スナッバーとは何ですか？なぜ電気システムに必要なのですか？

この記事では、電気システムにおけるスナッバーの重要な役割を説明し、それらがどのように機能するか、電圧過渡現象の影響、スナッバーに使用されるさまざまな設計と材料、およびさまざまな業界でのアプリケーションを説明します。スナッバーの仕組みとそれらの使用方法を理解することで、エンジニアと技術者は、トランジェントの有害な影響からシステムをよりよく保護し、電気セットアップが長持ちし、確実に機能します。

カタログ

図1：単純なスナバー回路

電気システムにおけるスナッバーの重要性

スナッバーは、抵抗器、コンデンサ、時にはダイオードで作られた特別な回路です。彼らの主な仕事は、トランジェントとして知られる電圧と電流の突然の変化を制御することです。これらの過渡現象は、電気デバイスをオンまたはオフにしたとき、または稲妻や負荷の変更などの外乱により発生する可能性があります。スナッバーがなければ、これらの突然の変化は、コンポーネントに損傷を与えたり、電磁干渉を引き起こしたり、システムの障害を引き起こす可能性があります。

タミング電圧スパイク

電圧スパイクは、成分が処理できるものを超える可能性のある突然の急増であり、おそらく断熱材の故障やアークを引き起こす可能性があります。スナッバー、特に抵抗器とコンデンサ（RCスナッバー）を備えたものは、この余分なエネルギーを吸収して消散させ、スパイクの影響を減らします。

図2：電圧スパイク

振動を減らす

スイッチングイベントは、誘導要素と容量性要素間の相互作用により、振動を作成できます。スナッバーはこれらの振動を落ち着かせ、システムをより安定させ、波形をよりスムーズにします。

スイッチングパフォーマンスの向上

スナッバーでは、サイリスタ、トランジスタ、リレーなどのデバイスがより良いパフォーマンスを発揮します。これらの回路は、スイッチング時間を短くし、摩耗と裂け目を減らします。これにより、デバイスが長持ちするのに役立ちます。

電磁互換性の向上（EMC）

過渡電圧と振動を管理することにより、スナッバーは電磁放出を削減します。これは、EMC標準を満たし、騒々しい電気環境でデバイスが適切に機能するようにするために重要です。

一部のスナッバーには、過電流を防ぐダイオードが含まれています。これらのコンポーネントは、敏感な電子部品を予期しない高電流フローから保護し、システムを安全で健全に保ちます。

図3：RC Snubberの有無にかかわらず

電圧過渡現象の理解

電圧トランジェント、または突然の電圧スパイクは、電気回路の短いが激しい変化です。それらはすぐに起こり、マイクロ秒からミリ秒まで続き、通常の電圧範囲をはるかに超える数千ボルトに急増する可能性があります。

図4：電圧スパイクとトランジェント

電圧トランジェントの原因

スイッチングイベント：重機の操作、電気回路の切り替え、または突然の負荷の変更により、これらを引き起こす可能性があります。迅速なスイッチングは、電流の流れを突然変化させ、回路の誘導および容量性要素のために一時的な電圧を引き起こします。

稲妻ストライキ：直接または近くの稲妻ストライキは、電磁誘導または直接伝導を通じて高エネルギーの過渡現象をパワーシステムに導入します。

静電放電：静的電気の突然の放出は、特に敏感な電子環境で一時的な電圧スパイクを生成します。

電源障害：ラインスナップや断熱材の故障などのイベントは、突然の電圧の変化を引き起こし、一時的なものにつながります。

電圧トランジェントの効果

トピック	詳細
機器への損害の影響	断熱材の内訳： 高い一時的な電圧は、断熱材の破壊電圧を超える可能性があります。 永久的な損傷を引き起こします。
	コンポーネントの障害： トランジスタやダイオードなどの半導体デバイスは特にあります 脆弱。一時的な電圧は評価を超えて即座に引き起こす可能性があります 失敗または長期的な劣化。
	データの破損： デジタルシステムでは、一時的な電圧がグリッチやエラーを引き起こす可能性があり、リーディング データの損失またはシステムの誤動作に。
保護対策の必要性	サージプロテクター： これらのデバイスは、金庫の上の不要な電圧を接地するためにブロックまたはショートします しきい値。
	分離トランス： 主電源からのガルバニック隔離を提供し、通路を制限する トランジェントの。
	適切な接地と結合： 効果的な接地システムは、過渡電圧を地球に安全に消散させます。

