Cet article décrit le phénomène d'interférence causé par l'utilisation de relais pour contrôler les charges de puissance dans les circuits électroniques, analyse le mécanisme d'interférence et propose des solutions. L'étude a montré que les interférences proviennent du couplage spatial et que la source d'interférence est l'étincelle générée par les contacts du relais lors de l'ouverture et de la fermeture. L'utilisation d'une isolation par couplage optique peut permettre au relais de fonctionner de manière stable et d'éviter les dysfonctionnements. L'exactitude des résultats de la recherche a été prouvée dans des applications pratiques.
1 Introduction
Dans les systèmes de contrôle automatique actuels, les ordinateurs doivent souvent contrôler des charges de grande puissance. Dans de nombreux cas, les relais sont largement utilisés parce qu'ils nécessitent une faible puissance de commande, une faible tension et qu'ils sont faciles à interfacer avec les ordinateurs. Par exemple : un relais commande la fermeture d'un contacteur, contrôlant ainsi le fonctionnement d'équipements tels que des moteurs à courant alternatif. Le circuit d'application du relais est illustré à la figure 1.
La charge de la figure 1 est la bobine du relais intermédiaire qui contrôle la charge inductive. Lorsque le microcontrôleur commande la conduction du transistor, la bobine du relais est alimentée et le contact normalement ouvert est fermé, de sorte que la bobine du relais intermédiaire est alimentée et que le moteur à courant alternatif fonctionne.
Afin de résoudre le problème de stabilité du système de contrôle, le présent document étudie les variations de la tension d'alimentation du circuit électronique pendant le fonctionnement du relais et trouve la cause du problème compte tenu des dysfonctionnements qui se produisent souvent dans le fonctionnement du circuit illustré à la figure 1.
2 Recherche sur les phénomènes d'interférence dans les applications de relais
D'après l'analyse du circuit, l'interférence provient du couplage spatial et la source de l'interférence devrait être l'étincelle générée par le contact du relais lors de la connexion et de la déconnexion de la bobine du relais intermédiaire. La bobine du relais intermédiaire étant une charge inductive, lorsque le circuit est déconnecté, l'énergie stockée dans l'inducteur rendra difficile la déconnexion du circuit. Les changements violents de l'étincelle générée émettront des ondes électromagnétiques dans l'espace, ce qui peut modifier le niveau du port d'E/S du microcontrôleur, provoquant des changements anormaux dans le niveau de sortie du microcontrôleur. C'est pourquoi un circuit d'absorption résistance-capacité est connecté en parallèle au contact normalement ouvert du relais sur la carte de circuit imprimé afin de réduire l'énergie de l'étincelle entre les contacts et de réduire la probabilité de dysfonctionnement. Mais comme le microcontrôleur fonctionne toujours mal, il doit y avoir une autre raison après analyse. Il est probable que le niveau d'alimentation du microcontrôleur ait changé. Par conséquent, la forme d'onde de la tension d'alimentation aux deux moments où le contact normalement ouvert du relais est ouvert et fermé est étudiée.
Les figures 2 (a), (b) et (c) montrent respectivement les formes d'onde de la tension d'alimentation au moment où le contact normalement ouvert du relais est activé. On peut constater que la tension d'alimentation présente parfois des pointes de saut. Toutefois, l'amplitude, la polarité, le nombre et la présence des pointes sont aléatoires, ce qui correspond à l'irrégularité des dysfonctionnements du système.
Les figures 3 (a), (b) et (c) montrent respectivement la forme d'onde de la tension d'alimentation au moment où le contact normalement ouvert du relais est rompu. On peut constater que la tension d'alimentation présente également des pointes de battement. L'amplitude, la polarité et le nombre des pointes sont aléatoires et apparaissent à chaque fois. À en juger par le processus réel de défaillance du système, il y a moins de dysfonctionnements pendant la connexion et beaucoup plus de dysfonctionnements pendant la déconnexion. Même après le dysfonctionnement, le système de contrôle ne démarre plus. L'inspection a révélé que la surface du microcontrôleur 8255 proche de la puce interne était brûlée. Combiné à l'augmentation observée de la tension d'alimentation, il semblerait que la haute tension ait brûlé la puce. Après avoir analysé la structure du relais, on pense que la raison de la haute tension est que les contacts normalement ouverts et la bobine de commande du relais sont enfermés dans un petit espace. Lorsque des étincelles apparaissent sur les contacts, le champ électromagnétique changeant induit une haute tension dans la bobine de commande du relais. Cette haute tension agit sur le système de tension d'alimentation du microcontrôleur, provoquant un pic de la tension d'alimentation du microcontrôleur. Les limites supérieure et inférieure de la fluctuation de tension dépassent la plage d'alimentation autorisée du microcontrôleur. À l'intérieur du microcontrôleur se trouvent divers circuits de porte intégrés à la microélectronique. Les fluctuations de tension provoquent un fonctionnement anormal du circuit de porte, ce qui se traduit par des résultats de sortie inattendus.
