ساخت محافظ مدار بیش از حد و کمتر از ولتاژ: طراحی حسگر و سوئیچینگ

آنچه بین سوکت و دستگاه قرار می گیرد: سنجش، مرجع، مقایسه، تاخیر و سوئیچینگ، و اینکه چگونه این انتخاب ها تصمیم می گیرند که آیا محافظ در برابر بارهای واقعی جان سالم به در می برد یا خیر.

یک خط 230 ولت که در یک بعد از ظهر گرم به 170 ولت کاهش می یابد، کمپرسور را متوقف می کند و سیم پیچ آن را در عرض چند دقیقه بیش از حد گرم می کند. انتظار می رود محافظی که قبل از آن کولر گازی به برق وصل شده است، به سرعت قطع شود، قطع شود و تنها زمانی که خط ثابت شود دوباره وصل شود. این رفتار از یک تراشه ناشی نمی شود. این از مجموعه ای از مراحل می آید که باید با هم کار کنند، هر کدام تحمل خاص خود، هزینه خاص خود و حالت شکست خاص خود را دارند.

نتیجه اول: قابلیت اطمینان با چهار چیز تعیین می شود. مرجع سنجش با چه دقتی خط را اندازه گیری می کند، پنجره سفر چقدر پهن است و چقدر هیسترزیس دارد، تأخیر اتصال مجدد چقدر طول می کشد، و اندازه عنصر سوئیچینگ و مسیر بار اطراف آن چگونه است. فرمت محفظه و پلاگین دنبال می شود، زیرا آنها تصمیم می گیرند که واحد در کدام بازارها وارد شود.

دو محافظ می توانند مسکن یکسان، امتیاز یکسان روی برچسب و فاصله قیمت ده برابری را به اشتراک بگذارند. چیزی که آنها را از هم جدا می کند تقریباً هرگز پلاستیک نیست.

چهار مرحله در یک محافظ ولتاژ

محفظه یک محافظ مدرن ولتاژ بالا و پایین را بردارید و همان زنجیره عملکردی ظاهر می شود، خواه دستگاه به یک سوکت متصل شود یا روی ریل DIN نصب شود.

• سنجش و مرجع: شبکه برق را کاهش می دهد و یک مرجع DC پایدار تولید می کند که خط با آن اندازه گیری می شود.
• مقایسه: تصمیم می‌گیرد که آیا مقدار اندازه‌گیری شده در داخل یا خارج پنجره قابل قبول قرار می‌گیرد، با هیسترزیس برای متوقف کردن صحبت در لبه‌ها.
• تأخیر و منطق: خروجی را پس از یک خطا خاموش نگه می دارد و فقط پس از یک دوره سالم مداوم دوباره مسلح می شود.
• مسیر سوئیچینگ و بار: کنتاکت های رله یا کنتاکتور، مس PCB، پایانه ها و منبع داخلی کوچکی که الکترونیک را تغذیه می کند.

بیشتر خرابی‌های میدان به عدم تطابق بین مراحل بازمی‌گردد: یک مدار سنجش دقیق همراه با رله‌ای که برای بار بسیار کوچک است، یا یک رله با اندازه مناسب که با مرجعی جفت می‌شود که با گرم شدن برد حرکت می‌کند. خوانندگانی که می خواهند جنبه تشخیص به طور عمیق توضیح داده شود، می توانند با این شروع کنند راهنمای اصول و انواع محافظ ولتاژ ; بقیه این مقاله در مورد ساخت و ساز باقی می ماند.

سنجش، ارجاع و دقت از کجا می آید

دو تکنیک حسی غالب است. یک تقسیم کننده مقاومتی قبل از اصلاح و صاف کردن، 230 ولت را به چند ولت کاهش می دهد. جمع و جور و ارزان است، اما دقت آن از تحمل مقاومت پیروی می کند و با گرم شدن اجزای آن جابجا می شود. یک ترانسفورماتور کوچک یا یک مسیر اندازه گیری ایزوله هزینه فضای تخته و مس بیشتری دارد، با این حال دقت را بهتر حفظ می کند و در شرایط گذرا که یک تقسیم کننده ساده را اشباع می کند، دوام می آورد.

سپس سیگنال باید به چیزی تبدیل شود که مقایسه کننده بتواند قضاوت کند. تشخیص اوج به سرعت واکنش نشان می دهد اما شکل موج های تحریف شده را اشتباه می خواند. تبدیل RMS کندتر است اما اثر گرمایش واقعی منبع را دنبال می کند. در شبکه هایی که بار سنگین اینورتر یا موتور را حمل می کنند، این تفاوت بین خاموش شدن مزاحم و عملکرد پایدار تصمیم می گیرد.

