Qu'est-ce qu'un snubber et pourquoi en avez-vous besoin dans vos systèmes électriques?

Cet article se plonge sur le rôle important des snubbers dans les systèmes électriques, expliquant comment ils fonctionnent, l'impact des transitoires de tension, les différents conceptions et matériaux utilisés pour les snobbers et leurs applications dans diverses industries.Comprendre comment les snubbers fonctionnent et comment les utiliser, les ingénieurs et les techniciens peuvent mieux protéger leurs systèmes contre les effets nocifs des transitoires, garantissant que leurs configurations électriques durent plus longtemps et fonctionnent de manière fiable.

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Figure 1: circuit de snobber simple

Importance des snubbers dans les systèmes électriques

Les snubbers sont des circuits spéciaux en résistances, condensateurs et parfois diodes.Leur travail principal est de contrôler les changements soudains de tension et de courant, appelés transitoires.Ces transitoires peuvent se produire lorsque vous allumez ou désactivez les dispositifs électriques, ou en raison de perturbations externes telles que la foudre ou les modifications de charge.Sans snubbers, ces changements soudains peuvent endommager les composants, provoquer une interférence électromagnétique ou entraîner des défaillances du système.

Pics de tension d'approvisionnement

Les pics de tension sont des surtensions soudaines qui peuvent dépasser ce que les composants peuvent gérer, éventuellement provoquant des pannes d'isolation ou des arcs.Les snubbers, en particulier ceux avec des résistances et des condensateurs (Snubbers RC), absorbent et dissipent cette énergie supplémentaire, réduisant l'impact des pointes.

Figure 2: pointes de tension

Réduction des oscillations

Les événements de commutation peuvent créer des oscillations en raison des interactions entre les éléments inductifs et capacitifs.Les snubbers aident à calmer ces oscillations, ce qui rend le système plus stable et les formes d'onde plus lisses.

Amélioration des performances de commutation

Des appareils comme les thyristors, les transistors et les relais fonctionnent mieux avec les snubbers.Ces circuits raccourcissent les temps de commutation et réduisent l'usure, ce qui aide les appareils à durer plus longtemps.

Boosting Compatibilité électromagnétique (EMC)

En gérant des tensions et des oscillations transitoires, les snubbers réduisent les émissions électromagnétiques.Ceci est important pour répondre aux normes EMC, garantissant que les appareils fonctionnent correctement dans des environnements électriques bruyants.

Certains snubbers incluent des diodes pour se prémunir contre des situations de surintensité.Ces composants protègent les pièces électroniques sensibles des débits de courant élevé inattendus, en stimulant le système.

Figure 3: Snubber RC avec et sans

Comprendre les transitoires de tension

Les transitoires de tension, ou pointes de tension soudaine, sont des changements brèves mais intenses dans les circuits électriques.Ils se produisent rapidement, qui durent des microsecondes aux millisecondes, et peuvent passer à des milliers de volts, bien au-delà de la plage de tension normale.

Figure 4: pointes de tension et transitoires

Causes des transitoires de tension

Événements de commutation: le fonctionnement des machines lourds, la commutation des circuits électriques ou les modifications de charge soudaine peuvent les déclencher.La commutation rapide modifie brusquement l'écoulement de courant, provoquant des tensions transitoires dues aux éléments inductifs et capacitifs du circuit.

Loudning Strikes: Les coups de foudre directs ou à proximité introduisent des transitoires à haute énergie dans les systèmes d'alimentation par l'induction électromagnétique ou la conduction directe.

Décharge électrostatique: La libération soudaine de l'électricité statique génère des pointes de tension transitoires, en particulier dans les environnements électroniques sensibles.

Fauteurs de lignes électriques: des événements comme les clichés de ligne ou les défaillances d'isolation provoquent des changements brusques de tension, conduisant à des transitoires.

