مقدمه ای بر سه روش کنترل سیم پیچ کنتاکتورهای DC

معرفی سه نوع بر اساس روش های کنترل سیم پیچ: کنترل تک کویل، کنترل دو سیم پیچ، و کنترل برد کم مصرف (یعنی برد کنترل PWM + کنترل تک کویل). این مقاله ساختار، اصل کار و ویژگی های مصرف انرژی کنتاکتورهای DC را با روش های کنترل تک سیم پیچ، دو سیم پیچ و PWM مقایسه کرده و مزایا، معایب و کاربرد آنها را تحلیل می کند.

اجزای اصلی یک کنتاکتور DC تک سیم پیچ شامل یک سیم پیچ منفرد، مکانیزم تنظیم مجدد فنر و یک سیستم تماس است. اصل کار آن این است که وقتی سیم پیچ به طور مداوم انرژی می گیرد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که باعث می شود آرمیچر به سمت بالا حرکت کند و کنتاکت متحرک را به تماس ثابت نزدیک کند، تماس معمولی باز متصل می شود. وقتی سیم‌پیچ قطع می‌شود، نیروی مکش الکترومغناطیسی ناپدید می‌شود و باعث می‌شود که کنتاکت متحرک به موقعیت اصلی خود بازگردد، به طوری که تماس معمولی باز قطع می‌شود.

به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم های کنترل توان، عملکرد و مصرف انرژی کنتاکتورهای DC مستقیماً بر راندمان سیستم تأثیر می گذارد. به طور کلی، کنتاکتورهای DC را می توان دست نخورده با کنتاکت ثابت طبقه بندی کرد. هنگامی که برق قطع می شود، فنر تنظیم مجدد می شود و کنتاکت های متحرک و ثابت از هم جدا می شوند. معایب اصلی کنتاکتورهای DC تک سیم پیچ به شرح زیر است:

① به طور کلی، مصرف انرژی نسبتا بالا است، به عنوان مثال، P = I⊃2. * R (با عملکرد جریان کامل I = Us / R)، بنابراین افزایش دمای سیم پیچ یک کنتاکتور DC تک سیم پیچ معمولاً بالاترین است.

② هنگامی که مدار کنترل سیم پیچ یک کنتاکتور DC تک سیم پیچ قطع می شود، نیروی الکتروموتور معکوس بزرگی ایجاد می شود. برای کنتاکتورهای DC با ولتاژ کنترل 12 ولت DC یا 24 ولت DC، صدها ولت ولتاژ معکوس در لحظه قطع شدن سیم پیچ تولید می شود. راه حل متداول موازی کردن یک دیود چرخ آزاد در مدار کنترل سیم پیچ است (این روش معمولاً منجر به طولانی تر شدن زمان آزاد شدن کنتاکت های اصلی زمانی که کنتاکتور DC قطع می شود، می شود، بنابراین یک دیود TVS یا یک دیود چرخ آزاد به صورت سری با یک دیود زنر اغلب به موازات مدار کنترل سیم پیچ استفاده می شود).

③ محدوده ولتاژ کاری سیم پیچ (Us) کوچک است، معمولاً 85٪ Ue تا 110٪ Ue (Ue نشان دهنده ولتاژ نامی محصول محصول است).
مزایای اصلی کنتاکتورهای DC تک سیم پیچ هزینه ساخت پایین و مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMC) است.

ساختار اصلی یک کنتاکتور DC دو سیم پیچ شامل یک سیم پیچ راه اندازی (جریان بالا)، یک سیم پیچ نگهدارنده (جریان کم)، یک برد کنترل سوئیچینگ مدار، یک مکانیسم تنظیم مجدد فنری و یک سیستم تماس است. اصل کار آن این است که وقتی سیم پیچ در ابتدا روشن می شود، سیم پیچ شروع و سیم پیچ نگهدارنده به طور موازی به هم متصل شده و به طور همزمان انرژی می گیرند و یک میدان الکترومغناطیسی قوی ایجاد می کند تا نیروی الکترومغناطیسی اولیه کافی را ایجاد کند که تقریباً 130 میلی ثانیه طول می کشد. سپس، برد کنترل سوئیچینگ مدار سیم پیچ راه اندازی را قطع می کند و تنها سیم پیچ نگهدارنده را به طور مداوم کار می کند و میدان مغناطیسی مناسبی را برای حفظ حالت بسته نرمال محصول فراهم می کند. معایب اصلی کنتاکتور DC دو سیم پیچ به شرح زیر است:

