Thi công bộ bảo vệ mạch điện áp trên và dưới điện áp: Thiết kế cảm biến và chuyển mạch

Những gì nằm giữa ổ cắm và thiết bị: cảm biến, tham chiếu, so sánh, độ trễ và chuyển đổi cũng như cách những lựa chọn đó quyết định liệu bộ bảo vệ có chịu được tải thực tế hay không.

Đường dây 230 V tụt xuống 170 V vào một buổi chiều nóng nực sẽ làm máy nén ngừng hoạt động và cuộn dây của nó quá nóng trong vòng vài phút. Bộ bảo vệ được cắm phía trước máy điều hòa không khí đó dự kiến ​​sẽ ngắt kết nối nhanh chóng, duy trì kết nối và chỉ kết nối lại sau khi đường dây đã ổn định. Hành vi đó không đến từ một con chip; nó đến từ một tập hợp các giai đoạn phải làm việc cùng nhau, mỗi giai đoạn có khả năng chịu đựng, chi phí và chế độ sai sót riêng.

Kết luận đầu tiên: độ tin cậy được quyết định bởi bốn điều. Tham chiếu cảm biến đo đường chính xác đến mức nào, cửa sổ cắt rộng bao nhiêu và độ trễ mà nó mang theo, độ trễ kết nối lại kéo dài bao lâu cũng như kích thước của phần tử chuyển mạch và đường dẫn tải xung quanh nó. Định dạng bao vây và phích cắm tuân theo vì chúng quyết định thiết bị có thể tham gia vào thị trường nào.

Hai người bảo vệ có thể ở chung một vỏ, cùng đánh giá trên nhãn và chênh lệch giá gấp 10 lần. Thứ ngăn cách chúng gần như không bao giờ là nhựa.

Bốn giai đoạn bên trong bộ bảo vệ điện áp

Tách vỏ ra khỏi bộ bảo vệ điện áp trên và dưới hiện đại và chuỗi chức năng tương tự sẽ xuất hiện, cho dù thiết bị cắm vào một ổ cắm duy nhất hay gắn trên thanh ray DIN.

• Cảm biến và tham chiếu: giảm tỷ lệ nguồn điện xuống và tạo ra tham chiếu DC ổn định để đo đường dây.
• So sánh: quyết định xem giá trị đo được nằm bên trong hay bên ngoài cửa sổ có thể chấp nhận được, với độ trễ để ngăn chặn hiện tượng nhiễu ở các cạnh.
• Độ trễ và logic: tắt đầu ra sau khi xảy ra lỗi và chỉ kích hoạt lại sau một khoảng thời gian hoạt động liên tục.
• Đường dẫn chuyển mạch và tải: rơle hoặc tiếp điểm của công tắc tơ, đồng PCB, các cực và nguồn cung cấp nhỏ bên trong cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử.

Hầu hết các lỗi trường đều bắt nguồn từ sự không khớp giữa các giai đoạn: mạch cảm biến chính xác được ghép nối với một rơle quá nhỏ so với tải hoặc một rơle có kích thước phù hợp được ghép nối với một tham chiếu trôi đi khi bo mạch nóng lên. Những độc giả muốn giải thích sâu hơn về khía cạnh phát hiện có thể bắt đầu với phần này hướng dẫn nguyên lý làm việc và các loại bảo vệ điện áp ; phần còn lại của bài viết này vẫn là xây dựng.

Cảm biến, tham chiếu và độ chính xác đến từ đâu

Hai kỹ thuật cảm biến chiếm ưu thế. Một bộ chia điện trở điều chỉnh điện áp 230 V xuống vài volt trước khi chỉnh lưu và làm mịn. Nó nhỏ gọn và rẻ tiền, nhưng độ chính xác của nó tuân theo dung sai điện trở và độ lệch khi các bộ phận ấm lên. Một máy biến áp nhỏ hoặc một đường đo cách ly sẽ tốn nhiều không gian bo mạch và đồng hơn, nhưng nó giữ độ chính xác tốt hơn và tồn tại trong các hiện tượng chuyển tiếp có thể bão hòa một bộ chia đơn giản.

Tín hiệu sau đó phải được chuyển đổi thành thứ mà bộ so sánh có thể đánh giá được. Phát hiện đỉnh phản ứng nhanh nhưng đọc sai dạng sóng bị méo; Quá trình chuyển đổi RMS chậm hơn nhưng theo dõi hiệu ứng làm nóng thực sự của nguồn cung cấp. Trên các lưới mang tải biến tần hoặc động cơ nặng, sự khác biệt đó quyết định giữa việc vấp ngã phiền toái và hoạt động ổn định.