Effets des transitoires de tension

Sujet	Détails
Effets préjudiciables sur l'équipement	Répartition de l'isolation: Des tensions transitoires élevées peuvent dépasser la tension de panne de l'isolation, causant des dommages permanents.
	Échec du composant: Les dispositifs semi-conducteurs comme les transistors et les diodes sont particulièrement vulnérable.Les tensions transitoires peuvent dépasser leurs notes, provoquant immédiatement échec ou dégradation à long terme.
	Corruption des données: Dans les systèmes numériques, les tensions transitoires peuvent provoquer des problèmes et des erreurs, à la perte de données ou aux dysfonctionnements du système.
Besoin de mesures de protection	Protégeurs de surtension: Ces appareils bloquent ou court pour mettre à la terre toutes les tensions indésirables au-dessus d'un coffre-fort seuil.
	Transformers d'isolement: Fournir l'isolement galvanique de l'alimentation principale, limitant le passage des transitoires.
	Grouillage et liaison appropriés: Des systèmes de mise à la terre efficaces dissipent en toute sécurité des tensions transitoires vers la Terre.

Conséquences de l'ignorance des pointes de tension transitoire

Temps d'arrêt du système: les échecs fréquents d'équipement entraînent des pannes imprévues et des temps d'arrêt coûteux, perturbant les opérations et services commerciaux.

Augmentation des coûts de maintenance: le remplacement régulièrement des composants endommagés et l'augmentation des activités d'entretien peuvent augmenter les coûts opérationnels.

Rouges de sécurité: Il y a un risque plus élevé d'incendie et d'incidents de choc électrique, constituant de graves menaces de sécurité au personnel et aux biens.

Différentes conceptions de snibber et leurs matériaux

Figure 5: Snubbers hydrauliques

Snubbers hydrauliques

Les amortisseurs hydrauliques utilisent du liquide pour contrôler le mouvement.À l'intérieur, un piston se déplace dans un cylindre rempli de liquide hydraulique.Dans des conditions normales, le piston glisse en douceur, permettant de petits mouvements.Lorsqu'un choc frappe, les valves ralentissent le liquide, absorbant l'énergie.

Matériaux utilisés:

• Acier fort ou acier inoxydable pour une résistance à haute pression

• Nitrile ou polyuréthane durable, flexible à différentes températures

• Huiles à base de silicone, stables à différentes températures

Figure 6: Snubber mécanique

Snubbers mécaniques

Les amuse-gueules mécaniques utilisent des engrenages ou des ressorts pour résister aux mouvements rapides.Vous pouvez ajuster leur résistance, ce qui les rend formidables où les fluides hydrauliques ne conviennent pas.

Matériaux utilisés:

• Acier durci dur ou alliages pour la durabilité

• acier chrome-vanadium de haut grade, connu pour sa résistance et sa résilience

Snubbers viscoélastiques

Les amortisseurs viscoélastiques combinent des propriétés visqueuses et élastiques pour absorber les vibrations.Ils sont parfaits pour amortir les vibrations sur une large gamme de fréquences.

Matériaux utilisés:

• Les polymères viscoélastiques comme le polyuréthane ou le caoutchouc de silicone, qui absorbent et libèrent de l'énergie en déformant et en revenant à la forme

Snubbers de friction

Les amortisseurs de friction amortissent le mouvement à travers la friction entre les surfaces.Le niveau d'amortissement dépend d'un ressort ou d'un mécanisme en maintenant le contact de surface.

Matériaux utilisés:

• Fabriqué à partir de composites ou d'alliages métalliques pour le bon équilibre de frottement et de durabilité

• Acier à haute résistance pour une force cohérente sur de longues périodes

Snubbers pneumatiques

Les amortisseurs pneumatiques sont comme des nombres hydrauliques mais utilisent de l'air ou du gaz au lieu de liquide.Ils sont utilisés là où une opération propre est nécessaire, ou où les fuites de liquide hydraulique seraient un problème.

Matériaux utilisés:

• Fabriqué en aluminium ou composites légers pour réduire le poids

• Élastomères spécialisés conçus pour durer et gérer l'expansion et la contraction du gaz

Types de snubbers

Snubbers de diode

Les snubbers de diode sont comme les héros méconnus du monde de l'électronique, surtout en ce qui concerne les gadgets avec des moteurs, des transformateurs et des bobines de relais.Ces petits gars brillent vraiment dans les circuits de courant direct (DC), où il est super important de maintenir les choses en douceur sans pointes de tension embêtantes ni bruit électrique ennuyeux.Ils sont comme les gardes du corps pour votre électronique sensible, en s'assurant que rien ne se frit et que tout dure plus longtemps.Ceci est nécessaire en électronique de puissance avec des dispositifs de commutation comme les thyristors, les transistors et les triacs.