تنظیمات پنجره معمولی

در یک منبع نامی 230 ولت، تنظیمات کارخانه معمولاً نزدیک به 175 ولت برای سفر کم ولتاژ و 250 ولت برای سفر بیش از حد ولتاژ، با اتصال مجدد با چند دقیقه تأخیر قرار می گیرند. مدل‌های قابل تنظیم، آستانه ولتاژ پایین را تقریباً 150-210 ولت و آستانه ولتاژ بیش از حد را بین 230-280 ولت انتقال می‌دهند. دقت در 2% مثبت یا منفی 2% انتظار معقولی از یک واحد درست ساخته شده است. خطای 5 درصدی در سمت کم ولتاژ به این معنی است که کمپرسور می تواند قبل از باز شدن رله گرسنه بماند.

مرحله تاخیر و آنچه از آن محافظت می کند

مرحله تاخیر همان چیزی است که یک سوئیچ را به محافظ تبدیل می کند. هنگامی که خط به مقدار سالم باز می گردد، کمپرسور به زمان نیاز دارد تا فشار مبرد را یکسان کند. اتصال مجدد خیلی زود موتور را مجدداً در برابر یک سیستم بارگذاری شده راه اندازی می کند، که عمر آن را سریعتر از خود رویداد ولتاژ کوتاه می کند.

تفاوت های ساخت و ساز در اینجا قابل مشاهده است. طرح های آنالوگ از یک شبکه RC استفاده می کنند که یک مقایسه کننده را تغذیه می کند، با تاخیر ثابت شده توسط یک خازن و یک مقاومت. طرح‌های دیجیتال یک میکروکنترلر کوچک را اجرا می‌کنند که به پروفایل‌های تاخیر خاص بازار اجازه می‌دهد و کالیبراسیون کارخانه را به جای مرحله لحیم کاری به یک مرحله نرم‌افزاری تبدیل می‌کند. هر دو قابل اجرا هستند. سؤالاتی که ارزش پرسیدن دارد این است که وقتی منبع به طور مکرر سوسو می‌زند، تأخیر چگونه رفتار می‌کند و آیا اتصال مجدد به یک دوره سالم مداوم نیاز دارد تا یک نمونه تمیز.

انتخاب عنصر سوئیچینگ

مرحله سوئیچینگ کل بار را حمل می کند و معمولاً اولین قسمتی است که زمانی که طرحی مشخص نشده باشد از کار می افتد.

• رله نصب PCB: فشرده و ارزان، مناسب برای بارهای مقاومتی 10-16 A. هنگامی که بارهای القایی یا با هجوم زیاد به طور مکرر سوئیچ می شوند، کنتاکت های جوشی شکست کلاسیک هستند.
• رله سنگین یا کنتاکتور کوچک: شکاف های تماس گسترده تر و نوک های آلیاژ نقره، مورد استفاده در طرح های 30 A و در واحدهای در نظر گرفته شده برای تهویه مطبوع.
• کلید تریاک یا حالت جامد: در سیکل های سوئیچینگ بی صدا و نامحدود است، اما گرمایی تولید می کند که باید دفع شود و به طور کلی هزینه هر آمپر بیشتر است.

رتبه بندی برچسب جریان ثابت را توصیف می کند. یک کمپرسور در هنگام راه اندازی چندین برابر این رقم را برای کسری از ثانیه می کشد، بنابراین رله انتخاب شده روی شکل برچسب به تنهایی دوام نخواهد آورد. یک محافظ ولتاژ 120 ولت 30 خودکار ساخته شده برای بازار آمریکای شمالی یک نقطه مرجع مفید برای مقایسه نحوه اندازه تماس تامین کنندگان برای همان رتبه اسمی است.

مسیر بار و بودجه حرارتی آن

بین رله و سوکت مسیر بار قرار دارد: آثار مسی، اتصالات لحیم کاری، پیچ های ترمینال و سیم کشی داخلی. کیفیت آن به صورت گرما و افت ولتاژ نشان داده می شود. در ولتاژ 230 ولت، ولتاژ 3300 وات تقریباً برابر با 14.3 A است، بنابراین طراحی 15 A به سختی 5 درصد از فضای سر را حمل می کند. این حاشیه تنها در صورتی باقی می ماند که عرض ردیابی، وزن مس و گشتاور انتهایی همگی در تولید کنترل شوند.

یک واحد قابل تنظیم 230 ولت، 15 آمپر، 3300 وات نمونه ای معرف از نحوه بسته بندی این بودجه حرارتی برای دستگاه هایی با کشش بالا مانند تهویه مطبوع یا آبگرمکن است.

هندلینگ سرج به طور جداگانه ساخته شده است. واریستورهای اکسید فلزی میخ های کوتاه را جذب می کنند و با بستن ولتاژ و رتبه انرژی انتخاب می شوند. آنها دستگاه را از ولتاژ بیش از حد پایدار جدا نمی کنند. محافظی که ادعای هر دو عملکرد را دارد باید شامل هر دو مجموعه باشد.

