Analiza radnog ciklusa: utjecaj životnog vijeka na EMR i SSR u brzom prebacivanju

P: Kakav je utjecaj radnih ciklusa na životni vijek EMR-a u odnosu na SSR-a u okruženjima s brzim promjenama?

Odgovor:

U industrijskoj automatizaciji i dizajniranju ormara, releji su temeljne komponente koje se koriste za uključivanje i isključivanje električnih opterećenja. Pri projektiranju sustava s operacijama prekidača visoke frekvencije (kao što su PID krugovi za kontrolu temperature u plastičnim ekstruderima ili pećnicama), inženjeri moraju birati između dvije različite tehnologije prekidača: elektromagnetnih releja (EMR) i solid-state releja (SSR). Primarna operativna varijabla koja određuje uspjeh i životni vijek tih releja je radni ciklus u kombinaciji s frekvencijom prekidača. Iako oba uređaja služe istoj osnovnoj svrsi kontrole opterećenja velike snage signalima male snage, njihove su unutarnje strukture potpuno različite. Te fizičke razlike znače da visokončasni radni ciklusi utječu na njihov operativni životni vijek na vrlo različite načine. U ovom vodiču za usporedbu između tvrtki analizira se fizika prekidača, mehanizmi kvarova EMR-ova i SSR-ova te se daju preporuke za određivanje prave tehnologije za vašu primjenu.

Razumijevanje osnova: Kako EMR i SSR djeluju

Da bismo razumjeli zašto radni ciklusi utječu na ove uređaje na različite načine, moramo pogledati kako su konstruirani:

• Elektromagnetski relej (EMR): EMR je mehanički prekidač. Koristi nizko napetostni upravljački spojnik za stvaranje magnetnog polja. To magnetno polje vuče pokretnu armaturu koja fizički zatvara ili otvara električne metalne kontakte. Kada se struja u zavojnici isključi, unutarnja opruga vraća armaturu u mirno mjesto.
  
• Sredstva za upravljanje energijom: Koristi poluprovodničke prekidače za napajanje (kao što su tiristori ili trijakovi) za kontrolu opterećenja. "Sistem za upravljanje" ili "sistem za upravljanje" koji je opremljen ili osposobljen za: Kada se primjenjuje ulazni napon, unutarnja LED svjetli, aktivirajući prekidač poluprovodnika kako bi se omogućio protok struje.
  

U skladu s člankom 4. stavkom 2.

U industrijskim sustavima upravljanja radni ciklus predstavlja odnos aktivnog vremena uključivanja na ukupno vrijeme ciklusa. Naprimjer, ako grijanje treba raditi na 50 posto energije, upravljač može uključiti grijanje na 5 sekundi i isključiti ga na 5 sekundi (ukupno 10 sekundi, što predstavlja 50 posto radnog ciklusa). To znači da relej uključuje i isključuje se šest puta u minuti.

Ako sustav zahtijeva veću preciznost, upravljač može smanjiti vrijeme ciklusa na 2 sekunde, uključivši ga na 1 sekundu i isključivši ga na 1 sekundu (još uvijek 50 posto radnog ciklusa, ali sada se učestalost prekida povećava na 30 puta u minuti). Ovo brzo prekidač visoke frekvencije je ono što razgrađuje elektromehaničke i poluprovodničke prekidače drugačije.

Utjecaj brzog prelaska na EMR na životni vijek

Elektromehanički releji vrlo su osjetljivi na habanje kada su izloženi brzim frekvencijama prekida, bez obzira na postotak radnog ciklusa. Njihov životni vijek određuje dva glavna faktora:

1. za Mehanička iscrpljenost: Svaki ciklus EMR-a uključuje fizičko kretanje. Vratna opruga podvrgnuta je mehaničkom naponu, a armatura udari na metalnu zamah. Nakon milijun ciklusa, povratna opruga gubi napetost ili se prekida. Standardni EMR je namijenjen za otprilike 10 milijuna mehaničkih operacija pod nultom opterećenjem.