Les disques du moteur DC empêchent les moteurs de dégager un coup de pied désagréable lorsqu'ils sont désactivés, les alimentations arrêtent les dépassements ennuyeux et la sonnerie dans les transistors pour maintenir tout stable, et les circuits de l'onduleur gérent le hoquet lors de la commutation des événements dans des configurations d'énergie renouvelables comme les panneaux solaires et les éoliennes.

Figure 7: Snubber de diode

Comment fonctionnent les snubbers de diode

Imaginez que vous avez une inductance, un composant de votre circuit, qui a tendance à résister aux changements soudains du courant.Lorsque le courant circulant à travers une inductance est soudainement interrompu, l'inductance génère une pointe à haute tension.

Lorsque vous retournez un commutateur (qui pourrait être un transistor, un relais ou tout autre dispositif de commutation) qui contrôle le courant via l'inductance, l'inductance essaie de maintenir le flux de courant.Cela est dû à la propriété des inductances, qui résistent aux changements de courant.

Cette interruption soudaine du flux de courant provoque une pic de haute tension à travers l'inductance.Cette pointe peut être suffisamment élevée pour endommager les autres composants du circuit.Pour protéger le circuit de cette pointe haute tension, une diode est placée à travers l'inductance.Dans des conditions normales, cette diode est en biais inverse et ne conduit pas le courant.

Cependant, lorsque le pic haute tension se produit, la diode devient biaisée vers l'avant.Cela signifie que la tension à travers la diode est suffisante pour permettre au courant de le traverser.La diode fournit un chemin pour le courant généré par l'inductance à couler.Cela aide à dissiper progressivement l'énergie stockée dans l'inductance.

En conséquence, le pic haute tension est atténué, protégeant les composants du circuit des dommages potentiels.L'énergie stockée dans l'inductance est libérée en toute sécurité par la diode, permettant au système de se stabiliser.

Pour les avantages et les inconvénients des snubbers de diode

	Description
Pros	Protection des pointes: ils serrent la tension pointes, en protégeant vos semi-conducteurs.
	Contrôle du bruit: ils réduisent l'électromagnétique Interférence (EMI) et bruit des arrêts soudains.
	Facile et bon marché: conception simple, facile à faire, et respectueux du budget.
Inconvénients	Lent dans les situations rapides: ils sont un peu Laprès dans des circuits à grande vitesse, ce qui peut ralentir les choses.
	Accumulation de chaleur: ils deviennent chauds lorsque vous travaillez, donc Vous devez gérer la chaleur.
	Cradiage de tension fixe: ils ne servent qu'à un Réglez la tension, qui pourrait ne pas fonctionner pour toutes les situations.

Snubbers RC

Un snubber RC est composé d'une résistance (R) et d'un condensateur (C).Il est utilisé pour gérer des changements électriques soudains dans les circuits.Lorsqu'un interrupteur comme un relais, un transistor ou un thyristor s'ouvre ou se ferme, le snobber lisse la tension et les pointes de courant résultants.Le condensateur absorbe ces changements soudains et la résistance dissipe l'énergie absorbée sous forme de chaleur.Ce processus aide à protéger les composants sensibles et garantit que le circuit fonctionne plus facilement.

Figure 8: RC Snubber

Où sont utilisés des snubbers RC?

Les snubbers RC se trouvent dans les circuits AC et CC, des machines industrielles à l'électronique quotidienne.

Circuit Taper	Fonction	Description
Circuits AC	Réduire le bruit	Réduit les interférences électromagnétiques (EMI) et les interférences radiofréquences (RFI) causées par des dispositifs comme les moteurs et transformateurs.
	Améliorer la qualité de l'énergie	Minimise les pointes de tension, offrant mieux Qualité d'énergie à l'électronique sensible.
	Protection de l'interrupteur	Empêche le faux déclenchement des pointes de tension Lorsqu'il est utilisé avec des appareils comme les thyristors et les triacs.
Circuits DC	Protéger les convertisseurs de puissance	S'exploite les dispositifs semi-conducteurs en puissance convertisseurs des pics de tension endommageant.
	Stabiliser les circuits PWM	Réduit le dépassement de la tension et la sonnerie Les contrôleurs de modulation de largeur d'impulsion (PWM) et les lecteurs de moteur à courant continu, l'amélioration fiabilité et performance.

