Giới thiệu ba phương pháp điều khiển cuộn dây của Công tắc tơ DC

Giới thiệu về ba loại dựa trên phương pháp điều khiển cuộn dây của chúng: điều khiển cuộn dây đơn, điều khiển cuộn dây kép và điều khiển bảng tiết kiệm năng lượng (tức là bảng điều khiển PLC + điều khiển cuộn dây đơn). Bài viết này so sánh cấu trúc, nguyên lý làm việc và đặc tính tiêu thụ năng lượng của công tắc tơ DC với các phương pháp điều khiển cuộn dây đơn, cuộn dây kép và điều khiển PLC, đồng thời phân tích ưu điểm, nhược điểm và khả năng ứng dụng của chúng.

Các thành phần chính của công tắc tơ DC một cuộn dây bao gồm một cuộn dây đơn, cơ cấu đặt lại lò xo và hệ thống tiếp điểm. Nguyên lý làm việc của nó là khi cuộn dây được cấp điện liên tục sẽ tạo ra một từ trường làm cho phần ứng di chuyển lên trên, đưa tiếp điểm chuyển động lại gần tiếp điểm đứng yên, tiếp điểm thường mở được nối. Khi cuộn dây bị mất điện, lực hút điện từ sẽ biến mất, khiến tiếp điểm chuyển động trở về vị trí ban đầu, do đó tiếp điểm thường mở bị ngắt kết nối.

Là thành phần cốt lõi của hệ thống điều khiển nguồn, hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng của công tắc tơ DC ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống. Nói chung, công tắc tơ DC có thể được phân loại nguyên vẹn với tiếp điểm cố định. Khi nguồn điện bị cắt, lò xo đặt lại và các tiếp điểm chuyển động và cố định tách ra. Những nhược điểm chính của công tắc tơ DC cuộn dây đơn như sau:

① Nói chung, mức tiêu thụ năng lượng tương đối cao, tức là P = I⊃2; * R (với hoạt động toàn dòng I = Us/R), do đó độ tăng nhiệt của cuộn dây của contactor DC một cuộn dây thường là cao nhất.

② Khi mạch điều khiển cuộn dây của công tắc tơ DC một cuộn dây bị ngắt điện, một lực điện động ngược lớn sẽ được tạo ra. Đối với các contactor DC có điện áp điều khiển là 12V DC hoặc 24V DC, hàng trăm volt điện áp ngược sẽ được tạo ra tại thời điểm cuộn dây ngắt điện. Giải pháp phổ biến là mắc song song một diode quay tự do trong mạch điều khiển cuộn dây (phương pháp này thường dẫn đến thời gian nhả các tiếp điểm chính lâu hơn khi contactor DC mất điện, do đó, diode TVS hoặc diode quay tự do mắc nối tiếp với diode zener thường được sử dụng song song với mạch điều khiển cuộn dây).

③ Dải điện áp hoạt động của cuộn dây (Us) nhỏ, thường từ 85% Ue đến 110% Ue (Ue đại diện cho điện áp hoạt động định mức của sản phẩm).
Ưu điểm chính của công tắc tơ DC cuộn dây đơn là chi phí sản xuất thấp và khả năng chống nhiễu điện từ (EMC) mạnh.

Cấu trúc chính của công tắc tơ DC cuộn dây kép bao gồm cuộn dây khởi động (dòng điện cao), cuộn dây giữ (dòng điện thấp), bảng điều khiển chuyển mạch, cơ cấu đặt lại lò xo và hệ thống tiếp điểm. Nguyên lý làm việc của nó là khi cuộn dây được cấp nguồn ban đầu, cuộn dây khởi động và cuộn dây giữ được kết nối song song và được cấp điện đồng thời, tạo ra một trường điện từ mạnh để cung cấp đủ lực điện từ ban đầu, kéo dài trong khoảng 130 ms. Sau đó, bảng điều khiển chuyển mạch cắt đứt cuộn dây khởi động, chỉ để lại cuộn dây giữ hoạt động liên tục, cung cấp một từ trường thích hợp để duy trì trạng thái đóng bình thường của sản phẩm. Những nhược điểm chính của công tắc tơ DC cuộn dây kép như sau:

① Công suất khởi động tương đối cao, ký hiệu là P_start nên cần nguồn điện có công suất cao.
② Chi phí sản xuất công tắc tơ DC cuộn dây kép tương đối cao, chủ yếu là do quá trình lắp ráp cuộn dây phức tạp và việc bổ sung bảng điều khiển chuyển mạch.
③ Dải điện áp hoạt động của cuộn dây (U_s) nhỏ, thường dao động từ 85% U_e đến 110% U_e (U_e đại diện cho điện áp hoạt động định mức của sản phẩm).
Ưu điểm chính của công tắc tơ DC cuộn dây kép là mức tiêu thụ điện năng trong quá trình hoạt động liên tục của cuộn dây thấp, ký hiệu là P_hold và không tạo ra điện áp ngược đáng kể (đã bị triệt tiêu bởi bảng điều khiển chuyển mạch).

Các thành phần cấu trúc chính của công tắc tơ DC bảng tiết kiệm năng lượng bao gồm một cuộn dây đơn, bảng điều khiển mạch điện xung lực, cơ cấu đặt lại lò xo và hệ thống tiếp điểm. Nguyên lý làm việc của nó là trong giai đoạn khởi động, cuộn dây được cung cấp điện áp đầy đủ (giai đoạn khởi động kéo dài khoảng 130ms) và trong giai đoạn giữ, dòng điện giảm bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc của điện áp đầu ra (điều chế độ rộng xungPWM). Những nhược điểm chính của công tắc tơ DC bảng tiết kiệm năng lượng như sau:

① Mức tiêu thụ điện năng khởi động thường cao, tức là Pstart (trong giai đoạn khởi động), do đó nguồn điện cần thiết để sử dụng là tương đối lớn.
② Chi phí sản xuất công tắc tơ DC bảng tiết kiệm năng lượng tương đối cao, chủ yếu là do quá trình xử lý phức tạp của cụm cuộn dây và việc bổ sung bảng điều khiển tiết kiệm năng lượng.
③ Khả năng chống nhiễu điện từ (EMC) yếu, chủ yếu là do có nhiều IC mới trên bảng điều khiển tiết kiệm năng lượng và nó phụ thuộc vào điều khiển chương trình phần mềm.

Ưu điểm chính của công tắc tơ DC bảng tiết kiệm năng lượng là mức tiêu thụ năng lượng làm việc liên tục của sản phẩm cực kỳ thấp, tức là nhiệt độ cuộn dây tăng thấp, dải điện áp làm việc của cuộn dây rộng và không có điện áp ngược đáng kể được tạo ra (đã bị bảng điều khiển tiết kiệm năng lượng triệt tiêu).

Tóm lại, sự khác biệt giữa ba phương pháp điều khiển cuộn dây khác nhau của công tắc tơ DC được tóm tắt trong bảng sau,

	cuộn dây đơn	cuộn dây đôi	Bảng tiết kiệm năng lượng
Dòng khởi động	thấp	cao	cao
Duy trì hiện tại	to lớn	thấp	thấp
Duy trì lực điện từ	Không thay đổi	Trở nên nhỏ hơn	Không thay đổi
Dải điện áp hoạt động của cuộn dây	85%-110% Mỹ	85%-110% Mỹ	宽电压
Tăng nhiệt độ cuộn dây	cao	thấp	thấp
Phân cực cuộn dây	Không phân cực	sự phân cực	sự phân cực
Lực điện động ngược	Đúng	KHÔNG	KHÔNG