Manejando un contactor desde TTL

Tengo 7 contactores que necesitan ser controlados de forma remota (una instalación permanente). Estos se controlan con 240 V CA y, según las especificaciones , utilizan 9,2 VA de potencia cuando se encienden y 2,7 ​​VA de potencia cuando se activan, lo que, según tengo entendido, se traduce en 40/12 mA.

Para esto, estoy diseñando una PCB con ATmega como cerebro, pero no estoy seguro de cuál es la mejor manera de controlar esos contactores. Mi plan de respaldo es que ATmega controlará pequeños relés a través de transistores, y esos relés cambiarán 240 V CA que activarán los contactores. Sin embargo, prefiero hacerlo sin relés intermedios. Inicialmente pensé que encontraría un circuito basado en TRIAC y lo usaría como ejemplo para hacer mi placa. Mientras navegaba por la web encontré un SSR interesante de SHARP: PR39MF21NSZF . Según tengo entendido, podría controlarlo directamente desde el pin de 5 V de ATmega a través de una resistencia de 220 ohmios y conectar su salida en serie con un contactor y 240 V CA. Sin embargo, la especificación dice que:

  • este SSR podría no ser adecuado para ciertos tipos de cargas (debido a la función de cruce por cero).
  • podría necesitar un circuito amortiguador para proteger la salida para ciertos tipos de cargas.

Aquí hay un extracto que lo dice:

Se debe prestar especial atención cuando se utilizan SSR que incorporan circuitos de cruce por cero. Si la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente en los pines de salida es lo suficientemente grande, no se pueden usar SSR de tipo de cruce por cero. El resultado, si se utilizan SSR de cruce por cero en esta condición, es que el SSR puede no encenderse y apagarse independientemente de la corriente de entrada. En este caso, solo se debe usar un SSR de tipo cruce distinto de cero en combinación con el proceso de selección del circuito amortiguador mencionado anteriormente.

Cuando la corriente de entrada es inferior a 0,1 mA, el Triac de salida estará en el modo de circuito abierto. Sin embargo, si el voltaje a través del Triac aumenta más rápido que los dV/dt nominales, el Triac puede encenderse. Para evitar esta situación, incorpore un circuito amortiguador. Debido a los diferentes tipos de carga que se pueden manejar, simplemente podemos recomendar algunos valores de circuito para comenzar: Cs = 0,022 μF y Rs = 47 Ω. Se debe probar el funcionamiento del SSR y del circuito amortiguador y, si se produce una conmutación involuntaria, ajuste los valores de los componentes del circuito amortiguador según corresponda.

Al realizar la transición del estado de encendido al apagado, se debe usar un circuito amortiguador para garantizar que las caídas repentinas de corriente no vayan acompañadas de grandes cambios instantáneos de voltaje en el Triac. Este rápido cambio de voltaje se produce por la diferencia de fase entre la corriente y el voltaje. Principalmente, esto se experimenta en la conducción de cargas que son inductivas, como motores y solenoides. Seguir el procedimiento descrito anteriormente debería proporcionar resultados suficientes.

Para la protección contra sobretensiones, se puede utilizar un varistor.

Cualquier amortiguador o varistor utilizado para los escenarios mencionados anteriormente debe ubicarse lo más cerca posible del triac de salida principal.

Mi problema es que no entiendo qué tipo de carga es un contactor (por ejemplo, cuánto es inductivo, si da sobretensiones o contragolpes como un relé de CC, etc.) Dado que la carga será solo esa contactores, se pueden accionar con tales SSR? ¿Realmente necesito un circuito amortiguador? He leído que los amortiguadores tienen corriente de fuga y eso no me hace feliz. Tal vez valga la pena mencionar que solo usaré el 1-2% de su capacidad de manejo actual. Los contactores estarán en estado cerrado (ON) durante largos períodos (y en total más tiempo que en estado abierto).

Soy consciente de que se requiere un diodo cuando se manejan relés de CC para manejar la corriente de retroceso, pero cuando se trata de CA, estoy atascado. No pude encontrar ninguna información valiosa en la web sobre el control de contactores accionados por CA.

Entonces, para resumir, mis preguntas son:

  1. ¿Cuál es la forma óptima de impulsar un contactor de TTL, dado que las prioridades son la simplicidad (recuento de componentes), el bajo costo y (preferiblemente) una solución de estado sólido?
  2. Si el SSR dado es una buena opción (y debería impulsar el contactor), ¿necesito un amortiguador para proteger su salida en este escenario concreto?