مسکن، رابط دوشاخه و ساخت و ساز منطقه ای

رابط مسکن و دوشاخه تصمیم می‌گیرد که یک محصول به صورت قانونی وارد کدام بازارها شود، و آنها ساختار الکتریکی را بیش از انتظار خریداران تغییر می‌دهند. شاخه های اروپایی شوکو دارای امتیاز 16 A هستند و یک گیره زمین در کناره خود دارند. شاخه های NEMA 5-15 آمریکای شمالی دارای رتبه 15 A با هندسه تیغه های متفاوت هستند. بنابراین، وسایل الکترونیکی یکسان در قالب‌بندی‌های مختلف، با فاصله پایانه‌ها و فواصل خزش متفاوت قرار می‌گیرند.

نسخه های چند خروجی محدودیت دیگری را اضافه می کنند. هر سوکت یک رله و یک مجموعه از کنتاکت ها را به اشتراک می گذارد، بنابراین به جای جریان در هر سوکت، اهمیت جریان را جمع آوری کنید. یک واحد حفاظتی ولتاژ ولتاژ 120 ولتی 15 خروجی خودکار این نکته را به وضوح نشان می دهد: محفظه سخاوتمندانه به نظر می رسد، اما عنصر سوئیچ هنوز باید همه چیزهایی را که به آن وصل شده است حمل کند.

انتخاب پلاستیک به ساخت و ساز نیز تعلق دارد. نمرات مقاوم در برابر شعله با درجه بندی UL94 V-0، ضخامت دیواره کافی در اطراف قطعات زنده، و سوکت‌های فرورفته یا کرکره‌ای که در آن قوانین محلی ایجاب می‌کنند، همگی بر هزینه و ایمنی بسیار بیشتر از پرداخت سطح تأثیر می‌گذارند.

تأیید: به جای نگاه کردن به چه چیزی باید اندازه گیری کرد

از آنجایی که بیشتر ساخت و سازها از بیرون نامرئی هستند، بازرسی ورودی باید بر اندازه گیری ها تکیه کند. بررسی‌های زیر، محموله‌های منطبق را از یک محموله مشکل‌ساز جدا می‌کنند، قابل اطمینان‌تر از هر بازرسی بصری.

تبدیل انتخاب های ساخت و ساز به مشخصات سفارش

برای واردکنندگان و صاحبان برند، همه چیز در بالا به یک برگه مشخصات تبدیل می شود. هرچه دقیق تر نوشته شود، فضای کمتری برای جایگزینی در طول تولید وجود دارد.

1. استاندارد ولتاژ، فرکانس و دوشاخه اسمی برای بازار مقصد.
2. پنجره سفر، محدوده تنظیم و هیسترزیس، به عنوان اعداد با تلورانس بیان شده است.
3. تأخیر اتصال مجدد، از جمله رفتار در هنگام سوسو زدن مکرر.
4. رتبه بندی جریان پیوسته، نوع بار و جریان راه اندازی دستگاه مورد نظر.
5. مدارک گواهی، که هم تسهیلات و هم دسته محصول را پوشش می دهد.
6. آثار هنری، بسته بندی، قالب گیری پلاگین و ویژگی های ایمنی خاص بازار را برچسب بزنید.

تولیدکننده‌ای که تخته‌ها و قالب‌های خود را طراحی می‌کند، می‌تواند هر شش مورد را بدون بازسازی پلت فرم از ابتدا تنظیم کند، این همان چیزی است که باعث می‌شود OEM و ODM عملی باشند تا تئوری. به عنوان مثال، Haowei Electric محافظ ولتاژ استاندارد اتحادیه اروپا و ایالات متحده را از یک تیم طراحی داخلی می‌سازد. کاتالوگ محافظ های ولتاژ همان پلت فرم عملکردی را نشان می دهد که در بازارهای 110 ولت، 120 ولت و 230 ولت و کلاس های فعلی 5 A تا 30 A کشیده شده است.

ساخت یک محافظ مدار ولتاژ بیش از حد و کمتر عجیب و غریب نیست، اما نابخشودنی است. حسگر تصمیم می‌گیرد که واحد چه چیزی متوجه شود، پنجره و هیسترزیس تصمیم می‌گیرند که چه زمانی عمل کند، تأخیر تصمیم می‌گیرد که آیا دستگاه پس از بازیابی جان سالم به در می‌برد یا خیر، و مرحله تعویض همراه با مسیر بار تصمیم می‌گیرد که آیا خود محافظ همچنان در فصل آینده کار می‌کند یا خیر. وقتی یک نقل قول برای همان رتبه اسمی به طور غیرعادی ارزان به نظر می رسد، تفاوت تقریباً همیشه در یکی از آن چهار مکان است.