מבוא לשלוש שיטות בקרת סליל של מגע DC

היכרות עם שלושת הסוגים המבוססים על שיטות בקרת הסליל שלהם: בקרת סליל יחיד, בקרת סליל כפול ובקרת לוח חיסכון באנרגיה (כלומר, לוח בקרה PWM + בקרת סליל יחיד). מאמר זה משווה את המבנה, עקרון העבודה ומאפייני צריכת האנרגיה של מגעי DC עם שיטות בקרה חד-סליל, דו-סליל ו-PWM, ומנתח את היתרונות, החסרונות והישימות שלהם.

המרכיבים העיקריים של מגע DC חד-סליל כוללים סליל יחיד, מנגנון איפוס קפיץ ומערכת מגע. עקרון העבודה שלו הוא שכאשר הסליל מופעל באופן רציף, נוצר שדה מגנטי, שגורם לאבזור לנוע כלפי מעלה, ומקרב את המגע הנע למגע נייח, המגע הפתוח בדרך כלל מחובר. כאשר הסליל מתבטל, כוח היניקה האלקטרומגנטי נעלם, מה שגורם למגע הנע לחזור למיקומו המקורי, כך שהמגע הפתוח בדרך כלל מנותק.

כמרכיב ליבה של מערכות בקרת הספק, הביצועים וצריכת האנרגיה של מגע DC משפיעים ישירות על יעילות המערכת. באופן כללי, ניתן לסווג מגע DC ללא פגע עם המגע הנייח. כאשר החשמל מנותק, הקפיץ מתאפס, והמגעים הנעים והנייח נפרדים. החסרונות העיקריים של מגעי DC חד-סליל הם כדלקמן:

① בדרך כלל, צריכת האנרגיה גבוהה יחסית, כלומר, P = I⊃2; * R (עם פעולת זרם מלא I = Us / R), כך שעליית טמפרטורת הסליל של מגע DC חד-סליל היא בדרך כלל הגבוהה ביותר.

② כאשר מעגל בקרת הסליל של מגע DC בעל סליל יחיד מנותק, נוצר כוח אלקטרו-מוטיבי גדול. למגעי DC עם מתח בקרה של 12V DC או 24V DC, מאות וולטים של מתח הפוך יופקו ברגע ביטול האנרגיה של הסליל. הפתרון הנפוץ הוא להקביל דיודה חופשית במעגל בקרת הסליל (שיטה זו מובילה בדרך כלל לזמן שחרור ארוך יותר של המגעים הראשיים כאשר מגע ה-DC מנותק, ולכן דיודה TVS או דיודה חופשית בסדרה עם דיודת זנר משמשת לעתים קרובות במקביל למעגל בקרת הסליל).

③ טווח מתח ההפעלה של הסליל (Us) קטן, בדרך כלל 85% Ue עד 110% Ue (Ue מייצג את מתח הפעולה הנקוב של המוצר).
היתרונות העיקריים של מגעי DC חד-סליל הם עלות ייצור נמוכה ועמידות חזקה בפני הפרעות אלקטרומגנטיות (EMC).

המבנה העיקרי של מגע DC כפול סליל מורכב מסליל התחלה (זרם גבוה), סליל החזקה (זרם נמוך), לוח בקרת מיתוג מעגלים, מנגנון איפוס קפיץ ומערכת מגע. עיקרון העבודה שלו הוא שכאשר הסליל מופעל תחילה, סליל ההתחלה וסליל ההחזקה מחוברים במקביל ומופעלים בו זמנית, ויוצרים שדה אלקטרומגנטי חזק כדי לספק כוח אלקטרומגנטי התחלתי מספיק, שנמשך כ-130 אלפיות השנייה. לאחר מכן, לוח הבקרה של מיתוג המעגל מנתק את סליל ההתחלה, ומשאיר רק את סליל ההחזקה לפעול ברציפות, ומספק שדה מגנטי מתאים לשמירה על המצב הסגור הרגיל של המוצר. החסרונות העיקריים של מגע DC כפול סליל הם כדלקמן:

① הספק ההתנעה גבוה יחסית, מסומן כ-P_start, ולכן דורש ספק כוח בעל קיבולת גבוהה.
② עלות הייצור של מגע DC כפול סליל גבוהה יחסית, בעיקר בשל המורכבות של תהליך הרכבת הסליל ותוספת לוח הבקרה של מיתוג המעגל.
③ טווח מתח ההפעלה של הסלילים (U_s) קטן, בדרך כלל נע בין 85% U_e ל-110% U_e (U_e מייצג את מתח הפעולה המדורג של המוצר).
היתרון העיקרי של מגע DC כפול סליל הוא שצריכת החשמל במהלך פעולה רציפה של הסלילים היא נמוכה, מסומנת כ-P_hold, ואין מתח הפוך משמעותי שנוצר (שנדכא על ידי לוח הבקרה של מיתוג המעגל).

הרכיבים המבניים העיקריים של מגע DC של לוח חיסכון באנרגיה כוללים סליל יחיד, לוח בקרת מעגל PWM, מנגנון איפוס קפיץ ומערכת מגע. עקרון העבודה שלו הוא שבמהלך שלב ההפעלה, הסליל מופעל על ידי מתח מלא (שלב ההפעלה נמשך כ-130ms), ובמהלך שלב ההחזקה, הזרם מופחת על ידי התאמת מחזור העבודה של פלט המתח (אפנון רוחב פולס PWM). החסרונות העיקריים של מגע DC של לוח חיסכון באנרגיה הם כדלקמן:

① צריכת החשמל להפעלה גבוהה בדרך כלל, כלומר, Pstart (במהלך שלב ההפעלה), כך שכוח אספקת החשמל הנדרש לשימוש גדול יחסית.
② עלות הייצור של מגע הלוח החיסכון באנרגיה גבוהה יחסית, בעיקר בשל העיבוד המורכב של מכלול הסליל ותוספת לוח הבקרה החוסך באנרגיה.
③ יכולת ההפרעות האנטי-אלקטרומגנטיות (EMC) חלשה, בעיקר בגלל שיש מספר ICs חדשים על לוח הבקרה החוסך באנרגיה והיא מסתמכת על בקרת תוכנה.

היתרונות העיקריים של מגע DC של לוח חיסכון באנרגיה הם שצריכת האנרגיה הרציפה של המוצר נמוכה ביותר, כלומר, עליית טמפרטורת הסליל נמוכה, טווח מתח העבודה של הסליל רחב, ואין מתח הפוך משמעותי שנוצר (שנדכא על ידי לוח הבקרה החוסך באנרגיה).

לסיכום, ההבדלים בין שלוש שיטות בקרת הסליל השונות של מגע DC מסוכמים בטבלה הבאה.

	סליל יחיד	סליל כפול	לוח חסכוני באנרגיה
זרם מתחיל	נָמוּך	גָבוֹהַ	גָבוֹהַ
שמור על זרם	גָדוֹל	נָמוּך	נָמוּך
לשמור על כוח אלקטרומגנטי	ללא שינוי	תקטן	ללא שינוי
טווח מתח הפעלה של סליל	85%-110% בארה'ב	85%-110% בארה'ב	宽电压
עליית טמפרטורת הסליל	גָבוֹהַ	נָמוּך	נָמוּך
קוטביות סליל	אי קוטביות	קוטביות	קוטביות
כוח אלקטרו-מוטורי הפוך	כֵּן	לֹא	לֹא