過渡電圧スパイクを無視する結果

システムのダウンタイム：頻繁な機器の故障は、計画外の停止と費用のかかるダウンタイムにつながり、事業運営とサービスを混乱させます。

メンテナンスコストの増加：損傷したコンポーネントを定期的に交換し、メンテナンスアクティビティを増やすと、運用コストが拡大する可能性があります。

安全上の危険：火災と電気ショックの事故のリスクが高く、人員と財産に深刻な安全性の脅威をもたらします。

さまざまなスナッバーのデザインとその素材

図5：油圧スナッバー

油圧スナッバー

油圧スナッバーは、液体を使用して動きを制御します。内部では、ピストンが油圧液で満たされたシリンダー内を移動します。通常の状態では、ピストンは滑らかに滑走し、小さな動きが可能になります。衝撃が打たれると、バルブは液体を遅くし、エネルギーを吸収します。

使用される材料：

•高圧強度のための強力な鋼またはステンレス鋼

•耐久性のあるニトリルまたはポリウレタン、さまざまな温度で柔軟性

•異なる温度にわたって安定したシリコンベースのオイル

図6：メカニカルスナバー

機械的なスナッバー

機械的なスナッバーは、ギアやスプリングを使用して、素早い動きに抵抗します。耐性を調整することができ、油圧液が適切でない場合に優れたものにすることができます。

使用される材料：

•耐久性のための丈夫な硬化鋼または合金

•その強さと回復力で知られる高品質のクロムバナジウムスチール

粘弾性スナッバー

粘弾性スナッバーは、粘性と弾性特性を組み合わせて振動を吸収します。これらは、広範囲の周波数にわたって振動を減衰させるのに最適です。

使用される材料：

•ポリウレタンやシリコンゴムなどの粘弾性ポリマー。変形して形状に戻ることでエネルギーを吸収および放出する

摩擦スナッバー

摩擦スナッバーは、表面間の摩擦を介して動きを湿らせます。減衰レベルは、表面接触を維持するスプリングまたはメカニズムに依存します。

使用される材料：

•摩擦と耐久性の適切なバランスのためのコンポジットまたは金属合金から作られた

•長期にわたる一貫した力のための高強度鋼

空気圧スナッバー

空気圧スナッバーは油圧のようなものですが、液体の代わりに空気またはガスを使用します。それらは、きれいな操作が必要な場合、または油圧液漏れが問題になる場合に使用されます。

使用される材料：

•重量を減らすためにアルミニウムまたは軽量の複合材料から作られた

•ガスの拡大と収縮を持続および処理するように設計された特殊なエラストマー

スナッバーの種類

ダイオードスナッバー

ダイオードスナッバーは、特にモーター、トランス、リレーコイルを備えたガジェットに関しては、エレクトロニクスの世界の名も良いヒーローのようなものです。これらの小さな男たちは、直流（DC）回路で本当に輝きます。ここでは、厄介な電圧スパイクや迷惑な電気ノイズなしで物事をスムーズに走らせることが非常に重要です。彼らはあなたの敏感な電子機器のボディーガードのようなものであり、何も揚げられず、すべてがより長く続くことを確認します。これは、サイリスタ、トランジスタ、トライアックなどのスイッチングデバイスを備えたパワーエレクトロニクスに必要です。

DCモータードライブは、電源を切ったときにモーターが厄介なキックを放出するのを防ぎ、電源は迷惑なオーバーシュートとトランジスタの切り替えを止め、すべてを安定させ、ソーラーパネルや風力タービンなどの再生可能エネルギーのセットアップでイベントを切り替える際にしゃっくりを管理します。

図7：ダイオードスナバー

ダイオードスナバーのしくみ

回路のコンポーネントであるインダクタがあると想像してください。これは、電流の突然の変化に抵抗する傾向があります。インダクタを通過する電流が突然中断されると、インダクタは高電圧スパイクを生成します。

インダクタを介して電流を制御するスイッチ（トランジスタ、リレー、またはその他のスイッチングデバイス）をひっくり返すと、インダクタは電流の流れを維持しようとします。これは、電流の変化に抵抗するインダクタの特性によるものです。

現在の流れのこの突然の中断は、インダクタ全体に高電圧スパイクを引き起こします。このスパイクは、回路内の他のコンポーネントを損傷するのに十分な高さになる可能性があります。この高電圧スパイクから回路を保護するために、インダクタ全体にダイオードが配置されます。通常の条件下では、このダイオードは逆バイアスであり、電流を伝導しません。

