Introdução a três métodos de controle de bobina de contatores DC

Introdução aos três tipos com base em seus métodos de controle de bobina: controle de bobina única, controle de bobina dupla e controle de placa de economia de energia (ou seja, placa de controle PWM + controle de bobina única). Este artigo compara a estrutura, o princípio de funcionamento e as características de consumo de energia dos contatores CC com métodos de controle de bobina única, bobina dupla e PWM e analisa suas vantagens, desvantagens e aplicabilidade.

Os principais componentes de um contator CC de bobina única incluem uma bobina única, um mecanismo de reinicialização por mola e um sistema de contato. Seu princípio de funcionamento é que quando a bobina é energizada continuamente, é gerado um campo magnético, que faz com que a armadura se mova para cima, aproximando o contato móvel do contato estacionário, o contato normalmente aberto é conectado. Quando a bobina é desenergizada, a força de sucção eletromagnética desaparece, fazendo com que o contato móvel retorne à sua posição original, de modo que o contato normalmente aberto seja desconectado.

Como componente central dos sistemas de controle de potência, o desempenho e o consumo de energia dos contatores CC afetam diretamente a eficiência do sistema. Geralmente, os contatores DC podem ser classificados intactos com o contato estacionário. Quando a energia é cortada, a mola é reiniciada e os contatos móveis e estacionários se separam. As principais desvantagens dos contatores CC de bobina única são as seguintes:

① Geralmente, o consumo de energia é relativamente alto, ou seja, P = I⊃2; * R (com operação em corrente total I = Us / R), portanto, o aumento de temperatura da bobina de um contator CC de bobina única é geralmente o mais alto.

② Quando o circuito de controle da bobina de um contator CC de bobina única é desenergizado, uma grande força eletromotriz reversa é gerada. Para contatores CC com tensão de controle de 12 Vcc ou 24 Vcc, centenas de volts de tensão reversa serão gerados no momento da desenergização da bobina. A solução comum é colocar em paralelo um diodo de roda livre no circuito de controle da bobina (este método geralmente leva a um tempo de liberação mais longo dos contatos principais quando o contator CC é desenergizado, portanto, um diodo TVS ou um diodo de roda livre em série com um diodo zener é frequentemente usado em paralelo com o circuito de controle da bobina).

③ A faixa de tensão operacional da bobina (Us) é pequena, geralmente 85% Ue a 110% Ue (Ue representa a tensão operacional nominal do produto).
As principais vantagens dos contatores DC de bobina única são o baixo custo de fabricação e a forte resistência à interferência eletromagnética (EMC).

A estrutura principal de um contator CC de bobina dupla consiste em uma bobina de partida (alta corrente), uma bobina de retenção (baixa corrente), uma placa de controle de comutação de circuito, um mecanismo de reinicialização de mola e um sistema de contato. Seu princípio de funcionamento é que quando a bobina é inicialmente ligada, a bobina de partida e a bobina de retenção são conectadas em paralelo e energizadas simultaneamente, gerando um forte campo eletromagnético para fornecer uma força eletromagnética inicial suficiente, que dura aproximadamente 130 ms. Em seguida, a placa de controle de comutação do circuito corta a bobina de partida, deixando apenas a bobina de retenção operando continuamente, fornecendo um campo magnético apropriado para manter o estado fechado normal do produto. As principais desvantagens de um contator CC de bobina dupla são as seguintes:

① A potência de partida é relativamente alta, denotada como P_start, exigindo assim uma fonte de alimentação de alta capacidade.
② O custo de fabricação de um contator CC de bobina dupla é relativamente alto, principalmente devido à complexidade do processo de montagem da bobina e à adição da placa de controle de comutação do circuito.
③ A faixa de tensão operacional das bobinas (U_s) é pequena, normalmente variando de 85% U_e a 110% U_e (U_e representa a tensão operacional nominal do produto).
A principal vantagem de um contator CC de bobina dupla é que o consumo de energia durante a operação contínua das bobinas é baixo, denotado como P_hold, e não há geração de tensão reversa significativa (que foi suprimida pela placa de controle de comutação do circuito).

Os principais componentes estruturais do contator DC da placa de economia de energia incluem uma única bobina, uma placa de controle de circuito PWM, um mecanismo de reinicialização por mola e um sistema de contato. Seu princípio de funcionamento é que durante a fase de inicialização a bobina é alimentada com tensão plena (a fase de inicialização dura aproximadamente 130ms), e durante a fase de retenção a corrente é reduzida ajustando o ciclo de trabalho da saída de tensão (modulação por largura de pulso PWM). As principais desvantagens do contator DC da placa de economia de energia são as seguintes:

① O consumo de energia inicial é geralmente alto, ou seja, Pstart (durante a fase inicial), portanto a potência da fonte de alimentação necessária para uso é relativamente grande.
② O custo de fabricação do contator DC da placa de economia de energia é relativamente alto, principalmente devido ao processamento complexo do conjunto da bobina e à adição da placa de controle de economia de energia.
③ A capacidade anti-interferência eletromagnética (EMC) é fraca, principalmente porque existem vários novos ICs na placa de controle de economia de energia e depende do controle do programa de software.

As principais vantagens do contator DC da placa de economia de energia são que o consumo de energia de trabalho contínuo do produto é extremamente baixo, ou seja, o aumento da temperatura da bobina é baixo, a faixa de tensão de trabalho da bobina é ampla e não há tensão reversa significativa gerada (que foi suprimida pela placa de controle de economia de energia).

Em resumo, as diferenças entre os três diferentes métodos de controle de bobina de contatores CC estão resumidas na tabela a seguir.

	Bobina única	Bobina dupla	Placa de economia de energia
Iniciando atual	baixo	alto	alto
Mantenha-se atualizado	grande	baixo	baixo
Manter a força eletromagnética	Inalterado	Fique menor	Inalterado
Faixa de tensão operacional da bobina	85%-110% EUA	85%-110% EUA	宽电压
Aumento da temperatura da bobina	alto	baixo	baixo
Polaridade da bobina	Não polaridade	polaridade	polaridade
Força eletromotriz reversa	Sim	Não	Não