كيف خارج تأخير التبديلات إبقاء التوقيت بعد قوة يموت: مكثف سر 

عندما ينقطع التيار الكهربائي، يستمر المؤقت في العمل

يتوقف المحرك. يتم قطع التيار الكهربائي.

ولكن مروحة التبريد الخاصة بك تحتاج إلى العمل لمدة 60 ثانية أخرى لمنع تلف المحامل الناتج عن الحرارة المتبقية. مع مؤقت إلكتروني قياسي، في اللحظة التي تقطع فيها الطاقة عن المرحل، تموت دائرة التوقيت ويتوقف المروحة على الفور. بعد ثلاث دقائق، ستنظر إلى محمل تالف واستبدال محرك بتكلفة 8000 دولار - كل ذلك لأن المؤقت الإلكتروني “الذكي” الخاص بك لم يتمكن من البقاء على قيد الحياة بعد انقطاع التيار الكهربائي لمدة 60 ثانية.

إذن كيف تحصل على توقيت موثوق به عندما يكون مصدر الطاقة قد انتهى بالفعل؟

مفارقة الطاقة: لماذا تحتاج المؤقتات الإلكترونية إلى ما فقدته

المفارقة هنا: من المفترض أن تكون مرحلات التوقيت الإلكترونية أكثر ذكاءً من سابقاتها الهوائية - أصغر حجمًا وأرخص وأكثر دقة. وهي كذلك، حتى اللحظة التي تحتاج إليها للعمل بدون طاقة.

تتطلب مرحلات التأخير الزمني الإلكترونية القياسية جهد إدخال مستمر طوال فترة التوقيت بأكملها. تحتاج المعالجات الدقيقة أو دائرة التوقيت RC إلى الكهرباء للعد. تحتاج ملفات مرحل الإخراج إلى الكهرباء للبقاء نشطة. اقطع الطاقة، وسوف ينهار النظام بأكمله على الفور - يتوقف التوقيت، ويفتح المرحل، ويتوقف الحمل الخاص بك.

إنه مثل ساعة رقمية تتوقف عن العمل في اللحظة التي تفصلها فيها.

لم يكن لدى المؤقتات الهوائية هذه المشكلة. عندما تقطع الطاقة عن صمام الملف اللولبي للمؤقت الهوائي، ظلت جهات الاتصال في حالتها المتغيرة بينما يتسرب الهواء المضغوط ببطء من خلال فتحة قابلة للتعديل - لا توجد طاقة مستمرة مطلوبة. كانت آلية التوقيت ميكانيكية، مدفوعة بضغط الهواء، وليس المنطق الإلكتروني. كانت ضخمة ومكلفة (200-400 دولار)، ومقتصرة على نطاقات توقيت ثابتة، لكنها عملت عندما انقطعت الطاقة.

جلبت السبعينيات مرحلات توقيت الحالة الصلبة مع دوائر RC ولاحقًا معالجات دقيقة - تحسينات هائلة في الحجم والتكلفة والمرونة. لكن تطبيقات الاستبدال اصطدمت بجدار. اكتشف المهندسون الذين يحددون بدائل التحديث التحديثي للمؤقتات الهوائية أن وحداتهم الإلكترونية الجديدة الأنيقة فشلت في السيناريو المحدد الذي تفوقت فيه المؤقتات الهوائية: التوقيت بعد إزالة الطاقة.

طالب السوق بحل. احتاج المصنعون إلى دقة إلكترونية مع تشغيل “ما بعد الطاقة” على غرار المؤقتات الهوائية.

أدخل “مرحل التأخير الحقيقي” - ويسمى أيضًا “مؤقت الطاقة الشبح”.”

مؤقت الطاقة الشبح: ثلاث طرق لتخزين الطاقة بعد انقطاع التيار الكهربائي

تحل مرحلات التأخير الحقيقي مفارقة الطاقة عن طريق حمل مصدر الطاقة الخاص بها على متنها. عند إزالة طاقة الإدخال، لا يموت المرحل - بل يتحول إلى الطاقة المخزنة ويستمر في التوقيت كما لو لم يحدث شيء.

هناك ثلاث طرق لتحقيق ذلك، ولكل منها مقايضات مختلفة:

الطريقة الأولى: تفريغ المكثف (الأكثر شيوعًا)

يشحن المكثف إلى جهد الإمداد أثناء تطبيق الطاقة. عند قطع الطاقة، يتم تفريغ المكثف ببطء من خلال ملف المرحل ودائرة التوقيت، مما يحافظ على كل شيء حيًا لفترة التأخير المحددة مسبقًا.

فكر في الأمر على أنه “الأنفاس الأخيرة للمكثف”- تلك الشحنة الكهربائية المخزنة تنطلق تدريجيًا، وتشغل ملف المرحل لفترة كافية لإكمال دورة التوقيت.

يخزن مكثف 2200μF عند 12 فولت ما يقرب من 0.16 جول من الطاقة. هذا لا يبدو كثيرًا - إنه طاقة أقل من رفع مشبك ورق مترًا واحدًا - ولكنه يكفي للحفاظ على تنشيط ملف مرحل 12 فولت (مقاومة نموذجية 85 أوم، واستهلاك طاقة 140 ميجاوات) لمدة 5-10 ثوانٍ، اعتمادًا على جهد التسرب للمرحل.

