أصبحت العدادات الذكية العمود الفقري للبنية التحتية الحديثة للمرافق، مما يتيح المراقبة عن بعد، والتحكم في الأحمال، والفصل الآلي أو إعادة توصيل خدمة الكهرباء. في قلب وظيفة التبديل هذه يكمن عنصر حاسم يعرف باسم تتابع الإغلاق المغناطيسي . على عكس المرحلات الكهروميكانيكية التقليدية التي تتطلب طاقة مستمرة للحفاظ على حالة التبديل، فإن هذا النوع من المرحلات يستهلك الطاقة فقط أثناء لحظة التبديل، مما يجعله مناسبًا بشكل استثنائي لتطبيقات القياس التي تعمل بالبطارية أو الموفرة للطاقة.
ومع توجه شركات المرافق نحو شبكات أكثر ذكاءً وبنية تحتية يتم التحكم فيها عن بعد، فقد زاد الطلب على المكونات التي تجمع بين الاستهلاك المنخفض للطاقة والموثوقية الميكانيكية على المدى الطويل بشكل كبير. يستكشف هذا المقال الأسباب الفنية وراء كون هذا النوع من المرحلات هو الاختيار القياسي في تصميم العدادات الذكية، ويغطي مبدأ عمله، وسلوك الدائرة، والمقارنة مع أنواع المرحلات الأخرى، والاعتبارات العملية للمهندسين الذين يختارون مكونات أنظمة القياس.
A تتابع الإغلاق يعمل على مبدأ مختلف جذريًا مقارنة بالمرحلات القياسية. بدلاً من الاعتماد على التنشيط المستمر للملف لتثبيت نقاط الاتصال في مكانها، فإنه يستخدم مغناطيسًا دائمًا أو مزلاجًا ميكانيكيًا للحفاظ على آخر موضع تم التبديل فيه حتى بعد إزالة الطاقة. وهذا يعني أن المرحل يظل في حالة "التشغيل" أو "الإيقاف" إلى أجل غير مسمى حتى ترشده إشارة نبضية جديدة إلى التغيير.
يمكن تقسيم تسلسل العمل الأساسي إلى مراحل متميزة:
آلية النبض والثبات هذه هي ما يسمح بـ تتابع مزلاج لسحب الطاقة لمدة ميلي ثانية فقط أثناء التبديل، بدلاً من استهلاكها بشكل مستمر، وهو ما يترجم بشكل مباشر إلى توفير كبير في الطاقة عبر عمليات نشر العدادات واسعة النطاق.
لفهم سبب تفضيل مصممي العدادات الذكية لهذا المكون، من المفيد مقارنة سلوكه بشكل مباشر مع المرحلات القياسية التي تعتمد على الاحتفاظ المستمر بالتيار.
| مميزة | مزلاج مغناطيسيing Relay | التتابع التقليدي |
|---|---|---|
| القدرة على الحفاظ على الدولة | لا شيء مطلوب | المستمر عقد الحالي اللازمة |
| استهلاك الطاقة مع مرور الوقت | منخفض جدًا، نبض فقط | رسم أعلى وثابت |
| السلوك أثناء انقطاع التيار الكهربائي | يحتفظ بحالة التبديل الأخيرة | يعود إلى الوضع الافتراضي |
| توليد الحرارة | الحد الأدنى، لا يوجد تيار مستمر | ملحوظ خلال فترات الانتظار الطويلة |
| ملاءمة أنظمة النسخ الاحتياطي للبطارية | عالية | محدودة |
يسلط هذا الجدول الضوء على ميزة تشغيلية رئيسية: في السيناريو الذي يتم فيه انقطاع طاقة الشبكة، فإن العداد الذكي الذي يستخدم مرحلًا قياسيًا سيفقد حالة التحويل الخاصة به ويعود افتراضيًا إلى حالة محددة مسبقًا. عداد مجهز ب تتابع الإغلاق يحتفظ بموضع الاتصال الدقيق، وهو أمر ضروري للحفاظ على استمرارية الفواتير الدقيقة وتجنب انقطاع الخدمة غير المقصود.
