Mitt första möte med ljusbågar i induktiv last var när jag och Djurgårdskalle, fruktad fältsupportkille på Siemens under sextiotalet, skulle mäta magnetiseringslindningen på en likströmsmotor. För att göra det måste förstås motorn vara stoppad. Så det var den. Kalle bad mig skruva loss en av ledningarna till fältlindningen och det gjorde jag.

När jag lossade tampen från terminalen blev det en ljusbåge. Jag drog bort tampen så långt det gick, men ljusbågen stod kvar och fräste ilsket. Enda sättet att släcka den var att stoppa tillbaka tampen, den hade nu blivit så het att jag fick en brännskada på höger tumme och pekfinger.

Kalle såg nöjd ut, detta var exakt vad han ville lära mig. ”Gör så här” sa Kalle och drog bort tampen igen. Sedan slog han av ljusbågen med mössan och kollade att det inte var någon eld i den innan han satte den på huvudet.

En effektiv liten lektion som mycket väl illustrerade att likström i en induktans minsann inte låter sig brytas hur som helst. Växelström gav aldrig den sortens problem och jag levde en tid med uppfattningen att AC var mycket snällare än DC.

Men så kom de logiska funktionsenheterna, detta var på sextiotalet, Siemens första generation var Simatic G. Svarta germaniumtransistorbaserade block med högst ett par AND-kretsar, en FlipFlop eller ett relädrivsteg i varje block.

PLC programmerades på den tiden med lödkolv eller FastOn-kontakter och 0,75 mm2 kopplingstråd. Räknare och skiftregister byggdes ”bit by bit” och ett sådant som användes att följa plåtens läge i en normaliseringsugn upptog ett helt apparatskåp med 800 mm bredd och 2250 mm höjd. Idag är det en liten blygsam bit kod i en MCU. Moores lag började göra sig gällande redan innan Moore gått ut Kindergarten.

Nu började även AC visa sina osympatiska egenskaper. De här styrningarna bodde tillsammans med en massa 220 V kontaktorer med växelströmsspolar och de startade och stoppade växelströmsmotorer, drog och släppte magnetventiler och hade en massa hyss för sig som gjorde att de snabba brytningarna av växelströmmen gav upphov till högfrekventa men kortvariga gniststörningar som plockades upp av till exempel det där jättelånga skiftregistret så att plåtar tycktes ha nått utkastarzonen och skickades ut i kylan innan de var färdigbehandlade.

Ibland kände logiken att det var fullt med plåt i ugnen och då stoppade den. Utan hänsyn till att valsarna i 800 °C värme då snabbt blev bananer eftersom de hängde ner sig under egen och plåtens tyngd. Och temperaturen gjorde att färgen också var påfallande banangul. Det blev dyra stopp.

Rifa i Kalmar hade just tagit fram RC-kretsar med 150 Ω och 0,1 µF i serie. Vi testade och problemen försvann. Rifa gjorde bra affärer och vi var glada.

Vi testade också med likströmsljusbågar. De såg ju så mycket hemskare ut än växelströmsgnistorna. Det visade sig att de inte alls störde logiken. Orsaken var att energin i induktansen förbrukades i ljusbågen medan den inte togs om hand på samma sätt i växelströmsgnistan.

Sedan visade det sig att varistorer inte var lika effektiva på grund av att de inte börjar leda förrän tröskelspänningen, som för en 250 V varistor ligger mellan 400 och 450 V och därmed inte alls begränsade HF-skuren i de lägre spänningsnivåerna. Men en hel del energi absorberade de ändå och i många fall var det gott nog. Men någon egentlig störningsfrihet var det inte fråga om.

Bild 1 visar spänningen över spolen under hela brytförloppet. Intensitet och frekvens ökar efter hand som kontakterna i brytaren separerar. När avståndet blivit så stort och energin i spolen börjar ta slut så kommer en sista lågfrekvent insvängning, den som ibland oegentligt kallas kraftpulsen.

Bild 2 visar detalj av brytförloppet. Det framgår tydligt att den ganska ”rufsiga” spolspänningen egentligen består av en mängd urladdningar mellan kontakterna och att dessa urladdningar har ett ganska brett frekvensinnehåll. Det är de höga frekvenserna som kopplas in i känsliga system via kabelkapacitanser, gemensamma jordinduktanser och ibland som ren HF-strålning.

Bild 3 visar hur det ser ut med en RC-krets parallellt med spolen. Energin klingar ut och förintas i resistansen i motstånd och spole och ingen HF-energi kopplas vidare. Några oregelbundenheter i kurvan påminner om att vi har med ofullkomliga elektromekaniska kontakter med ”rå” brytning. En RC-krets aka ”snubber” är alltså ett enkelt och civiliserat sätt att bemästra problemen med störningar från spolar som bryts av elektromekaniska kontakter.

Nästa gång ska vi titta närmare på vilken nytta en varistor gör. Och hur snäll (eller stygg) en DC-spole kan vara.
Till dess – ha det bra i centrum eller periferi. Var den än ligger. Kommentarer läser jag gärna.

Gunnar Englund, GKE Elektronik AB

Filed under: SvenskTeknik