodzi z cewki o indukcyjnosci 5mH "naladowanej" pradem 6.3A w ktorej zgromadzono wiec 100mJ energi. Przy katalogowym napieciu Uceo prad liniowo zaniknie po 0.315ms. Odpowiada temu z punktu widzenia odpornosci tranzystora circa impuls prostokatny 6.3A i czasie 0.110 ms. Trzeba wziac pod uwage ze rzeczywisty impuls jest krotszy bowiem napiecie Uceo realnego tranzystora wynosi ponad 120V i energia zaabsorbowana musi byc szybciej niz przy 100V.
Przy pradach kolektora rzedu 30-50% Icm energia wyrazona w mJ wynosi w przyblizeniu dla tranzystorow mocy tyle ile ich maksymalna moc strat w Watach.
Do sterowania przekaznikow stosuje sie malosygnalowe tranzystory serii BC. Dla nich nie sa podawane wykresy SOA. Jedynym wyjatkiem jest firma Motorola.
Wrocmy do wylaczania cewki przekaznika. Indukcyjnosc cewki wlaczonego przekaznika z zamknietym obwodem magnetycznym jest okolo dwukrotnie wieksza niz dla obwodu otwartego. Po wylaczeniu tranzystora sterujacego przekaznik czesc energi pola magnetycznego ( proces flyback ) zostanie przekazana na zewnatrz. Jak duza jest ta czesc energi. Przy zasilaniu 24V z przekaznikiem 24V i z dioda rownolegla z cewki przekaznika do przewodzacej diody o napieciu przewodzenia ca Ud=0.6V bardzo mala czesc, rzedu 3%. Jesli w szereg z dioda damy diode Zenera to wraz ze wzrostem jej napiecia poczatkowo wzrasta energia flyback a potem sie stabilizuje i dalej maleje. To ze poczatkowo energia flyback sie zwieksza wynika z tego ze mniej energi traci sie w rezystancji cewki. Ale potem daje znac o sobie efekt pradow wirowych w litym zelaznym rdzeniu przekaznika.
Typowo przy napieciu diody Zenera rowniej 2*Uz energia flyback jest najwieksza i wynosi około polowy energi zmagazynowanej w sredniej indukcyjnosci.przekaznika.
Wezmy przykladowy przekaznik na napiecie 24V o rezystancji cewki 1.42 KOhm z pradem ustalonym 16.9mA. Indukcyjnosc cewki z zamknietym obwodem magnetycznym wynosi 10.5H a z otwartym 5.3 Henra. Energia pola magnetycznego w "sredniej" cewce o indukcyjnosci 7.9H wynosi 1.13 mJ.
Sterujac przekaznik sygnalem o czestotliwosci 10Hz do prostownika szczytowego z duzym kondensatorem przekaznik ten oddaje w fazach flyback 5.35mW mocy przy napieciu 42V co daje energie flyback kazdego impulsu 0.535mJ.
Im wieksze jest napiecie diody Zenera tym krotszy jest impuls flyback i oczywiscie szybciej puszcza przekaznik.
Przekaznika, ktory ma czas zalaczania i puszczenia po 10ms nie mozna testowo taktowac sygnalem 50Hz jak mogloby sie wydawac. Trzeba wybrac taka maksymalna czestotliwosc aby nie nastepowal rezonans mechaniczny i odpowiednio przestrzennie w czasie testu ustawic przekaznik. Uzyteczne sa zarowno dzwieki emitowane przez przekaznik jak i obraz oscyloskopu.
Wracajac do przekaznika i sterujacego go tranzystora. Jesli nie damy elementow ograniczajacych napiecie fazy flyback to tranzystor ograniczy je swoim napieciem Uceo ! Ale zaabsorbuje on wieksza energie niz odda sam przekaznik bowiem w szereg z napieciem flyback wlaczone jest napiecie zasilania Uz. Niech przy Uz =24V tranzystor ma Uceo=48V. Zaobsorbuje on podwojna energie. Gdy tranzystor ma Uceo=72V to zaabsorbuje 1.5 energi flyback.
Gdy chcemy aby tranzystor absorbowal energie flyback to nie nalezy dawac rezystora Rbe bowiem podnosi on napiecie na tranzystorze w fazie flyback a im wieksze napiecie Uce tym mniejsza zdolnosc absorbcji energi ale tez z drugiej strony mniejsza sama energia. Gdy sterujemy tranzystor z ukladu mikrokomputerowego nie ma zadnej potrzeby stosowania rezystora Rbe.
Opisany miniaturowy przekaznik sterowano tranzystorami absorbujacymi energie flyback sygnalem ca 10Hz. Przekaznik nie toleruje wiekszej czestotliwosci i jego dzialanie jest zaklocone i wieksza akceleracja testu jest niemozliwa. Po dwoch tygodniach i 12 , 096000 przelaczeniach uzyte tranzystory BC237, 414, 547 sa calkowicie sprawne a ich parametry nie ulegly jakiejkolwiek zmianie. Tak samo tranzystor BC337 sterujacy przekaznik R15 ( czestotliwosc tylko 5Hz ) nie zmienil parametrow.
W zastosowaniach gdzie chcemy szybko wylaczyc przekaznik nie dajemy zadnych elementow zmniejszajacych przepiecie na cewce.
Szybkie wylaczanie przekaznika wydaje sie zmniejszac iskrzenie pod obciazeniem ale sprawa wymagalaby gruntownego badania.
Aby obserwowac zachowanie zestyku sterowanego przekaznika do jednego styku stalego podajemy GND a do drugiego przykladowo 10V a do styku ruchomego napiecie 5V poprzez opornik. Ten opornik to faktycznie dzielnik z dwoch identycznych opornikow gdzie podano GND i 10V. Gdy styk ruchomy dotyka jednego ze stykow stalych to oscyloskop pokazuje na styku ruchomym 0 lub 10V a gdy styk ruchomy nie dotyka zadnego styku to oscyloskop pokazuje 5V ! Prosciutki uklad testowy pozwala w szczegolnosci sprawdzic czy nie wystepuje drzenie stykow i wielokrotne przerywanie obwodu..
Przekaźnik bez diody wstecznej rzeczywiście momentalnie opuszcza. Zdumiewająco szybko ale nie każdy tranzystor wytrzymuje taką szpilkę energii.
OdpowiedzUsuńWitam.Obecnie to chyba każdy odpowiedni tranzystor to wytrzymuje.
Usuń