Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

В тази статия ще разгледаме такъв често срещан и вреден феномен като контактния отскок. Нека да се запознаем с основните причини за скачане. Ние изучаваме основните методи на хардуера и софтуера за елиминиране на това явление.

Какво представлява контактната атака?

При проектирането на всички електромеханични устройства, предназначени за вериги за отваряне на вериги, има една или повече контактни двойки. Те се използват за превключване на съответните електрически компоненти. Значителен недостатък на електромеханичните контакти са произволни неконтролирани многократни повторения на превключване, поради еластичността на елементите на контактната система. Това явление е получило името - отскачане на контактите, и борбата с нея се извършва почти от момента, в който се появиха първите елементи на автоматизираните системи.

Нека да разберем какви физически фактори причиняват зъби и защо има негативни последици.

Причини за възникване на

При взаимодействие на еластични тела се получава деформация. Силата на еластичността връща първоначалната форма на деформирания обект, в резултат на което получава определен импулс на движение. Илюстрация може да бъде метална топка, падаща върху стоманена плоча. Силата на еластичност я връща в позиция, близка до оригиналната, от която топката пада обратно върху плочата и процесът се повтаря. Осцилиращото движение настъпва със затихваща амплитуда.

Подобни вибрации възникват, когато плътните контакти влизат в контакт, като единствената разлика е, че вместо гравитацията, те се влияят от еластичността на пружина или плоча. Естествено, амплитудата на трептенията на подвижните контакти е много незначителна, но е достатъчно да се предизвика серия от процеси на отваряне на късо съединение. Резултатът от трептенията са импулси в процепа след натискане и непосредствено след освобождаването на бутона.

Разликата между идеалната и действителната форма на импулсите може да се види на фиг. 1.

Фигура 1. Сравнение на идеалната инерция с реалното

Както може да се види от фигурата, идеален е сигнал с единичен правоъгълен импулс. На практика всичко изглежда различно. Bounce променя формата на сигнала на сигнала. Искрянето прави някои корекции. Формата на импулсите на фигурата е силно украсена. В реалния живот формата на вълната изглежда по-очукана.

Честотата и броят на докосванията на контактите зависи от:

  • върху свойствата на компонентите на комутиращия възел;
  • ниво на напрежението на бобините на релетата;
  • от пролетната еластичност и някои други фактори.

Отскачането се наблюдава по време на отварянето на контактите. Обикновено при механично отваряне контактите се раздвижват по-малко.

Фигура 2 ясно показва формата на вълната на напрежението в резултат на превключване на електрически ток поради натискане на бутон.

Фигура 2. Форма на сигнала за превключване на ток

Осцилограмата показва серия от импулси, характеризиращи процеса на отскок.

Вреден ефект

За да разберете отрицателните ефекти от скача, вземете под внимание процесите, които възникват при превключване на слаби и мощни електрически вериги. Веднага след като разстоянието между контактите е достатъчно за запалване на електрическата дъга, между тях възниква разряд, който разрушава контактуващите повърхности. Искри, произтичащи от механичен контакт, обикновено имат малка разрушителна сила. Но електрическата дъга с висока мощност причинява повишено износване.

Ниската искри също води до контактно износване, въпреки че не е толкова разрушително, колкото когато се запали мощна дъга. В някои случаи такова износване може да бъде пренебрегнато. Например, при превключватели за осветление в домакинствата никой не се занимава с проблем с отскачане, тъй като той почти не влияе върху работата на осветителните устройства. Във всеки случай потребителите не забелязват последиците от това явление.

Въпреки това, повишеното износване на контактите не е единственият (а в много случаи дори и най-важният) проблем, с който се сблъскват електроинженерите. Честото превключване, причинено от ефекта на бърборенето, е враг номер едно за цифровите входове. Веригите на различни електронни устройства са много чувствителни към краткотрайно често превключване на токове.

Цифровата електроника ги възприема за променливи сигнали, състоящи се от нули и единици. Устройствата четат фалшиви кодове, причинени от скачане, когато натиснете бутон, което води до неизправности. Ето защо премахването на скача е най-важната задача, която много дизайнери и инженери трябва да решат.

Начини за премахване и потискане на скача

Без конструктивна промяна в контактната система е невъзможно да се елиминира или потиска болката. Пример за такива структурни промени могат да бъдат наблюдавани във възлите на превключвателите на копчето или в бутоните от типа P2K. В споменатите по-горе структури почти няма бърборене. Той няма механичен превключвател.

Метод на хардуера

За да се потиска бърборенето в системи с нискоскоростни електромеханични ключове, върху контактите се поставят живачни контакти, които се поставят в изолиращи колби. Течното състояние на живака частично гаси еластичните сили, които причиняват отскачане, и образува проводящи мостове, които не позволяват да се счупи електрическата верига, когато контактите се докоснат.

