Aşırı ve Düşük Gerilim Devre Koruyucunun Yapımı: Algılama ve Anahtarlama Tasarımı

Soket ile cihaz arasında ne bulunur: algılama, referans, karşılaştırma, gecikme ve anahtarlama ve bu seçimlerin bir koruyucunun gerçek yüklere dayanıp dayanmayacağına nasıl karar vereceği.

Sıcak bir öğleden sonra 170 V'a düşen 230 V'luk bir hat, kompresörü durduracak ve birkaç dakika içinde sargısının aşırı ısınmasına neden olacaktır. Klimanın önüne takılan koruyucunun hızlı bir şekilde bağlantısının kesilmesi, bağlantısının kesilmesi ve ancak hat düzeldiğinde yeniden bağlanması bekleniyor. Bu davranış tek bir çipten gelmiyor; her birinin kendi toleransı, kendi maliyeti ve kendi başarısızlık modu olan, birlikte çalışması gereken bir dizi aşamadan gelir.

İlk olarak sonuç: Güvenilirliğe dört şey karar verir. Algılama referansının hattı ne kadar doğru ölçtüğü, açma penceresinin ne kadar geniş olduğu ve ne kadar histerezis taşıdığı, yeniden bağlanma gecikmesinin ne kadar sürdüğü ve anahtarlama elemanının ve etrafındaki yük yolunun nasıl boyutlandırıldığı. Muhafaza ve fiş formatı bunu takip eder çünkü ünitenin hangi pazarlara girebileceğine karar verirler.

İki koruyucu aynı muhafazayı, etikette aynı derecelendirmeyi ve on kat fiyat farkını paylaşabilir. Onları ayıran şey neredeyse hiçbir zaman plastik değildir.

Gerilim Koruyucunun İçindeki Dört Aşama

Muhafazayı modern bir aşırı ve düşük voltaj koruyucusundan sıyırdığınızda, ünite ister tek bir sokete takılı olsun, ister bir DIN rayına monte edilsin, aynı işlevsel zincir ortaya çıkar.

• Algılama ve referans: şebekeyi küçültür ve hattın ölçüldüğü sabit bir DC referansı üretir.
• Karşılaştırma: Ölçülen değerin kabul edilebilir pencerenin içinde mi yoksa dışında mı olduğuna karar verir ve histerezis ile kenarlardaki çatırtıyı durdurur.
• Gecikme ve mantık: Bir arıza sonrasında çıkışı kapalı tutar ve yalnızca sürekli bir sağlıklı dönem sonrasında yeniden devreye girer.
• Anahtarlama ve yük yolu: röle veya kontaktör kontakları, PCB bakırı, terminaller ve elektroniği besleyen küçük dahili besleme.

Çoğu saha arızası, aşamalar arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanmaktadır: yük için çok küçük bir röleyle eşleştirilmiş doğru bir algılama devresi veya kart ısındıkça kayan bir referansla eşleştirilmiş iyi boyutlu bir röle. Tespit tarafının derinlemesine anlatılmasını isteyen okuyucular bununla başlayabilir gerilim koruyucu çalışma prensipleri ve türleri kılavuzu ; Bu makalenin geri kalanı inşaatla ilgili.

Algılama, Referans ve Doğruluğun Nereden Geldiği

İki algılama tekniği hakimdir. Dirençli bir bölücü, düzeltme ve yumuşatma işleminden önce 230 V'u birkaç volta düşürür. Kompakt ve ucuzdur, ancak doğruluğu direnç toleransını takip eder ve bileşenler ısındıkça kayar. Küçük bir transformatör veya yalıtılmış bir ölçüm yolu, daha fazla kart alanına ve bakıra mal olur, ancak doğruluğu daha iyi tutar ve basit bir bölücüyü doyuracak geçici olaylara karşı dayanıklıdır.

Daha sonra sinyalin karşılaştırıcının değerlendirebileceği bir şeye dönüştürülmesi gerekir. Tepe noktası tespiti hızlı tepki verir ancak bozuk dalga biçimlerini yanlış okur; RMS dönüşümü daha yavaştır ancak kaynağın gerçek ısıtma etkisini izler. Ağır invertör veya motor yükü taşıyan şebekelerde bu fark, hatalı açma ile kararlı çalışma arasında karar verir.