Pour les avantages et les inconvénients des Snubbers RC

	Description
Pros	Design simple: facile à ajouter à différents circuits.
	Cost-efficace: bon marché à faire, ce qui est génial pour la production de masse.
	Polyvalent: peut être utilisé à la fois dans AC et DC circuits et dans une gamme de niveaux de tension.
Inconvénients	Vitesse limitée: ils pourraient ne pas gérer très Des pointes rapides ou à haute tension, ce qui les rend moins adaptés à la grande vitesse applications.
	Dissipation de chaleur: la résistance libère L'énergie comme chaleur, qui peut être un problème dans les petits appareils.
	Besoin de réglage: pour fonctionner efficacement, le Les valeurs de résistance et de condensateur doivent être soigneusement sélectionnées pour chaque spécifique application, ce qui peut les rendre moins flexibles que les solutions plus adaptatives.

Snubbers à semi-conducteurs

Les amortisseurs à semi-conducteurs sont importants dans les circuits électroniques car ils protègent les pièces délicates des pointes et des surtensions soudaines.Ils gèrent l'énergie supplémentaire en l'absorbant ou en le redirigeant lors d'événements comme l'allumage d'un appareil sur ou désactivé, ou lors d'occurrences inattendues comme les coups de foudre ou les surtensions d'alimentation.

Vous trouverez généralement ces amortisseurs placés sur un interrupteur (comme un transistor ou un relais) ou des composants presque sensibles.Lorsqu'une pic de tension nocif se produit, le snobber entre en jeu, en envoyant l'excès de tension au sol, soit en le transformant en chaleur.Cela maintient la tension à un niveau sûr, protégeant les composants plus loin.

Figure 9: Snubber à l'état solide

Types de snubbers à semi-conducteurs

• Varistors

Varistors, ou «résistances variables de tension», modifiez la résistance avec la tension appliquée.Fabriquées à partir de matériaux à oxyde métallique, ils gardent des circuits contre les pics à haute tension.Lorsque la tension devient trop élevée, la résistance de la varistor baisse beaucoup, la laissant absorber et dissiper l'énergie supplémentaire sous forme de chaleur, ce qui protège le circuit.

• Diodes Zener

Les diodes Zener laissent le courant couler dans le sens inverse lorsque la tension va au-dessus d'un certain niveau, appelé la tension Zener.Contrairement aux diodes régulières, qui bloquent le courant inverse, les diodes Zener conduisent en sens inverse à une tension spécifique.Cela les rend excellents pour la régulation de la tension et la protection contre la surtension, lorsque le serrage de tension précis requis.

Comparaison des performances et de l'adéquation

Catégorie	Varistations	Zener Diodes
Performance	Idéal pour les endroits avec une grande tension fréquente pointes.	Offrez un serrage de tension précis.
	Gérer des surtensions de puissance plus importantes et absorber davantage énergie que les diodes Zener.	Parfait pour protéger l'électronique sensible.
	Répondre plus lentement que les diodes Zener.	Répondez plus vite que les varistations.
	Usurez-vous avec le temps pendant qu'ils absorbent l'énergie.	Ne dégradez pas beaucoup au fil du temps.
Aptitude dans différents systèmes	Meilleur pour les environnements à haute énergie comme le pouvoir grilles ou usines.	Meilleur pour les systèmes nécessitant rapidement et fiable Suppression des tensions transitoires.
	Exemples: alimentation industrielle, voiture Systèmes électriques, électronique grand public.	Exemples: équipement de communication, précision instruments.
	Efficace pour réduire les risques du grand, Des pics de tension imprévisibles.	Fonctionnent bien dans des environnements à faible énergie avec Pizes à petite tension.