Cài đặt cửa sổ điển hình

Trên nguồn điện danh định 230 V, cài đặt gốc thường ở mức gần 175 V đối với trường hợp ngắt điện áp thấp và 250 V đối với trường hợp ngắt điện áp quá mức, với việc kết nối lại bị trì hoãn vài phút. Các mô hình có thể điều chỉnh sẽ di chuyển ngưỡng dưới điện áp trong khoảng 150–210 V và ngưỡng quá điện áp trong khoảng 230–280 V. Độ chính xác trong khoảng cộng hoặc trừ 2% là kỳ vọng hợp lý đối với một thiết bị được chế tạo phù hợp; lỗi 5% ở phía điện áp thấp có nghĩa là máy nén có thể đã bị thiếu trước khi rơle mở.

Giai đoạn trì hoãn và những gì nó bảo vệ

Giai đoạn trì hoãn là giai đoạn biến công tắc thành thiết bị bảo vệ. Khi đường dây trở về giá trị tốt, máy nén cần thời gian để cân bằng áp suất môi chất lạnh. Việc kết nối lại quá sớm sẽ khởi động lại động cơ khi hệ thống có tải, điều này làm giảm tuổi thọ của động cơ nhanh hơn chính sự kiện điện áp.

Sự khác biệt về xây dựng có thể nhìn thấy ở đây. Các thiết kế tương tự sử dụng mạng RC cấp nguồn cho bộ so sánh, với độ trễ được cố định bằng tụ điện và điện trở. Các thiết kế kỹ thuật số chạy một bộ vi điều khiển nhỏ, cho phép cấu hình độ trễ dành riêng cho từng thị trường và biến việc hiệu chỉnh tại nhà máy thành một bước phần mềm thay vì bước hàn. Cả hai đều khả thi. Các câu hỏi đáng đặt ra là độ trễ diễn ra như thế nào khi nguồn cung cấp nhấp nháy liên tục và liệu việc kết nối lại có cần một khoảng thời gian lành mạnh liên tục thay vì một mẫu sạch duy nhất hay không.

Chọn phần tử chuyển mạch

Giai đoạn chuyển mạch chịu toàn bộ tải và thường là bộ phận đầu tiên bị hỏng khi thiết kế không được xác định rõ.

• Rơle gắn PCB: nhỏ gọn và rẻ tiền, phù hợp với tải điện trở 10–16 A. Các tiếp điểm hàn là lỗi kinh điển khi tải cảm ứng hoặc tải có cường độ cao được chuyển đổi liên tục.
• Rơle công suất lớn hoặc công tắc tơ nhỏ: khoảng cách tiếp xúc rộng hơn và đầu bằng hợp kim bạc, được sử dụng trong các thiết kế 30 A và trong các thiết bị dành cho máy điều hòa không khí.
• Công tắc triac hoặc trạng thái rắn: im lặng và không giới hạn trong chu kỳ chuyển mạch, nhưng nó tạo ra nhiệt cần phải tiêu tán và thường tốn nhiều tiền hơn trên mỗi ampe.

Đánh giá nhãn mô tả dòng điện ổn định. Một máy nén rút ra nhiều lần con số đó trong một phần giây khi khởi động, do đó, chỉ riêng rơle được chọn trên hình nhãn sẽ không tồn tại được. Bộ bảo vệ tăng điện áp tự động 120 V 30 được chế tạo cho thị trường Bắc Mỹ là điểm tham chiếu hữu ích khi so sánh cách các nhà cung cấp xác định kích thước các điểm tiếp xúc cho cùng một mức danh nghĩa.

Đường dẫn tải và quỹ nhiệt của nó

Giữa rơle và ổ cắm có đường dẫn tải: vết đồng, mối hàn, vít đầu cuối và hệ thống dây điện bên trong. Chất lượng của nó thể hiện qua sự sụt giảm nhiệt độ và điện áp. Ở 230 V, định mức 3300 W tương ứng với khoảng 14,3 A, do đó, thiết kế 15 A chỉ chiếm 5% khoảng trống trên đầu. Biên độ đó chỉ giữ nếu chiều rộng vết, trọng lượng đồng và mô-men xoắn đầu cuối đều được kiểm soát trong quá trình sản xuất.

Bộ điều chỉnh 230 V, 15 A, 3300 W là một ví dụ điển hình về cách gói ngân sách nhiệt đó cho một thiết bị có công suất cao như máy điều hòa không khí hoặc máy nước nóng.

Xử lý đột biến được xây dựng riêng biệt. Biến trở oxit kim loại hấp thụ các xung ngắn và được chọn bằng cách kẹp điện áp và định mức năng lượng; chúng không ngắt kết nối thiết bị khỏi tình trạng quá điện áp kéo dài. Người bảo vệ yêu cầu cả hai chức năng phải chứa cả hai bộ phận.