ただし、高電圧スパイクが発生すると、ダイオードは順方向にバイアスになります。これは、ダイオードを横切る電圧が電流を流れるのに十分であることを意味します。ダイオードは、インダクタによって生成された電流が流れるパスを提供します。これにより、インダクタに蓄積されたエネルギーが徐々に消散します。

その結果、高電圧スパイクが軽減され、潜在的な損傷から回路成分が保護されます。インダクタに保存されているエネルギーはダイオードから安全に放出され、システムが安定することができます。

ダイオードスナッバーの長所と短所

	説明
長所	スパイク保護：電圧を締めます スパイク、半導体を安全に保ちます。
	ノイズコントロール：電磁を削減します 干渉（EMI）と突然の停止からのノイズ。
	簡単で安価：シンプルなデザイン、簡単に作る、 予算にやさしい。
短所	速い状況では遅い：彼らは少しです 高速回路では遅くなり、物事が遅くなる可能性があります。
	熱の蓄積：彼らは働くときに熱くなるので、 熱を管理する必要があります。
	固定電圧クランプ：aにのみクランプします すべての状況では機能しない可能性がある電圧を設定します。

RCスナバー

RCスナバーは、抵抗器（R）とコンデンサ（C）で構成されています。回路の突然の電気的変化を管理するために使用されます。リレー、トランジスタ、またはサイリスタのようなスイッチが開閉すると、スナッバーは結果の電圧と電流スパイクを滑らかにします。コンデンサはこれらの突然の変化を吸収し、抵抗器は吸収されたエネルギーを熱として消散させます。このプロセスは、敏感なコンポーネントの保護に役立ち、回路がよりスムーズに実行されるようにします。

図8：RC Snubber

RCスナバーはどこで使用されますか？

RCスナバーは、工業用機械から日常の電子機器まで、ACおよびDC回路の両方にあります。

回路 タイプ	関数	説明
ACサーキット	ノイズの減少	電磁干渉を削減します （EMI）およびモーターのようなデバイスによって引き起こされる無線周波数干渉（RFI） とトランス。
	電力品質の向上	電圧スパイクを最小限に抑え、より良く提供します 電力品質から敏感な電子機器。
	スイッチ保護	電圧スパイクからの誤トリガーを防ぎます サイリスタやトライアックなどのデバイスで使用する場合。
DCサーキット	パワーコンバーターの保護	電源の半導体デバイスをシールドします ダメージ電圧スパイクからのコンバーター。
	PWM回路を安定化します	電圧オーバーシュートを減らして鳴ります パルス幅変調（PWM）コントローラーとDCモータードライブ、改善 信頼性とパフォーマンス。

RCスナバーの長所と短所

	説明
長所	シンプルなデザイン：別のものに簡単に追加できます 回路。
	費用対効果：作るのは安く、それは素晴らしいことです 大量生産用。
	汎用性：ACとDCの両方で使用できます 回路、およびさまざまな電圧レベル。
短所	限られた速度：彼らはあまり処理しないかもしれません 高速または高電圧スパイクがよく、高速に適しています アプリケーション。
	熱散逸：抵抗器が放出されます 熱としてのエネルギー。これは、小さなデバイスで問題になる可能性があります。
	チューニングの必要性：効果的に動作するには、 抵抗器とコンデンサの値は、特定のそれぞれに慎重に選択する必要があります アプリケーションは、より適応的なソリューションよりも柔軟性が低下する可能性があります。

ソリッドステートスナッバー

ソリッドステートスナッバーは、突然の電圧スパイクやサージから繊細な部品を保護するため、電子回路で重要です。彼らは、デバイスのオンまたはオフを切り替えるなどのイベント中、または雷ストライクやパワーサージなどの予期しない発生中に、それを吸収するか、それをリダイレクトすることにより、余分なエネルギーを管理します。

通常、これらのスナッバーは、スイッチ（トランジスタやリレーなど）またはほぼ敏感なコンポーネントに配置されます。有害な電圧スパイクが発生すると、スナッバーがキックインし、過剰な電圧を地面に送信するか、熱に変えます。これにより、電圧が安全なレベルに保たれ、ラインのさらに下のコンポーネントを保護します。

図9：ソリッドステートスナバー

ソリッドステートスナッバーの種類

•バリスト

バリスト、または「電圧変数抵抗器」は、印加電圧で抵抗を変化させます。金属酸化物材料で作られ、高電圧スパイクから回路を守ります。電圧が高くなりすぎると、バリスタの抵抗が大きく低下し、吸収して余分なエネルギーを熱として放散させ、回路を保護します。