Snubbers applications dans toutes les industries

• centrales nucléaires

Les snobbers RC (résistance-condensateur) sont bons dans les centrales nucléaires pour protéger l'équipement électrique de puissantes surtensions lors des interruptions de circuit, dans les disjoncteurs.Par exemple, à la station de production nucléaire de Palo Verde en Arizona, les snubbers protègent les systèmes électriques pendant les tremblements de terre et d'autres perturbations opérationnelles.Ils absorbent l'énergie de ces événements, en gardant le travail des composants électriques et en sécurité.

• lignes de transmission haute tension

Les snubbers RC sont également utiles dans les systèmes de transmission à haute tension pour se prémunir contre les dommages causés par la foudre et les surtensions de commutation.Un exemple est le Pacific Intertie, un système de transmission de courant direct (HVDC) à haute tension aux États-Unis ici, les snobbers défendent les convertisseurs et les transformateurs à partir de pointes soudaines de tension, renforçant la fiabilité et l'efficacité de la transmission de puissance à longue distance.

• Construction de ponts

Les amortisseurs mécaniques aident à contrôler les mouvements de la construction de ponts causés par la chaleur, le vent et les tremblements de terre.Le pont Akashi Kaikyo au Japon, le plus long pont suspendu du monde, utilise des snubbers hydrauliques pour gérer les énormes forces du vent et de l'activité sismique.Ces appareils aident à garder le pont stable et durable.

• Machines industrielles

Dans les industries lourdes, les amuse-gueules mécaniques sont bons pour les turbines et les grands ventilateurs industriels.Au barrage Hoover, les turbines sont équipées de snubbers pour réduire les vibrations et les chocs.Ceci est utilisé pour prolonger la durée de vie de la machine, réduire les coûts de maintenance et éviter les hoquets opérationnels.

• aérospatial

Dans l'aérospatiale, les amortisseurs absorbent des chocs et des vibrations pendant des moments comme le lancement et la rentrée.La navette spatiale, par exemple, a utilisé des snobbers pour protéger ses pièces internes et sa charge utile des dommages dans des conditions extrêmes.Ces appareils sont un must pour maintenir la structure et les opérations de la navette intacts sous un stress intense.

Comment utiliser un snubber?

Étape 1: Déterminez si vous avez besoin d'un snobber

Tout d'abord, déterminez si votre circuit nécessite un snobber.Les snubbers sont utiles dans les circuits avec des charges inductives comme les moteurs, les solénoïdes ou les transformateurs, ainsi que les dispositifs de commutation tels que les thyristors, les triaques ou les transistors qui produisent des pointes de tension lorsqu'ils sont éteintes.

Étape 2: Choisissez le bon type de snibber

Sélectionnez le snubber approprié pour votre circuit.Un Snubber RC (résistance-condensateur) est idéal pour réduire les oscillations et arrêter les pointes de tension.Pour protéger les diodes dans les redresseurs et gérer à la fois la tension et les pointes de courant, un Snubber RCD (résistance-condensateur-diode) est idéal.

Étape 3: sélectionnez les valeurs des composants appropriés

Choisissez les valeurs correctes pour les composants.La résistance (R) dissipe l'énergie et contrôle la synchronisation du circuit RC, alors sélectionnez-la en fonction des besoins de dissipation de puissance.Le condensateur (C) absorbe l'énergie de la pointe de tension, alors choisissez-le en fonction de la pointe de tension maximale et des caractéristiques de charge.Pour la diode (D dans des snubbers RCD), assurez-vous qu'il peut gérer les tensions inverses de pointe et le courant vers l'avant sans endommager.

Étape 4: Intégrez le snubber dans le circuit

Placez le snobber près de la source de pointe de tension, à travers les bornes de commutation ou de relais.Assurez-vous des connexions sécurisées et utilisez un câblage approprié pour éviter une résistance ou une inductance supplémentaire qui pourraient affecter les performances.

Étape 5: Testez le circuit

Après l'installation, testez le circuit dans des conditions normales.Vérifiez la réduction de l'étincelle aux contacts de commutation, des niveaux de bruit plus bas dans les lignes de signal et de puissance et des formes d'onde de tension et de courant stabilisées sur un oscilloscope.