Nhà ở, giao diện cắm và xây dựng khu vực

Giao diện vỏ và phích cắm quyết định thị trường nào sản phẩm có thể tham gia hợp pháp và chúng thay đổi cấu trúc điện nhiều hơn người mua mong đợi. Phích cắm Schuko của Châu Âu có dòng điện định mức 16 A và có kẹp nối đất ở bên cạnh; Phích cắm NEMA 5-15 của Bắc Mỹ được xếp hạng 15 A với hình dạng lưỡi khác nhau. Do đó, các thiết bị điện tử giống nhau được đặt trong các khuôn đúc khác nhau, với khoảng cách đầu cuối và khoảng cách đường rò khác nhau.

Phiên bản nhiều ổ cắm thêm một hạn chế khác. Mỗi ổ cắm dùng chung một rơle và một bộ tiếp điểm, do đó, hãy tổng hợp các vấn đề về dòng điện thay vì dòng điện trên mỗi ổ cắm. Bộ chống đột biến điện áp tự động nhiều ổ cắm 120 V, 15 cho thấy rõ quan điểm: vỏ trông rộng rãi nhưng bộ phận chuyển mạch vẫn phải gánh mọi thứ cắm vào nó.

Lựa chọn nhựa cũng thuộc về xây dựng. Các cấp độ chống cháy được xếp hạng UL94 V-0, độ dày thành thích hợp xung quanh các bộ phận mang điện và ổ cắm chìm hoặc có cửa chớp theo yêu cầu của quy định địa phương, tất cả đều ảnh hưởng đến chi phí và độ an toàn nhiều hơn so với lớp hoàn thiện bề mặt.

Xác minh: Đo lường điều gì thay vì nhìn vào

Bởi vì hầu hết công trình đều không thể nhìn thấy được từ bên ngoài nên việc kiểm tra đầu vào phải dựa vào các phép đo. Việc kiểm tra dưới đây giúp phân biệt lô hàng tuân thủ với lô hàng có vấn đề một cách đáng tin cậy hơn bất kỳ hoạt động kiểm tra trực quan nào.

Biến các lựa chọn xây dựng thành thông số kỹ thuật đặt hàng

Đối với các nhà nhập khẩu và chủ sở hữu thương hiệu, mọi thứ ở trên đều trở thành bảng thông số kỹ thuật. Nó được viết càng chính xác thì càng có ít chỗ để thay thế trong quá trình sản xuất.

1. Điện áp danh định, tần số và tiêu chuẩn phích cắm cho thị trường đích.
2. Cửa sổ ngắt, phạm vi điều chỉnh và độ trễ, được biểu thị dưới dạng số có dung sai.
3. Độ trễ kết nối lại, bao gồm cả hiện tượng nhấp nháy lặp đi lặp lại.
4. Đánh giá dòng điện liên tục, loại tải và dòng khởi động của thiết bị mục tiêu.
5. Bằng chứng chứng nhận, bao gồm cả cơ sở và lô sản phẩm.
6. Dán nhãn tác phẩm nghệ thuật, bao bì, khuôn đúc và các tính năng an toàn dành riêng cho thị trường.

Một nhà sản xuất thiết kế bảng và khuôn của riêng mình có thể điều chỉnh cả sáu bảng mà không cần xây dựng lại nền tảng từ đầu, đó là điều khiến OEM và ODM hoạt động thực tế hơn là lý thuyết. Ví dụ, Haowei Electric xây dựng các thiết bị bảo vệ điện áp theo tiêu chuẩn EU và tiêu chuẩn Hoa Kỳ từ một nhóm thiết kế nội bộ và Danh mục thiết bị bảo vệ điện áp hiển thị nền tảng chức năng tương tự trải dài trên các thị trường 110 V, 120 V và 230 V và các loại dòng điện 5 A đến 30 A.

Việc xây dựng một bộ bảo vệ mạch điện áp quá và dưới điện áp không phải là kỳ lạ, nhưng nó không thể tha thứ được. Cảm biến quyết định những gì thiết bị thông báo, cửa sổ và độ trễ quyết định khi nào thiết bị hoạt động, độ trễ quyết định liệu thiết bị có tồn tại trong quá trình khôi phục hay không và giai đoạn chuyển đổi cùng với đường dẫn tải sẽ quyết định xem bản thân bộ bảo vệ có còn hoạt động trong mùa giải tới hay không. Khi một báo giá có vẻ rẻ bất thường đối với cùng một mức xếp hạng danh nghĩa, sự khác biệt hầu như luôn nằm ở một trong bốn vị trí đó.