AVISO: mi conocimiento en electrónica es muy básico, casi no tengo experiencia en el diseño de circuitos (aunque he hecho muchos de ellos a partir de ejemplos), pero tengo experiencia trabajando con la red eléctrica y me doy cuenta de todos los riesgos asociados y tomo todas las medidas necesarias. precauciones.

ACTUALIZAR:

Después de algunos consejos y comentarios útiles, esta es mi decisión. Elegí usar PR36MF51NSZF SSR para controlar mis contactores y colocar amortiguadores [100nF/600V + 4.7k/3W] en la carga. Recibí todos los componentes, los conecté a una placa de prueba y los dejé allí alternando el contactor a 3 Hz durante varios minutos. Todo está bien. Luego lo dejé encendido constantemente durante ~ 10 minutos. La temperatura de SSR se mantuvo estable a 26 grados C. Así que supongo que es seguro poner todo en una instalación permanente. He diseñado este PCB y ordenaré hacerlo la próxima semana:

esquemas de la placa SSR Tablero SSR

¿El SSR está cambiando el vivo o neutral aquí?

Respuestas (2)

Mi problema es que no entiendo qué tipo de carga es un contactor (por ejemplo, cuánto es inductivo, si genera sobretensiones o contragolpes como un relé de CC, etc.)

El voltaje de la bobina tiene una clasificación de 230/240 V y consume 2,7 VA cuando se activa (ignorando la irrupción). Por lo tanto, la corriente de mantenimiento es de unos 11,7 mA RMS. Es principalmente inductivo y esto está "indicado" por el requisito de VA de irrupción: este es el núcleo magnético que se satura y causa estos 9.2 VA. Los 9.2 VA durarán menos de 100 milisegundos (en mi opinión) y probablemente ni siquiera verías esto si activaras la bobina justo en el pico de un voltaje positivo o negativo en la CA. ¡Sí, la irrupción de la bobina es peor en el cruce por cero!

La inductancia del solenoide se puede calcular a partir de la corriente de mantenimiento de ~12 mA. Esto implica una impedancia de CA de 230/0,012 = 19,17 kohmios y, a 50 Hz, sugiere una inductancia de 62 henrios (es necesario que sea un solenoide potente).

Dado que "casi no tiene experiencia en el diseño de circuitos", usaría un relé de control para activar el contactor y colocaría un amortiguador en la bobina del contactor. El amortiguador evitará arcos grandes cuando el relé de control se abra.

La energía de la bobina del contactor es de 12 mA (al cuadrado) x 62/2 = ~5 mJ y un condensador amortiguador de CA de 220 nF y 250 V restringiría la fuerza contraelectromotriz de la bobina a aproximadamente un retroceso de 200 voltios. Probablemente te salgas con la tuya con 100nF. Se debe incluir una resistencia en serie y 100 ohmios será aproximadamente el estadio de béisbol correcto (sin embargo, calcule los requisitos de potencia).

Por lo tanto, 100 nF restringirá el retroceso a un pico de aproximadamente 316 voltios. Los 100 ohmios realmente están ahí para restringir la corriente del amortiguador cuando el contacto del relé activa la bobina del contactor.