2. - Što? Električna erozija luka: primarni mehanizam neuspjeha EMR kontakata pod opterećenjem je električni luk. Kada se kontaktni ventili otvore ili zatvore, kroz uski otvor zračenja se napravi mali luk. Ovaj luk visoke temperature topi malu količinu materijala koji je u kontaktu. S vremenom, to dovodi do prijenosa materijala, visokog otpora kontakta i na kraju kontaktnog zavarivanja. U slučaju brzog prekida, kontaktna površina nema dovoljno vremena za hlađenje između ciklusa, što ubrzava stopu erozije i mikrovaljenja. Pod standardnim električnim opterećenjem, životni vijek EMR-a opada sa 10 milijuna ciklusa na 100.000 ili 500.000 operacija.
Ako se EMR prekine jednom u 10 sekundi, u jednoj godini, koja traje 24 sata dnevno, prikupit će se oko 3,1 milijuna ciklusa operacija, što znači da će vjerojatno propasti u roku od nekoliko mjeseci. Stoga su EMR-ovi vrlo neprikladni za okruženja s brzim, visokim frekvencijama.

Utjecaj brzog prelaska na SSR na životni vijek

Budući da relejovi u čvrstom stanju nemaju pokretne dijelove ili mehaničke kontakte, ne pate od mehaničkog oštećenja ili električnog luka. Pod okruženjem brzog prebacivanja, električni životni vijek SSR-a je teoretski beskonačan. Međutim, na SSR-ove životne vijeke jako utječe toplinski stres i toplinski ciklus.

1. za Temperatura spoja i proizvodnja toplote: Kada je poluprovodnik aktivan, on pokazuje mali pad unutarnjeg naponu preko svojih terminala (obično 1,0 do 1,6 volti). Ovaj pad napona pomnožen s strujom opterećenja stvara značajnu unutarnju toplinu (približno 1 do 1,5 W na ampere struje opterećenja). Na primjer, opterećenje od 30 A na SSR stvara 30 do 45 W topline unutar male poluprovodničke matice.

2. - Što? Termalna umor od toplinskog ciklusa: U okruženju brzog prekida, unutarnji poluprovodnik se zagrijava tijekom ciklusa uključivanja i hladi tijekom ciklusa isključivanja. Ova brza, ponavljajuća se fluktuacija temperature uzrokuje stres toplinske ciklusa. Tijekom milijuna brzih toplinskih ciklusa, ponavljajuće širenje i kontrakcija može slomiti spojeve lemova, delaminirati poluprovodnički oblog od supstrata i uzrokovati kvar uređaja.

3. Slijedi sljedeće: U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, SSR-ovi moraju biti opremljeni s sustavom za upravljanje toplinom. U slučaju da se radi o proizvodnji električne energije, potrebno je osigurati da se u skladu s tim kriterijima i u skladu s člankom 6. stavkom 3.

DAQCN rješenja za prebacivanje

DAQCN je vodeći proizvođač visokokvalitetnih industrijskih elektromehaničkih releja i solid-state releja. Naši EMR-ovi su dizajnirani s teškim srebrnim kontaktima od tin oksida za maksimalnu otpornost luka u općim niskofrekventnim aplikacijama. Za zahtjeva okruženja za brzo prebacivanje, nudimo robusnu liniju DIN šina i SSR-ova na ploči s naprednim SCR izlazima, integrisanom zaštitom od previsoke temperature i aluminijumskim rastopačima dizajniranim po potrebi.

Zaključak

Izbor između elektromehaničkog releja i solidnog releja u okruženjima s brzim prekidanjem je odluka koja je vođena fizikom nošenja. Za niskofrekventne primjene (kao što su sigurnosna isključenja koja se ponavljaju nekoliko puta dnevno), EMR-ovi su vrlo isplativi i pružaju odličnu fizičku izolaciju. Međutim, za visokončaste brze kružne vezive (kao što su PID kontrole grijanja), mehanički kontakti i lukovi EMR-ova dovest će do prijevremenog kvara u roku od nekoliko tjedana ili mjeseci. U tim okruženjima SSR-ovi su standardni izbor, nudeći beskonačne cikluse prekida pod uvjetom da su opremljeni odgovarajućim toplinskim upravljanjem. Uložite u pravu tehnologiju prekidača danas s DAQCN. Kontaktirajte naš tim za tehničku podršku kako biste analizirali radne cikluse vašeg sustava i odabrali idealne EMR ili SSR komponente za vaš projekt.