•ツェナーダイオード

ツェナーダイオードは、電圧がZener電圧と呼ばれる特定のレベルを超えると、電流が逆方向に流れます。逆電流をブロックする通常のダイオードとは異なり、Zenerダイオードは特定の電圧で逆に動作します。これにより、正確な電圧クランプが必要な場合、電圧調節と過電圧保護に最適です。

パフォーマンスと適合性を比較します

カテゴリ	バリスト	ツェナー ダイオード
パフォーマンス	頻繁に大きな電圧がある場所に最適です スパイク。	正確な電圧クランプを提供します。
	より大きな電力サージを処理し、より多く吸収します ジナーダイオードよりもエネルギー。	敏感な電子機器の保護に最適です。
	Zenerダイオードよりも遅く応答します。	バリストよりも速く応答します。
	エネルギーを吸収するので、時間の経過とともに摩耗します。	時間の経過とともにあまり劣化しないでください。
さまざまなシステムの適合性	パワーなどの高エネルギー環境に最適です グリッドまたは工場。	迅速かつ信頼性を必要とするシステムに最適です 過渡電圧の抑制。
	例：産業電源、車 電気システム、家電。	例：通信機器、精度 楽器。
	大きなリスクを減らすのに効果的で、 予測不可能な電圧スパイク。	低エネルギー環境でうまく機能します 小さな電圧スパイク。

業界全体のアプリケーション

•原子力発電所

RC（抵抗器キャパシタ）スナッバーは、回路中断中の強力なサージから電気ギアを回路ブレーカーで保護するために原子力発電所で優れています。たとえば、アリゾナ州のパロヴェルデ原子力発電ステーションでは、地震やその他の運用上の混乱の間に電気システムを保護します。これらのイベントからエネルギーを吸収し、電気部品を安全にして安全に保ちます。

•高電圧伝送ライン

RCスナッバーは、高電圧伝送システムにも役立ち、稲妻やスイッチングサージによる損傷を防ぎます。例は、パシフィックインターティ、米国の高電圧直流（HVDC）伝送システムであることです。スナバーは、突然の電圧スパイクからコンバーターと変圧器を守り、長距離電力伝達の信頼性と効率を高めます。

•ブリッジ構造

機械的なスナッバーは、熱、風、地震によって引き起こされる橋の建設における動きを制御するのに役立ちます。世界最長の懸濁液橋である日本のカイキョー橋は、油圧スナッバーを使用して、風と地震活動からの巨大な力を処理します。これらのデバイスは、橋を安定して耐久性のあるものに保つのに役立ちます。

•産業機械

重工業では、機械的なスナッバーはタービンや大規模な産業ファンに適しています。フーバーダムでは、タービンにスナッバーが装備されており、振動やショックを削減します。これは、機械の寿命を延長し、メンテナンスコストを削減し、運用上のしゃっくりを回避するために使用されます。

•航空宇宙

航空宇宙では、打ち上げや再入国などの瞬間に、スナッバーはショックと振動を吸収します。たとえば、スペースシャトルは、スナッバーを使用して、内部部品を保護し、極端な条件中の損傷からペイロードしました。これらのデバイスは、シャトルの構造と操作を激しいストレスの下で無傷に保つために必須です。

スナバーの使用方法は？

ステップ1：スナバーが必要かどうかを判断します

まず、回路にスナバーが必要かどうかを把握します。スナッバーは、モーター、ソレノイド、トランスなどの誘導荷重を備えた回路に役立ちます。また、オフになったときに電圧スパイクを生成するサイリスタ、トライアック、トランジスタなどのスイッチングデバイスもあります。

ステップ2：適切なスナバータイプを選択します

回路に適したスナバーを選択します。RC Snubber（抵抗器キャパシタ）は、振動を減らし、電圧スパイクを停止するのに最適です。整流器のダイオードを保護し、電圧と電流の両方のスパイクの両方を管理するために、RCDスナバー（抵抗器キャパシタ様）が理想的です。

ステップ3：適切なコンポーネント値を選択します

コンポーネントの正しい値を選択します。抵抗（R）はエネルギーを消散させ、RC回路のタイミングを制御するため、電力散逸のニーズに基づいて選択します。コンデンサ（C）は電圧スパイクからエネルギーを吸収するため、最大電圧スパイクと負荷特性に基づいて選択します。ダイオード（RCDスナバーのD）の場合、ピーク逆電圧を処理し、損傷なしに転送することができることを確認します。