يتم استخدام متغيرين هيكليين شائعين اعتمادًا على مدى تعقيد متطلبات التبديل: تصميمات الملف الفردي وتكوينات الرمية المزدوجة ذات القطب المزدوج.
A تتابع الإغلاق بملف واحد يستخدم ملفًا واحدًا للتحكم في كل من عمليات الضبط وإعادة الضبط من خلال قطبية النبض المعكوسة. هذا التصميم صغير الحجم وفعال من حيث التكلفة، مما يجعله خيارًا شائعًا لوظائف التشغيل/إيقاف التشغيل الأساسية في العدادات الذكية السكنية حيث لا يلزم سوى مفتاح تحميل بسيط.
A تتابع الإغلاق dpdt يوفر التكوين مجموعتين مستقلتين من تبديل جهات الاتصال التي يتم التحكم فيها في وقت واحد. وهذا مفيد بشكل خاص في تطبيقات القياس التي تتطلب تبديل دوائر متعددة في وقت واحد، مثل فصل دائرة الحمل عن دائرة الإشارة أو المراقبة، أو دعم مسارات التبديل الزائدة للتركيبات الحرجة للسلامة.
في إعدادات القياس متعددة المراحل أو ثنائية الدائرة، تسمح تكوينات DPDT لنبضة تحكم واحدة بمزامنة تبديل مسارين منفصلين للتيار، مما يقلل من اختلافات التوقيت بين الدوائر.
بناء فعالة تتابع الإغلاق circuit تتطلب تطبيقات العدادات الذكية الاهتمام بالعديد من عوامل التصميم بما يتجاوز مجرد اختيار المرحل نفسه.
A تتابع الإغلاق 12 فولت هي فئة جهد شائعة تستخدم في تطبيقات القياس ولوحة التحكم لأنها تتوافق جيدًا مع مصادر طاقة التحكم القياسية ذات الجهد المنخفض الموجودة بالفعل في العديد من تصميمات العدادات الذكية. يوفر مستوى الجهد هذا توازنًا عمليًا بين حساسية الملف وحصانة الضوضاء، مما يقلل من خطر التبديل غير المقصود من التداخل الكهربائي على خط التحكم.
| عنصر التصميم | الممارسة النموذجية | السبب |
|---|---|---|
| عرض النبض | مدة قصيرة ومضبوطة | يضمن مزلاج كامل دون استخدام الطاقة الزائدة |
| دائرة السائق | مرحلة الجسر H أو الترانزستور المزدوج | يسمح بنبض ثنائي الاتجاه للضبط وإعادة الضبط |
| ديود الحماية | وضعت عبر محطات الملف | يقمع الرشوة الاستقرائي |
| السيطرة على الجهد | مطابقة لتصنيف لفائف التتابع | يمنع تحت أو أكثر من قيادة الملف |
تعمل معدات القياس من فئة المنفعة وفقًا لتوقعات موثوقية صارمة طويلة المدى، وغالبًا ما تحتاج إلى العمل دون صيانة لأكثر من عقد من الزمن. تشرح العديد من العوامل العملية سبب تحول فئة الترحيل هذه إلى آلية التبديل المفضلة في هذه البيئة.
عبر ملايين العدادات المنشورة، حتى التخفيض الطفيف في سحب الطاقة الاحتياطية لكل جهاز يُترجم إلى توفير كبير في الطاقة على مستوى الشبكة، حيث إن الاحتفاظ بمرحلات التيار من شأنه أن يستهلك الطاقة بشكل مستمر لسنوات.
نظرًا لأنه يتم الحفاظ على موضع التبديل ميكانيكيًا ومغناطيسيًا، يحتفظ جهاز القياس بحالة الاتصال أو الانفصال من خلال انقطاع الطاقة، مما يؤدي إلى تجنب أحداث إعادة الاتصال أو الانفصال غير المقصودة.
يؤدي انخفاض تدفق التيار المستمر عبر الملف إلى تقليل تراكم الحرارة الداخلية، مما يؤدي بدوره إلى إبطاء تدهور المواد العازلة وإطالة العمر التشغيلي لآلية التبديل.