① قدرت شروع نسبتاً زیاد است که با P_start مشخص می شود، بنابراین به منبع تغذیه با ظرفیت بالا نیاز دارد.
② هزینه ساخت یک کنتاکتور DC دو سیم پیچ نسبتاً بالا است که عمدتاً به دلیل پیچیدگی فرآیند مونتاژ سیم پیچ و اضافه شدن برد کنترل سوئیچینگ مدار است.
③ محدوده ولتاژ کاری سیم پیچ ها (U_s) کوچک است، معمولاً از 85% U_e تا 110% U_e متغیر است (U_e نشان دهنده ولتاژ کاری نامی محصول است).
مزیت اصلی کنتاکتور DC دو سیم پیچ این است که مصرف برق در حین کار مداوم سیم پیچ ها کم است که با P_hold نشان داده می شود و ولتاژ معکوس قابل توجهی تولید نمی شود (که توسط برد کنترل سوئیچینگ مدار سرکوب شده است).

اجزای ساختاری اصلی کنتاکتور DC برد کم مصرف شامل یک سیم پیچ منفرد، یک برد کنترل مدار PWM، یک مکانیسم تنظیم مجدد فنری و یک سیستم تماس است. اصل کار آن این است که در مرحله راه اندازی، سیم پیچ با ولتاژ کامل تغذیه می شود (مرحله راه اندازی تقریباً 130 میلی ثانیه طول می کشد) و در مرحله نگه داشتن، جریان با تنظیم چرخه وظیفه خروجی ولتاژ (مدولاسیون عرض پالس PWM) کاهش می یابد. معایب اصلی کنتاکتور DC برد کم مصرف به شرح زیر است:

① مصرف برق راه اندازی به طور کلی بالا است، یعنی Pstart (در طول مرحله راه اندازی)، بنابراین برق منبع تغذیه مورد نیاز برای استفاده نسبتا زیاد است.
② هزینه ساخت کنتاکتور DC برد صرفه جویی در انرژی نسبتاً بالا است، عمدتاً به دلیل پردازش پیچیده مونتاژ سیم پیچ و اضافه کردن برد کنترل صرفه جویی در انرژی.
③ قابلیت ضد تداخل الکترومغناطیسی (EMC) ضعیف است، عمدتاً به این دلیل که چندین آی سی جدید روی برد کنترل صرفه جویی در انرژی وجود دارد و به کنترل برنامه نرم افزاری متکی است.

مزایای اصلی کنتاکتور DC برد کم مصرف این است که مصرف انرژی کار مداوم محصول بسیار کم است، یعنی افزایش دمای سیم پیچ کم است، محدوده ولتاژ کاری سیم پیچ گسترده است و ولتاژ معکوس قابل توجهی تولید نمی شود (که توسط برد کنترل صرفه جویی در انرژی سرکوب شده است).

به طور خلاصه، تفاوت بین سه روش مختلف کنترل سیم پیچ کنتاکتورهای DC در جدول زیر خلاصه شده است.

	تک کویل	دو سیم پیچ	تابلوی کم مصرف
جریان شروع	پایین	بالا	بالا
جریان را حفظ کنید	بزرگ	پایین	پایین
نیروی الکترومغناطیسی را حفظ کنید	بدون تغییر	کوچکتر شوید	بدون تغییر
محدوده ولتاژ کاری کویل	85٪ - 110٪ ایالات متحده	85٪ - 110٪ ایالات متحده	宽电压
افزایش دمای کویل	بالا	پایین	پایین
قطبیت سیم پیچ	غیر قطبی	قطبیت	قطبیت
نیروی الکتروموتور معکوس	بله	خیر	خیر