La raison pour laquelle l'étincelle du relais est faible lorsqu'il est activé est que les contacts commencent à générer des étincelles lorsqu'ils sont fermés, mais les contacts se ferment rapidement et les étincelles disparaissent ; lorsque les contacts du relais sont rompus, des étincelles sont générées juste après leur séparation, et la distance entre les contacts augmente. Lorsque les contacts du relais sont rompus, des étincelles sont générées juste après leur séparation, et la distance entre les contacts augmente.
3 Mesures anti-interférences du relais
Afin d'éviter tout dysfonctionnement dû à des interférences lorsque le relais fonctionne, la tension d'alimentation du microcontrôleur doit être isolée de la tension d'alimentation de la bobine du relais. Des mesures d'isolation photoélectrique sont utilisées pour isoler la tension d'alimentation du relais de la tension d'alimentation du microcontrôleur. Dans le circuit actuel, un optocoupleur TL P521 est utilisé. La fluctuation de la tension d'alimentation secondaire n'agit que sur le pôle de sortie de l'optocoupleur. La tension de résistance de l'optocoupleur est de 55 V, ce qui permet de répondre à la plage de variation des pointes de tension. Le circuit est illustré à la figure 4.
Après l'isolation de l'optocoupleur, le relais fonctionne de manière stable et ne présente plus de dysfonctionnements. Même si le contact normalement ouvert n'ajoute pas de boucle d'absorption résistance-capacité, les dysfonctionnements ne se produisent plus. Cela indique que les dysfonctionnements sont causés par les fluctuations de la tension d'alimentation, et les ondes électromagnétiques dans l'espace Rayonnement tant qu'il n'est pas dans la ligne de commande du relais des appareils à basse tension (2002 №4).
Si la tension induite excessivement élevée générée dans le circuit est superposée à l'alimentation du microcontrôleur, elle n'affectera pas le fonctionnement normal du microcontrôleur. La conclusion ci-dessus est tirée dans le cas d'un moteur à courant alternatif de 1 kW.
4. Suggestions pour la commande de moteurs à courant alternatif de forte puissance. Bien que l'isolation par optocoupleur résolve le problème de la stabilité de fonctionnement du microcontrôleur, les étincelles provenant des contacts normalement ouverts du relais affecteront sa durée de vie. De plus, lorsque les courants d'ouverture et de fermeture sont importants, l'énergie rayonnée augmente et de nouvelles anomalies imprévisibles peuvent apparaître. C'est pourquoi il est recommandé d'utiliser un optocoupleur triac pour une isolation électrique forte et faible, comme le montre la figure 5.
Dans la figure 5, lorsqu'il y a une entrée de courant du côté primaire de l'optocoupleur, le triac du côté secondaire de l'optocoupleur est activé, et lorsque la tension d'alimentation de la charge atteint une certaine valeur, la porte de l'optocoupleur à haute puissance est injectée par le côté secondaire de l'optocoupleur. déclenchement
Le triac haute puissance conduit le courant et la charge passe le courant. Comme il n'y a pas d'interrupteur mécanique, il n'y a pas d'étincelle et cela n'interfère pas avec le fonctionnement du système de contrôle par microcontrôleur. De cette manière, le problème d'interférence des étincelles générées par les contacts et le problème de durée de vie électrique lié à l'usure des contacts sont résolus simultanément. Il convient de noter que lorsque la tension de l'alimentation de charge est faible et que le courant de charge est faible, le courant du triac doit atteindre le courant de maintien avant de pouvoir être utilisé normalement.
5 Conclusion
Le dysfonctionnement lorsque le relais commande le moteur à courant alternatif est causé par l'onde électromagnétique de l'étincelle du contact du relais qui se couple de l'espace à la bobine de commande du relais, provoquant un potentiel induit, causant des fluctuations dans la tension d'alimentation du microcontrôleur, ce qui provoque des pics de tension. L'isolation de cette pointe de tension de l'alimentation du microcontrôleur peut éliminer le dysfonctionnement du relais : Contrôle IO à 16 canaux