За да се намали нивото на превключване на износването в различни релета и прекъсвачи, те използват искрозащитни вериги:

  • шунтови RC вериги;
  • варистори, които предотвратяват рязко изменение на напрежението;
  • обратни диоди, които потискат самоиндукционните напрежения;
  • ценерови диоди;
  • комбинирани вериги (варистор + RC верига).

Тези вериги помагат за премахване на бърборенето чрез изравняване на характеристиките, подобни на тока. Те са свързани паралелно на товара или към релейните контакти. Има и схеми, в които искрозащитни вериги са свързани едновременно към товара и релето.

Диаграми на схемите са показани на фиг. 3.

Фигура 3. Схема на искрови мълнии

Всеки метод има своите предимства и недостатъци. В зависимост от това какъв резултат трябва да постигнете, прилагайте една или друга схема.

Контролът на устройства, чувствителни към скачане, се осъществява през нискочестотния филтър (например чрез RC-верига). При наличие на електрически капацитет, кондензаторът взема част от енергията в момента на докосване на контактите. След прекъсване на веригата поради скача, акумулираната енергия се връща. Така амплитудата на трептенията се изглажда.

Настройки на тригера

Друг начин за справяне с отскачането е използването на специални електронни схеми, включително rs-тригери.

Ролята на тригерите е да преобразуват входния аналогов сигнал в цифров и инверсионен (инверсионен) от логически нива. Инверсията е ясно обяснена с диаграмата на фигура 4.

Фиг. 4. Визуална схема на инверсия на сигнала

Устройството отчита само частите от сигналите, които надвишават определените прагови стойности, произвеждайки логически нули и единица на изхода. Всеки път сигналът нагоре или надолу превключва спусъка, когато преминава горната или долната прагова стойност. Казано по-просто, напрежението се компенсира от обърнатите импулси.

На фигура 5 е показана проста схема с тригер.

Фиг. 5. Визуална схема за свързване на rs-flip-flops

Пропуските между праговите стойности се наричат хистерезис. Формата на такива импулси се използва за намаляване на шума при превключване на логически сигнали. Сигналът от контакта навлиза във веригата със статична трансферна характеристика под формата на хистерезисна верига (тригер на Шмид). Едва след това сигналът от тригерните изходи се подава към входа на цифровото устройство за часовник.

Използвайте тръбни превключватели

По-горе беше споменато, че наличието на живак върху контактите потиска скача. Но е добре известно, че изпаренията на този течен метал са много отровни. Не е безопасно да се използват в отворени конструкции, например в бутони за часовник. Но контактите могат да се поставят в херметична колба, която позволява използването на живак. Такива структури се наричат тръстикови превключватели.

Контактите на герконовите превключватели се управляват от външно магнитно поле. За тази цел можете да използвате постоянни магнити или електромагнитна индукция. Устройствата могат да се използват в вериги с ниска мощност. Те имат дълъг експлоатационен живот, тъй като контактите не се износват.

Метод на програмата

Да се премахне бърборенето в различни компютри чрез софтуерна обработка на сигнали. В същото време се приема сигнал, който не е директно от контакта, а единична битова променлива, свързана с нея , формирана от специална програма:

  • от времезакъснението на сигнала за периода на вероятния контакт на скандала;
  • метод за многократно отчитане на състоянието на контактите в даден интервал от време. Програмата счита, че веригата е затворена, ако има период на стабилно затваряне на контакта в този период от време;
  • използвайки алгоритъма за броене, който отчита броя на съвпадащите стойности на сигналите, затворени за определен период от време (от 10 до 100 μs). Ако програмата види зададения брой съвпадения на затвореното състояние, ще изчисли контакта за стабилно затворен и ще пропусне сигнала.

Полученият от програмата сигнал е доста надежден и стабилен. Недостатъците на такава схема за потискане на бъркотията може да се дължат може би на малко забавяне на сигнала, което не надвишава 0.1 s. Този период от време е толкова малък, че може да бъде пренебрегнат в много случаи. Обикновено пръстът на човек се държи на ключа, докато бутонът се освободи повече от 0, 2 s.

Програмираните устройства получават контролни сигнали от бутоните и предават идеални импулси на потребителски устройства, работещи на цифрови схеми. В резултат на скачащия сигнал за скачане на програмата, само висококачествените импулси достигат до входовете на чипа. Това осигурява стабилна работа на цифровите устройства, издържа на фалшивото задействане на логически декодери, независимо от нивото и качеството на сигнала.

Програмируемо устройство за отскачане

заключение

Обобщавайки горното, стигаме до заключението: въпреки несъвършенството на съвременните комутатори, можем ефективно да потискаме контактните отскоци. В зависимост от задачите, които се решават, има достатъчно начини за премахване на скача. Най-простият от тях е хардуер, използващ нискочестотни филтри. Доказано е, че схемите за потискане на отпадането, използващи тригери, са много чести и практични.

За да се контролират високоточни цифрови устройства, е по-добре да се използва софтуерния метод. Тя е по-скъпа и сложна, но в някои случаи няма алтернатива.

Видео в развитието на темата

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория: