Nizka napetost, visok tok: električna stran 9V kartušnih grelnikov

Ko pogledamo 9V kartušni grelec z eno-glavo, so toplotne specifikacije za temperaturo in moč le del slike. Električne lastnosti, ki so omejene z osnovno potrebo po nizki napetosti, so prav tako pomembne in določajo zasnovo celotnega nosilnega sistema. Ohmov zakon (P=V²/R) ni le teorija; zakon je tisti, ki nadzoruje, kako del deluje.

Glavni oblikovalski izziv: zelo nizka odpornost

Glavni tehnični problem je prikazan z enačbo P=V²/R. Notranji upor (R) mora biti zelo nizek, da je moč uporabna pri samo 9 voltih. Na primer:

50 W grelnik pri 9 V potrebuje upor R=V²/P=81/50=1.62 ohmov​ in porabi I=P/V=5.6 amperov.

150 W grelnik pri 9 V potrebuje samo 0,54 ohma upora in porabi veliko energije, 16,7 A.

Zaradi te zelo nizke upornosti sta potrebna debela-odporna žica (ali posebne zlitine z nizko-upornostjo) in natančno navijanje, da se prilega majhnemu ovoju, ne da bi prišlo do kratkih stikov ali vročih točk. Zaradi tega se grelnik zelo razlikuje od visoko{3}}napetostnega grelnika, ki je enake velikosti in moči.

Sistemski učinki: omogočiti, da stvari delujejo z visokim tokom

Nizka napetost povzroči visok tok, ki vpliva na vsa področja električnega sistema:

Napajanje in ožičenje: Napajalnik mora biti sposoben zagotavljati potreben neprekinjen tok brez velikega padca napetosti. Pri dimenzioniranju ožičenja in konektorjev je treba upoštevati ne le napetost, ampak tudi tokovno moč. Uporaba premajhnih žic (na primer 22 AWG za obremenitev 10 A) bo povzročila nevaren padec napetosti in pregrevanje kablov, kar bo ukradlo energijo iz grelnika in povzročilo nevarnost požara. Uporabiti morate kratke, debele kable (16 AWG ali več).

Spreminjanje in krmiljenje delov: merilo za izbiro spremembe. Pri izbiri releja, kontaktorja ali polprevodniškega -releja (SSR) morate gledati na nazivni trajni tok, ne na nazivno napetost ali skupno moč sistema. Grelnik, ki deluje na 9 V in 200 W (22,2 A), porabi več energije kot grelec, ki deluje na 230 V in 3000 W (13 A). Nizko{10}}tokovni enosmerni SSR-ji ali AC-ocenjeni deli niso dovolj dobri.

Občutljivost na padec napetosti: Sistem je precej občutljiv na dodaten upor. Če ožičenje in povezave izgubijo celo 0,5 V, napetost na sponkah grelnika pade za več kot 5,5 %. To pomeni, da je grelna moč približno 11 % manjša, ker je izhodna moč povezana s kvadratom napetosti (P ​​∝ V²). Zelo pomembno je omejiti število povezovalnih točk in uporabiti visoko{6}}kakovostne zaključke.

Metodologija nadzora: Stopnja preklapljanja moči mora biti izvedena zelo previdno, čeprav algoritmi PID ostanejo enaki. Širinsko-impulzna modulacija (PWM) prek MOSFET-a je običajen in najučinkovitejši način za to za sisteme DC. Za zmanjšanje preklopnih izgub in nastajanja toplote mora imeti MOSFET zelo nizek-upor (R_DS(on)). Krmilno vezje mora upoštevati tudi možnost zagonskega toka, ki ga povzroča pozitivni temperaturni koeficient uporovne žice. Zaradi tega je lahko tok hladnega-zagona mnogokrat večji od toka-stacionarnega stanja.

Zaključek: električni sistem je na prvem mestu

Če želite uspešno namestiti 9V kartušni grelec, morate razumeti, da izdelujete visoko-tokovni enosmerni električni sistem z grelcem kot obremenitvijo. Električna zasnova, ki vključuje premer žice, priključno moč, zmogljivost stikalne naprave in krmilno elektroniko, mora biti izvedena z enako stopnjo skrbnosti kot toplotna integracija. Če ne boste pozorni na visoke-trenutne potrebe, sistem ne bo deloval dobro, deli bodo odpovedali in varnost bo ogrožena. Inženirji lahko zagotovijo, da grelnik dobi stabilno in močno moč, ki jo potrebuje za dobro in učinkovito delovanje, tako da že od samega začetka upoštevajo osnovna pravila električne energije.