¡Gracias Andy! Cómo lo entiendo: el interruptor se abre, la bobina intenta mantener la corriente y, por lo tanto, mantiene el voltaje aumentando hasta que atraviesa el aire. La tapa a lo largo de la bobina crea un camino más fácil para esta corriente y protege el interruptor. No estoy seguro de para qué sirve la resistencia: ¿reduce la velocidad a la que la tapa absorbe el retroceso o reduce la velocidad de descarga cuando el interruptor se cierra nuevamente? ¿Fluye la corriente a través del amortiguador cuando el interruptor está cerrado? Así que todavía no tengo idea de cómo calcular la clasificación de voltaje máximo de la tapa y la clasificación de potencia de las resistencias. ¡Cualquier sugerencia sería muy apreciada!
La corriente fluye a través del amortiguador cuando el interruptor está cerrado y ese es un "problema" reconocido. La resistencia limita principalmente la entrada de los condensadores Y ayuda a disipar la energía cuando se abre el interruptor: toda esa energía del inductor se derrama entre la tapa y el inductor y la resistencia simplemente la quema cada "chapoteo". La energía de la bobina es L I 2 2 y esto se transfiere a la tapa y la energía de la tapa es C V 2 2 - ¡Reorganice la fórmula para calcular el voltaje de la tapa máxima!
Hice mis cálculos y obtuve 6.25V. ¿Significa que si toda la energía de la bobina se transfiriera a la tapa, solo se cargaría a 6,25 V? ¿O es 220V+6.25V (porque ya está cargado)? ¿No le afecta la resistencia? ¿Y cuánta corriente puede fluir desde el inductor energizado? ¿Puede la corriente inducida ser mayor que la corriente original que energizó la bobina? Estoy leyendo sobre inductores todo el día, pero no puedo encontrar la explicación correcta para mí. Entiendo lo que sucede y por qué, pero cuando se trata de fórmulas complejas, siento que necesito encontrar un profesional local con quien hablar.
En verdad, debe analizar la corriente máxima en el inductor y esto ocurre cuando el voltaje de CA aplicado al inductor se interrumpe en el cruce por cero de la CA. Esta corriente máxima será de unos 16,6 mA. Pero también está el flujo de corriente en la tapa al mismo tiempo y esto también estará en un pico (pero opuesto a la corriente del inductor) y, cuando se me pide que examine las cosas en detalle, como usted, normalmente usaría un simulador PERO está en el trabajo!!! Tal vez considere descargar LTSpice. Es gratis: también puede ver qué efecto tiene la resistencia en serie cuando la modifica.
Gracias por el consejo, descargué LTSpice (no había oído hablar de él antes) y lo probaré mañana. Probablemente podré elegir los valores correctos de los componentes con prueba y error, pero aún no me sentiré feliz por no entender el "por qué" detrás de ellos y no poder justificarlos con fórmulas que entiendo. De todos modos, encontré un SSR alternativo al de la publicación principal: PR36MF51NSZF . No tiene la función de cruce por cero, por lo que debería funcionar con un contactor, ¿solo requiere el amortiguador correcto? Parece más práctico que los relés piloto...
Entonces, Spice es increíble. Descubrí que el amortiguador de 100 ohmios/220 nF tiene un voltaje inducido que es menor que el original y que la disipación de potencia de las resistencias en el pico (mientras el interruptor está cerrado) es de 3,7 W. Una combinación de 4,7 kOhms/100 nF también mantiene el voltaje inducido más bajo que el original y la disipación de potencia máxima en la resistencia es aún menor: 1,8 W. Entonces, ¿una tapa de película de polipropileno de 100nF/400V + una resistencia compuesta de carbono de 4k7/2W debería ser una apuesta segura?
¡Sí, la especia es increíble y lo hiciste bien con la curva de aprendizaje! Por lo que parece, tienes algunas buenas opciones. Recuerde que si las bobinas tienen un voltaje máximo de más de 300 voltios y el peor de los casos, la fuerza contraelectromotriz solo ocurre cuando el voltaje se abre en el cruce por cero, es posible que pueda usar una resistencia en la bobina: 17 mA * 10 kohm da un pico de 170 voltios. por lo que probablemente podría usar 20kohm y aún tener una fuerza contraelectromotriz no mayor que el pico de 230V
Gracias Andy. Solo la resistencia (hasta 20kOhms) sin límite mantiene el voltaje de sobretensión bajo el voltaje original cuando el interruptor se abre en cero, pero la corriente de fuga es mayor y la disipación de energía en el pico es de 5.3W, así que supongo que mantendré el límite allí. ¿Qué pasa con el SSR que mencioné un par de comentarios arriba? ¿Hay alguna razón para que no lo use en lugar de los relés piloto? Por cierto, buenas melodías en su sitio :)
@Rokas ¡Saludos por las melodías, amigo! Los SSR no son mi área; por lo que sé, estaría buscando tal vez una sombra de más de 600 V, pero podría salirse con la suya: ¡los contactos de relé son más indulgentes! Supongo que estaría bien porque está en serie con la bobina/amortiguador.
Hasta ahora, la SSR parece estar haciendo el trabajo. He actualizado la publicación principal al final. ¡Gracias por toda la ayuda!

Sí, un contactor es básicamente un solenoide y, por lo tanto, es una carga muy inductiva.

Por lo tanto, debe seguir todas las precauciones descritas en la hoja de datos, lo que probablemente incluya no usar un SSR de cruce por cero en primer lugar.

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