Tipik pencere ayarları

230 V nominal beslemede, fabrika ayarları genellikle düşük voltaj alarmı için 175 V'a ve aşırı voltaj alarmı için 250 V'a yakın bir değere ulaşır ve yeniden bağlantı dakikalarca gecikir. Ayarlanabilir modeller, düşük voltaj eşiğini kabaca 150–210 V ve aşırı voltaj eşiğini yaklaşık 230–280 V arasında hareket ettirir. Artı veya eksi %2 dahilindeki doğruluk, uygun şekilde oluşturulmuş bir üniteden makul bir beklentidir; Düşük voltaj tarafında %5'lik bir hata, röle açılmadan önce kompresörün zaten aç bırakılabileceği anlamına gelir.

Gecikme Aşaması ve Neyi Korur

Gecikme aşaması, anahtarı koruyucuya dönüştüren şeydir. Hat sağlıklı bir değere döndüğünde kompresörün soğutucu basıncını dengelemek için zamana ihtiyacı vardır. Çok erken yeniden bağlanmak, motoru yüklü bir sisteme karşı yeniden başlatır ve bu da ömrünü voltaj olayından daha hızlı kısaltır.

İnşaat farklılıkları burada görülebilir. Analog tasarımlar, gecikmenin bir kapasitör ve bir direnç tarafından sabitlendiği, bir karşılaştırıcıyı besleyen bir RC ağı kullanır. Dijital tasarımlar, pazara özel gecikme profillerine izin veren ve fabrika kalibrasyonunu lehimleme adımı yerine bir yazılım adımına dönüştüren küçük bir mikro denetleyiciyi çalıştırır. Her ikisi de uygulanabilir. Sorulmaya değer sorular, besleme tekrar tekrar titreştiğinde gecikmenin nasıl davrandığı ve yeniden bağlanmanın tek bir temiz örnek yerine sürekli sağlıklı bir dönem gerektirip gerektirmediğidir.

Anahtarlama Elemanının Seçilmesi

Anahtarlama aşaması tüm yükü taşır ve bir tasarımın gereğinden az belirtilmesi durumunda genellikle başarısız olan ilk kısımdır.

• PCB montajlı röle: kompakt ve ucuz, 10–16 A dirençli yüklere uygundur. Kaynaklı kontaklar, endüktif veya yüksek ani yükler tekrar tekrar anahtarlandığında oluşan klasik arızadır.
• Ağır hizmet tipi röle veya küçük kontaktör: 30 A tasarımlarında ve klimalara yönelik ünitelerde kullanılan daha geniş kontak aralıkları ve gümüş alaşımlı uçlar.
• Triyak veya katı hal anahtarı: sessizdir ve anahtarlama döngüleri sınırsızdır, ancak dağıtılması gereken ısı üretir ve genellikle amper başına daha fazla maliyete sahiptir.

Bir etiket derecelendirmesi sabit akımı tanımlar. Bir kompresör, başlatma sırasında saniyenin çok küçük bir kısmı boyunca bu rakamın birkaç katını çeker, bu nedenle yalnızca etiketteki şekilde seçilen bir röle uzun süre dayanmayacaktır. Kuzey Amerika pazarı için üretilmiş 120 V 30 A otomatik voltaj dalgalanma koruyucusu, tedarikçilerin aynı nominal değere sahip kontakları nasıl boyutlandırdığını karşılaştırırken yararlı bir referans noktasıdır.

Yük Yolu ve Termal Bütçesi

Röle ile soket arasında yük yolu bulunur: bakır izler, lehim bağlantıları, terminal vidaları ve dahili kablolar. Kalitesi ısı ve voltaj düşüşüyle ​​kendini gösterir. 230 V'de, 3300 W değeri kabaca 14,3 A'ya karşılık gelir, dolayısıyla 15 A tasarımı ancak %5'lik bir boşluk payı taşır. Bu marj yalnızca iz genişliği, bakır ağırlığı ve terminal torkunun tamamının üretimde kontrol edilmesi durumunda geçerlidir.

230 V, 15 A, 3300 W ayarlanabilir ünite, klima veya su ısıtıcısı gibi yüksek çekişli bir cihaz için termal bütçenin nasıl paketlendiğinin temsili bir örneğidir.