Étape 6: Maintenance

Inspectez régulièrement les composants de snobber pour l'usure ou les dommages, tels que les condensateurs bombés ou les résistances décolorées.Si le snobber ne fonctionne pas correctement, vérifiez que les valeurs des composants sont calculées avec précision et installées, remplacez les pièces usées et assurez-vous que le snobber est correctement positionné dans le circuit.

L'utilisation d'un snubber peut protéger les composants sensibles, réduire les interférences électromagnétiques (EMI) et améliorer la stabilité et l'efficacité de vos systèmes électriques.Vérifiez toujours les fiches techniques du fabricant et considérez les détails de votre circuit lors de la conception et de l'utilisation d'un snubber.

Conclusion

L'intégration de Snubbers dans le système électrique aide à améliorer la fiabilité et la longévité.Les snubbers contrôlent les pointes de tension, réduisent les oscillations, améliorent les performances de commutation et améliorent la compatibilité électromagnétique, offrent une protection contre les transitoires de tension.Ces transitoires peuvent endommager l'équipement, provoquer des temps d'arrêt coûteux et poser des risques de sécurité.Divers snubbers, comme la diode, la RC, les varistations et les diodes Zener, ont chacune des avantages spécifiques.Leurs applications dans des industries telles que l'énergie nucléaire, la transmission à haute tension, les machines industrielles et l'aérospatiale soulignent leur importance.La sélection, l'intégration et la maintenance appropriés des snobbers sont bons pour les ingénieurs pour protéger les composants et assurer un fonctionnement en douceur du système.À mesure que la technologie progresse, Snubber reste dans la conception de systèmes électriques efficaces et sûrs.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Qu'est-ce qu'un circuit de snobber?

Un circuit de snobber est un composant électrique qui contrôle les transitoires de tension et de courant dans les circuits électroniques.Il le fait en absorbant des pointes soudaines en tension et en lissant les fluctuations du courant, protégeant ainsi des composants sensibles comme les semi-conducteurs et les commutateurs.Un circuit de snobber se compose d'une résistance et d'un condensateur connecté en série ou en parallèle, selon les besoins spécifiques du circuit qu'ils protègent.

2. Pourquoi un snobber est-il nécessaire?

Des snubbers sont nécessaires dans les circuits qui gèrent des tensions élevées ou des courants de commutation rapide, tels que ceux trouvés dans les convertisseurs de puissance, les lecteurs de moteur et les circuits de relais.Sans snubbers, ces transitoires peuvent provoquer de l'arc, des interférences électromagnétiques et même des dommages aux composants en raison d'une surchauffe ou d'une contrainte excessive.Snubbers sauvegarde la longévité et la stabilité des systèmes électriques.

3. Qu'est-ce qu'un outil Snubber?

Un outil de snubber n'est pas un terme largement reconnu en génie électrique.Si vous faites référence aux outils physiques, c'est probablement un malentendu.Cependant, "Snubber" pointe généralement vers le circuit de snobber lui-même ou les outils logiciels utilisés pour concevoir des circuits de snubber, qui calculent les valeurs optimales des résistances et des condensateurs pour atténuer efficacement les transitoires électriques.

4. Quelle est la fonction d'un snubber dans un compresseur?

Dans le contexte des compresseurs, en particulier ceux des systèmes de réfrigération et de CVC, un snobber peut être utilisé pour protéger les capteurs de pression des augmentations de pression soudaine et des pointes.Ces changements de pression peuvent se produire pendant les phases de démarrage ou d'arrêt du compresseur.En amortir ces pressions, le snobber aide à maintenir des lectures de capteurs précises et à prolonger la durée de vie du capteur.

5. Quelle est la capacité d'un snubber?

La capacité d'un circuit de snobber fait référence à sa capacité à gérer des tensions et des courants spécifiques.Cette capacité est déterminée par les spécifications de la résistance et du condensateur utilisées dans le circuit.La cote de puissance de la résistance et la cote de tension du condensateur sont importantes.Les condensateurs peuvent être sélectionnés en fonction de leur capacité à résister aux tensions transitoires, tandis que les résistances sont choisies pour leur capacité à dissiper l'énergie sans surchauffe.La capacité exacte varie en fonction des caractéristiques électriques de l'application et de la nature des transitoires qui doivent être gérés.

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