Wprowadzenie do trzech metod sterowania cewkami styczników prądu stałego

Wprowadzenie do trzech typów w oparciu o metody sterowania cewkami: sterowanie pojedynczą cewką, sterowanie podwójną cewką i sterowanie płytą energooszczędną (tj. płyta sterująca PWM + sterowanie pojedynczą cewką). W artykule porównano strukturę, zasadę działania i charakterystykę zużycia energii styczników prądu stałego z metodami sterowania z pojedynczą cewką, podwójną cewką i PWM, a także przeanalizowano ich zalety, wady i zastosowanie.

Główne elementy stycznika prądu stałego z pojedynczą cewką obejmują pojedynczą cewkę, mechanizm resetowania sprężyny i układ styków. Jego zasada działania polega na tym, że gdy cewka jest stale zasilana, generowane jest pole magnetyczne, które powoduje ruch zwory w górę, zbliżając ruchomy styk do styku stacjonarnego, połączony jest styk normalnie otwarty. Kiedy cewka jest pozbawiona zasilania, elektromagnetyczna siła ssąca zanika, powodując powrót ruchomego styku do pierwotnego położenia, w wyniku czego normalnie otwarty styk zostaje rozłączony.

Jako podstawowy element systemów sterowania mocą, wydajność i zużycie energii styczników prądu stałego wpływa bezpośrednio na wydajność systemu. Ogólnie rzecz biorąc, styczniki prądu stałego można sklasyfikować w stanie nienaruszonym ze stykiem stacjonarnym. Po odcięciu zasilania sprężyna resetuje się, a styki ruchome i stacjonarne rozdzielają się. Główne wady styczników prądu stałego z pojedynczą cewką są następujące:

① Generalnie zużycie energii jest stosunkowo wysokie, tj. P = I⊃2; * R (przy pracy pełnym prądem I = Us / R), więc wzrost temperatury cewki stycznika prądu stałego z pojedynczą cewką jest zwykle największy.

② Gdy obwód sterujący cewki stycznika prądu stałego z pojedynczą cewką jest odłączony od zasilania, generowana jest duża wsteczna siła elektromotoryczna. W przypadku styczników prądu stałego o napięciu sterującym 12 V DC lub 24 V DC w momencie wyłączenia cewki od zasilania zostaną wygenerowane setki woltów napięcia wstecznego. Powszechnym rozwiązaniem jest równoległe podłączenie diody gaszącej w obwodzie sterującym cewki (ta metoda zwykle prowadzi do dłuższego czasu zwolnienia głównych styków, gdy stycznik prądu stałego jest odłączony od zasilania, dlatego często stosuje się diodę TVS lub diodę gaszącą szeregowo z diodą Zenera równolegle z obwodem sterującym cewki).

③ Zakres napięcia roboczego cewki (Us) jest niewielki, zazwyczaj od 85% Ue do 110% Ue (Ue reprezentuje znamionowe napięcie robocze produktu).
Głównymi zaletami styczników jednocewkowych prądu stałego są niski koszt produkcji i duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMC).

Główna konstrukcja stycznika prądu stałego z podwójną cewką składa się z cewki rozruchowej (wysoki prąd), cewki podtrzymującej (niski prąd), płytki sterującej przełączaniem obwodów, mechanizmu resetowania sprężyny i układu styków. Zasada działania polega na tym, że po pierwszym włączeniu cewki cewka rozruchowa i cewka podtrzymująca są połączone równolegle i zasilane jednocześnie, wytwarzając silne pole elektromagnetyczne zapewniające wystarczającą początkową siłę elektromagnetyczną, która utrzymuje się przez około 130 ms. Następnie płytka sterująca przełączaniem obwodów odcina cewkę rozruchową, pozostawiając do ciągłej pracy jedynie cewkę podtrzymującą, zapewniając odpowiednie pole magnetyczne w celu utrzymania normalnego stanu zamkniętego produktu. Główne wady stycznika prądu stałego z podwójną cewką są następujące:

① Moc rozruchowa jest stosunkowo wysoka, oznaczona jako P_start, dlatego wymaga zasilacza o dużej wydajności.
② Koszt produkcji stycznika prądu stałego z podwójną cewką jest stosunkowo wysoki, głównie ze względu na złożoność procesu montażu cewki i dodanie płytki sterującej przełączaniem obwodów.
③ Zakres napięcia roboczego cewek (U_s) jest niewielki i zwykle wynosi od 85% U_e do 110% U_e (U_e reprezentuje znamionowe napięcie robocze produktu).
Główną zaletą dwucewkowego stycznika prądu stałego jest to, że pobór mocy podczas ciągłej pracy cewek jest niski, co oznacza się jako P_hold, oraz że nie jest generowane znaczące napięcie wsteczne (które zostało stłumione przez płytkę sterującą przełączaniem obwodów).

Główne elementy konstrukcyjne stycznika prądu stałego w płytce energooszczędnej obejmują pojedynczą cewkę, płytkę sterującą obwodem PWM, mechanizm resetowania sprężyny i układ styków. Zasada działania polega na tym, że w fazie rozruchu cewka zasilana jest pełnym napięciem (faza rozruchu trwa około 130 ms), natomiast w fazie podtrzymania prąd jest redukowany poprzez regulację współczynnika wypełnienia wyjścia napięciowego (modulacja szerokości impulsu PWM). Główne wady stycznika DC płyty energooszczędnej są następujące:

① Pobór mocy podczas rozruchu jest ogólnie wysoki, tj. Pstart (w fazie rozruchu), więc moc zasilacza wymagana do użycia jest stosunkowo duża.
② Koszt produkcji stycznika prądu stałego z płytką energooszczędną jest stosunkowo wysoki, głównie ze względu na złożoną obróbkę zespołu cewki i dodanie energooszczędnej płytki sterującej.
③ Zdolność przeciwzakłóceniowa elektromagnetyczna (EMC) jest słaba, głównie dlatego, że na energooszczędnej płycie sterującej znajduje się wiele nowych układów scalonych i opiera się ona na sterowaniu programem.

Główną zaletą stycznika prądu stałego z płytką energooszczędną jest to, że ciągłe zużycie energii roboczej produktu jest wyjątkowo niskie, tj. niski wzrost temperatury cewki, szeroki zakres napięcia roboczego cewki i brak znaczącego generowanego napięcia wstecznego (które zostało stłumione przez energooszczędną płytę sterującą).

Podsumowując, różnice między trzema różnymi metodami sterowania cewkami styczników prądu stałego podsumowano w poniższej tabeli.

	Pojedyncza cewka	Podwójna cewka	Płyta energooszczędna
Prąd rozruchowy	Niski	wysoki	wysoki
Utrzymuj prąd	duży	Niski	Niski
Utrzymuj siłę elektromagnetyczną	Niezmienione	Zmniejsz się	Niezmienione
Zakres napięcia roboczego cewki	85%-110% USA	85%-110% USA	宽电压
Wzrost temperatury cewki	wysoki	Niski	Niski
Polaryzacja cewki	Brak polaryzacji	biegunowość	biegunowość
Odwrotna siła elektromotoryczna	Tak	NIE	NIE