Dalgalanma yönetimi ayrı olarak oluşturulmuştur. Metal oksit varistörler kısa ani yükselmeleri emer ve sıkıştırma gerilimi ve enerji değerine göre seçilir; bir cihazın sürekli aşırı voltajla bağlantısını kesmezler. Her iki işlevi de üstlenen bir koruyucu, her iki parça setini de içermelidir.

Muhafaza, Fiş Arayüzü ve Bölgesel İnşaat

Muhafaza ve fiş arayüzü, bir ürünün yasal olarak hangi pazarlara girebileceğini belirler ve elektrik yapısını alıcıların beklediğinden daha fazla değiştirir. Avrupa Schuko fişleri 16 A değerindedir ve yanlarında bir topraklama klipsi taşırlar; Kuzey Amerika NEMA 5-15 fişleri, farklı bir bıçak geometrisine sahip 15 A olarak derecelendirilmiştir. Bu nedenle aynı elektronikler, farklı terminal aralıkları ve kaçak mesafeleri ile farklı kalıplarda bulunur.

Çok çıkışlı versiyonlar başka bir kısıtlama ekler. Her soket bir röleyi ve bir kontak setini paylaşır, bu nedenle soket başına akım yerine toplam akım önemlidir. 120 V, 15 A çok çıkışlı otomatik aşırı gerilim koruma ünitesi bu noktayı açıkça gösteriyor: muhafaza cömert görünüyor ancak anahtarlama elemanının yine de kendisine takılı olan her şeyi taşıması gerekiyor.

Plastik seçimi de inşaata aittir. UL94 V-0 dereceli alev geciktirici kaliteler, canlı parçaların etrafında yeterli duvar kalınlığı ve yerel kuralların gerektirdiği gömme veya kapaklı prizler, maliyet ve güvenliği yüzey kaplamasından çok daha fazla etkiler.

Doğrulama: Bakmak Yerine Ne Ölçülmeli?

Yapının büyük bir kısmı dışarıdan görülemediğinden, gelen denetimin ölçümlere dayanması gerekir. Aşağıdaki kontroller, uyumlu bir gönderiyi sorunlu bir gönderiden herhangi bir görsel incelemeden daha güvenilir bir şekilde ayırır.

İnşaat Seçeneklerini Sipariş Şartnamesine Dönüştürmek

İthalatçılar ve marka sahipleri için yukarıdaki her şey bir spesifikasyon sayfası haline gelir. Ne kadar kesin yazılırsa üretim sırasında ikameye o kadar az yer kalır.

1. Hedef pazar için nominal voltaj, frekans ve fiş standardı.
2. Toleranslı sayılar olarak belirtilen açma penceresi, ayar aralığı ve histerezis.
3. Tekrarlanan titreme sırasındaki davranış da dahil olmak üzere yeniden bağlanma gecikmesi.
4. Hedef cihazın sürekli akım değeri, yük türü ve başlatma akımı.
5. Hem tesisi hem de ürün grubunu kapsayan sertifikasyon kanıtı.
6. Etiket resmi, paketleme, fiş kalıplama ve pazara özel güvenlik özellikleri.

Kendi panellerini ve kalıplarını tasarlayan bir üretici, platformu sıfırdan yeniden inşa etmeden altının tümünü ayarlayabilir; bu da OEM ve ODM'nin teorik olmaktan ziyade pratik çalışmasını sağlayan şeydir. Örneğin Haowei Electric, şirket içi bir tasarım ekibiyle AB standardı ve ABD standardında voltaj koruyucular üretiyor ve voltaj koruyucuları kataloğu 110 V, 120 V ve 230 V pazarları ve 5 A ila 30 A akım sınıflarına yayılmış aynı işlevsel platformu gösterir.

Aşırı ve düşük voltaj devre koruyucusunun yapısı egzotik değildir ancak affetmez. Algılama, birimin neyi fark edeceğine karar verir, pencere ve histerezis ne zaman harekete geçeceğine karar verir, gecikme, cihazın kurtarma işlemine dayanıp dayanmayacağına karar verir ve yük yolu ile birlikte anahtarlama aşaması, koruyucunun gelecek sezon hala çalışıp çalışmadığına karar verir. Bir kotasyon aynı nominal derecelendirme için alışılmadık derecede ucuz göründüğünde, fark neredeyse her zaman bu dört yerden birinde yer alır.