Djurgårdskalle och ljusbågen del 2
Förra gången bekantade Djurgårdskalle och jag oss med växelströmsspolar och snubbers, aka RC-kretsar. Varistorer, MOV eller VDR (Voltage dependent resistor) verkade också vara bra avstörare.
Men lika bra som riktiga snubbers var de inte. Det märkte vi tidigt.
En teoretiskt lagd kollega förklarade att det självklart måste vara så eftersom en snubber, med sin kapacitiva komponent, ju silade bort den snabba kick-backflanken och nästa dag kom han med en utredning där han visade att Laplacetransformen av en stegfunktion innehåller alla frekvenser från DC upp till radiofrekvenser, synligt ljus och hård hård röntgenstrålning. Alldeles övertygade om ljuset och röntgenstrålningen var vi kanske inte, men på den tiden var några hundra kHz illa nog. Så vi köpte resonemanget och tyckte att vi förstod allt väldigt bra.
Då fanns det inte särskilt snabba mätdon, en UV-skrivare var nog det snabbaste man kunde få med sig ut i fält. Och dom klarade som bäst några kHz. Så myten om Laplacetransformen och de superhöga frekvenserna levde kvar. Men idag finns det grejer som gör det lätt att se vad som faktiskt händer. Vi tittade på AC-spolar och gniststörningar i förra avsnittet. Hur ser det då ut när man sätter in en MOV?
Så här:
Tittar man i detalj på störskuren så ser den precis lika tråkig ut som på en oavstörd spole:
Där ser man! I femtio år har jag levt i tron att det är den supersnabba kickbackpulsen med sitt enorma frekvensspektum som stör. Det är det ju inte alls – det är i stort sett lika illa med en MOV som inget alls! Kanske att störskuren är lite lägre i amplitud och lite kortare, men långt ifrån eliminerad. Man lär så länge man lever och konstigt nog så visar det sig alltid att det är verkligheten som gäller. Eller ”Reality always has the last say!”
Likströmsspolar då? Där måste ju MOV vara perfekt? Eftersom vi har allt riggat så testar vi. Först en 24 V kontaktorspole utan snubber:
Lika illa som en 220 V spole utan snubber. Här har alltså inte den tidigare ljusbågen hunnit utbildas på grund av att energin i en kontaktorspole inte är hög nog att starta en riktig ljusbåge. Vi har fortfarande en skur med störningar. Lite mera i detalj ser vi att karaktären är väldigt lik när man bryter AC utan snubber:
Om Djurgårdskalle hade levat så hade han sagt nåt i stil med ”ussare kvanting – in me kontaktorer och släng ut nymodigheterna”. Men, med kontaktorologik, som faktiskt användes för mycket komplexa styrningar på den tiden, kokarna på Värö är ett exempel – kontaktordatorer kallades de – så hade apparatskåpen blivit ännu fler och då hade elrummet blivit dubbelt så långt. Minst.
Samma snubber (0,1 µF och 150 Ω) som vi använde på AC-spolen ger fullt tillfredsställande resultat även på en DC-spole:
Här finns inte tillstymmelse av höga frekvenser. Den inledande negativa svängen är den induktiva kickbacken, samma som utnyttjades i äldre tändsystem för bilar och mopeder och förklarar varför kondensatorn över spetsarna faktiskt har stor betydelse – utan den hade det mesta av energin förbrukats i gnistskuren. Därefter kommer en snyggt dämpad svängning där R i RC står för dämpningen. Det som kan förbrylla är att frekvensen ökar på slutet. Det har sin förklaring i att det tar 10-15 ms innan magnetsystemet släpper så att luftgapet ökar. Ökat luftgap ger förstås mindre induktans och mindre induktans ger högre frekvens. Inget slår verkligheten.
Frihjulsdiod – det måste ju ändå vara det bästa? Så här rent och snyggt ser det ut med en diod parallellt med spolen:
Snyggt och rent, visst. Kan inte bli bättre. Men fördröjningen! Dioden fördröjer kontaktorn upp till cirka 50 ms, se markörerna. Och det kanske inte är så lyckat när det är brått att reversera en motor. En direkt omkoppling i manöverkretsen ger ofelbar kortslutning av trefasen. Verkligen inte vad man vill ha. Men det finns förstås motmedel även mot detta.
Mer om det nästa gång. Då ska vi också titta på inkopplingsströmmar. De är inte heller alldeles utan problem.
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
Det fanns en EMC-testmetod som faktiskt ingick i någon standard – ”The chattering relay”. Man kopplade NC/COM-kontakterna i serie med reläspolen och skickade sedan på spänning varpå man förutom ett himla surrande fick ett brett störspektrum. En gammal klassisk ringklocka (DC) är inte att förakta som störkälla heller.
Den där metoden beskriver Sten Benda i sin bok ”Störningsfri elektronik” från 1990. Han beklagar att den inte uppskattades av IEC. Jag har använt en motsvarande teknik där jag använder två elvapoliga reläer i ”ringklockskoppling”. Orsaken till att jag har två reläer är att det behövs en extra fördröjning så att ljusbågen inte blir ”het” – då försvinner mycket av HF-komponenterna.
Provar alltid med ”störsprutan” och har hittat många problem.
Piezoelektriska braständare är också mycket bra störsändare. Det är inte många tangentbord eller skärmar som klarar dem. Tips: töm dem på gas innan du testar. Det blir fula brännmärken annars…
Det var en trevlig artikel Gunnar. Tack för den.
Borde man inte kunna sätta ett motstånd i serie med dioden i ditt sista exempel och få en acceptabel fördröjning? Har motståndet samma resistans som spolen så borde fördröjningen halveras. Visst får man ett större spänningssteg och därmed mer störningar, men man kan ju inte få allt på en gång.
Tack! Det är risk att det kommer mer från periferin.
Jo, ett motstånd i serie med frihjulsdioden är ett effektivt sätt att minska falltiden. En zenerdiod kan också användas och ger en mera konstant energiförbrukning under avmagnetiseringen. Det finns också metoder där den gamla trotjänaren ULN 2803 med släktingar låter dioder mata tillbaka energin till V+
Som sagt – det är risk att även detta kommer att tas upp mera i detalj. Men nästa ”I periferin” kommer nog att handla om inkopplingsströmmar av olika slag. De kan också ställa till med problem. Både i transformatorer och trefasmotorer och på många andra ställen.