ステップ4：スナバーを回路に統合します

スナバーをスイッチ端子またはリレー端子を横切って、電圧スパイクソースの近くに置きます。安全な接続を確保し、適切な配線を使用して、パフォーマンスに影響を与える可能性のある追加の抵抗またはインダクタンスを避けます。

ステップ5：回路をテストします

インストール後、通常の条件下で回路をテストします。スイッチコンタクトでのスパークの減少、信号および送電線のノイズレベルの低下、およびオシロスコープの安定した電圧と電流波形を確認してください。

ステップ6：メンテナンス

膨らんだコンデンサや変色した抵抗器などの摩耗や損傷については、スナバーコンポーネントを定期的に検査します。スナバーが正しく機能していない場合は、コンポーネントの値が正確に計算され、取り付けられていることを確認し、摩耗した部品を交換し、スナッバーが回路に正しく配置されていることを確認してください。

スナバーを使用すると、敏感なコンポーネントを保護し、電磁干渉（EMI）を減らし、電気システムの安定性と効率を向上させることができます。メーカーのデータシートを常に確認し、スナバーを設計および使用するときは、回路の詳細を検討してください。

結論

Snubberを電気システムに組み込むことで、信頼性と寿命の改善に役立ちます。Snubbers制御電圧スパイク、振動の削減、スイッチング性能の向上、電磁互換性の向上、電圧の過渡現象に対する保護を提供します。これらの過渡現象は、機器に損傷を与え、コストのかかるダウンタイムを引き起こし、安全性のリスクを引き起こす可能性があります。ダイオード、RC、バリスタ、ツェナーダイオードなど、さまざまなスナッバーには、それぞれに特定の利点があります。原子力、高電圧感染、産業機械、航空宇宙などの産業での彼らの応用は、その重要性を強調しています。スナッバーの適切な選択、統合、およびメンテナンスは、エンジニアがコンポーネントを保護し、スムーズなシステム操作を確保するのに適しています。テクノロジーが進むにつれて、Snubberは効率的かつ安全な電気システムの設計に留まっています。

よくある質問[FAQ]

1.スナバー回路とは何ですか？

スナバー回路は、電子回路の電圧と電流の過渡現象を制御する電気成分です。これは、電圧の突然のスパイクを吸収し、電流の変動を滑らかにすることでこれを行い、したがって、半導体やスイッチなどの敏感な成分を保護します。スナバー回路は、保護している回路の特定のニーズに応じて、直列または並列で接続された抵抗器とコンデンサで構成されています。

2.なぜスナバーが必要なのですか？

スナッバーは、電力コンバーター、モータードライブ、リレー回路に見られるような高電圧または急速に切り替える電流を処理する回路で必要です。スナッバーがなければ、これらのトランジェントは、過熱または過度のストレスにより、アーク、電磁干渉、さらにはコンポーネントの損傷を引き起こす可能性があります。Snubbersは、電気システムの寿命と安定性を保護します。

3.スナバーツールとは何ですか？

Snubberツールは、電気工学で広く認識されている用語ではありません。物理的なツールを参照する場合、それはおそらく誤解です。ただし、「Snubber」は一般に、Snubber回路自体またはSnubber回路の設計に使用されるソフトウェアツールを指しています。これにより、抵抗器とコンデンサの最適な値を計算して、電気過渡現象を効果的に緩和します。

4.コンプレッサー内のスナバーの機能は何ですか？

コンプレッサー、特に冷凍およびHVACシステムのコンテキストでは、スナッバーを使用して、圧力センサーを突然の圧力サージやスパイクから保護できます。これらの圧力の変化は、コンプレッサーの起動またはシャットダウンフェーズ中に発生する可能性があります。これらの圧力を減衰させるスナバーは、正確なセンサーの測定値を維持し、センサーの寿命を延ばすのに役立ちます。

5.スナバーの容量は何ですか？

スナバー回路の容量とは、特定の電圧と電流を処理する能力を指します。この容量は、回路で使用される抵抗とコンデンサの仕様によって決定されます。抵抗器の電力定格とコンデンサの電圧定格が重要です。コンデンサは、過渡電圧に耐える能力に基づいて選択される場合がありますが、抵抗器は過熱せずにエネルギーを消散させる能力のために選択されます。正確な容量は、アプリケーションの電気的特性と管理する必要がある過渡現象の性質に基づいて異なります。

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