تتكامل طريقة التحكم القائمة على النبض بشكل طبيعي مع بروتوكولات الاتصال الرقمية المستخدمة في أنظمة الشبكة الذكية، مما يسمح لمشغلي المرافق بإطلاق أوامر الاتصال وقطع الاتصال عن بعد بأقل قدر من تعقيد الإشارة.
يعتمد اختيار المرحل المناسب لتطبيق القياس على العديد من المعلمات التقنية التي يجب تقييمها معًا وليس بشكل منفصل.
| المعلمة | لماذا يهم؟ |
|---|---|
| تصنيف التبديل الحالي | يجب أن يتجاوز الحد الأقصى المتوقع لتيار الحمل بهامش مناسب |
| فئة الجهد لفائف | يجب أن يتوافق مع قوة التحكم المتاحة، مثل مرحل الإغلاق 12 فولت لأنظمة التحكم ذات الجهد المنخفض |
| تكوين الاتصال | عمود واحد للتبديل البسيط، وdpdt للتحكم في الدوائر المتعددة |
| تصنيف التحمل الميكانيكي | يشير إلى دورات التبديل المتوقعة على مدى عمر المنتج |
| نطاق درجة حرارة التشغيل | يجب أن يستوعب درجات الحرارة القصوى في الهواء الطلق أو في محيطه |
يجب على المهندسين أيضًا مراعاة العزل البيئي، حيث يتم تركيب العديد من العدادات في الهواء الطلق أو في حاويات معرضة للرطوبة وتقلبات درجات الحرارة. سيحافظ المرحل الذي يحتوي على مواد تلامس مناسبة مانعة للتسرب ومقاومة للتآكل على أداء تحويل موثوق به عبر الظروف الموسمية.
يكمن الاختلاف الرئيسي في كيفية الحفاظ على حالة التبديل. يتطلب المرحل القياسي تيارًا مستمرًا للملف لتثبيت نقاط الاتصال الخاصة به في موضعها، بينما يستخدم تصميم الإغلاق مزلاجًا مغناطيسيًا أو ميكانيكيًا للحفاظ على الحالة دون طاقة مستمرة، ولا يتطلب سوى نبضة قصيرة لتغيير الموضع.
غالبًا ما يتم نشر العدادات الذكية بأعداد كبيرة وقد تعتمد على مصادر طاقة احتياطية محدودة. يؤدي تقليل استهلاك الطاقة الاحتياطية إلى تحسين كفاءة النظام بشكل عام وإطالة مدة النسخ الاحتياطي للبطارية أثناء انقطاع الخدمة.
يتحكم تصميم ملف واحد في ضبط الوظائف وإعادة ضبطها من خلال قطبية النبض المعكوسة على ملف واحد، وهو مناسب لمهام التبديل البسيطة. يوفر تصميم dpdt مسارين مستقلين للتبديل يتم التحكم فيهما معًا، وهو مفيد للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا متزامنًا متعدد الدوائر.
نعم، هذه إحدى خصائصه المميزة. نظرًا لأن موضع الاتصال يتم تثبيته مغناطيسيًا أو ميكانيكيًا وليس كهربائيًا، فإن المرحل يحتفظ بحالته الأخيرة حتى عند إزالة طاقة التحكم.
تستخدم العديد من تصميمات لوحات القياس والتحكم مرحل إغلاق بجهد 12 فولت، حيث يتوافق هذا الجهد بشكل جيد مع مصادر طاقة التحكم ذات الجهد المنخفض الشائعة ويوفر توازنًا عمليًا بين الحساسية ومقاومة الضوضاء.
يعتمد العمر الافتراضي على تردد التبديل، وتيار الحمل، والظروف البيئية، ولكن نظرًا لأن هذه المرحلات تتجنب التسخين المستمر للملف، فإنها تواجه عمومًا تدهورًا أبطأ للمكونات مقارنة بالمرحلات التي تعتمد على تيار ثابت.
حقوق النشر © 2015-2021, شركة تشجيانغ تشونغشين لتكنولوجيا الطاقة الجديدة المحدودة جميع الحقوق محفوظة للدعم الفني:السحابة الذكية الشركات المصنعة للمرحلات الكهرومغناطيسية مصنع المرحلات الصينية
إنجليزي