قم بتوسيع ذلك إلى مكثف 10000μF، وستنظر إلى 30-60 ثانية من التوقيت دون أي طاقة خارجية.

الطريقة الثانية: مرحل الإغلاق + مكثف صغير (الأكثر كفاءة)

بدلاً من تشغيل ملف مرحل قياسي باستمرار، استخدم مرحل إغلاق (ثنائي الاستقرار) يقفل ميكانيكيًا في مكانه عند تنشيطه، ولا يتطلب تيارًا ثابتًا. عند قطع الطاقة، يحتاج مكثف صغير فقط إلى توفير طاقة كافية لإلغاء قفل المرحل بعد التأخير المحدد مسبقًا - ربما 50-100 مللي ثانية من طاقة النبض بدلاً من 60 ثانية من التيار المستمر.

يتطلب هذا النهج ما يقرب من 1/10 من حجم المكثف لنفس مدة التوقيت. يمكن لمكثف 470μF تحقيق ما يتطلبه 4700μF بالطريقة الأولى.

المقايضة؟ تكلف مرحلات الإغلاق 2-3 مرات أكثر من المرحلات القياسية، ودائرة توقيت إلغاء القفل أكثر تعقيدًا. أنت تستبدل تكلفة المكون بحجم المكثف.

الطريقة الثالثة: بطارية صغيرة (أطول فترة تعليق)

لفترات التوقيت التي تتجاوز بضع دقائق، أو للتطبيقات التي تتطلب سنوات من موثوقية الاستعداد، يمكن لخلية عملة ليثيوم صغيرة (CR2032 أو ما شابه ذلك) تشغيل دائرة التوقيت إلى أجل غير مسمى.

لا تقوم البطارية بتشغيل ملف مرحل الإخراج - فهذا سيستنزفه في غضون ساعات. بدلاً من ذلك، فإنه يشغل فقط المعالج الدقيق ومنطق التوقيت، اللذين يستهلكان ميكرو أمبير. عند انتهاء فترة التوقيت، يطلق المعالج الدقيق الذي يعمل بالبطارية نبضة صغيرة مخزنة في المكثف لإسقاط مرحل الإخراج.

المزايا: قدرة توقيت طويلة للغاية (دقائق إلى ساعات)، لا يوجد تدهور في المكثف بمرور الوقت.

العيوب: متطلبات استبدال البطارية (كل 3-5 سنوات)، وتكلفة أولية أعلى، واعتبارات تنظيمية للتخلص من البطارية.

بالنسبة لبقية هذه المقالة، سنركز على الطريقة الأولى - توقيت تفريغ المكثف - لأنها الحل الأكثر شيوعًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة والأبسط ميكانيكيًا.

كيف يصبح المكثف ساعة: ثوابت وقت RC موضحة

يتطلب فهم كيفية تحول الشحنة المخزنة إلى توقيت دقيق فهم تفريغ المكثف من خلال المقاوم - دائرة RC الأساسية.

مرحلة الشحن: تخزين طاقة الشبح

عند تطبيق الطاقة على مرحل تأخير حقيقي، يحدث شيئان في وقت واحد: يتم تنشيط مرحل الإخراج (إغلاق أو فتح جهات الاتصال حسب التطبيق)، ويشحن مكثف التخزين من خلال مقاوم شحن إلى جهد الإمداد.

تتبع الطاقة المخزنة في مكثف مشحون بالكامل صيغة بسيطة:

E = ½CV²

أين:

• E = الطاقة (جول)
• C = السعة (فاراد)
• V = الجهد (فولت)

بالنسبة لمكثف 2200μF مشحون إلى 12 فولت:

E = ½ × 0.0022F × (12V)² = 0.158 جول

هذه طاقة كافية للحفاظ على تنشيط ملف مرحل 12 فولت/85 أوم (الطاقة = V²/R = 1.69 واط) لمدة 0.094 ثانية تقريبًا... إذا قمت بتفريغه على الفور بكامل الطاقة.

ولكنك لا تفعل ذلك. المكثف يفرغ تدريجيا من خلال مقاومة ملف المرحل، وهذا هو المكان الذي يحدث فيه سحر التوقيت.

مرحلة التفريغ: قاعدة 37٪

عند إزالة طاقة الإدخال، يبدأ المكثف في التفريغ من خلال مقاومة ملف المرحل. لا ينخفض الجهد عبر المكثف خطيًا - بل يتبع منحنى اضمحلال أسي تحكمه ثابت وقت RC:

τ (تاو) = R × C

أين:

• τ = ثابت الوقت (ثواني)
• R = المقاومة (أوم)
• C = السعة (فاراد)

إليك الجزء الجميل: بعد ثابت وقت واحد بالضبط (τ)، سينخفض الجهد إلى 37٪ من قيمته الأولية.

ليس 40٪. ليس 35٪. 37٪ بالضبط (في الواقع 36.8٪، أو بدقة أكبر، 1/e حيث e ≈ 2.718).

هذا ليس تعسفيًا - إنه مخبوز في الدالة الأسية التي تحكم تفريغ RC:

V(t) = V₀ × e^(-t/τ)

عند t = τ: V(τ) = V₀ × e^(-1) = V₀ × 0.368 = 37٪ من V₀

لماذا هذا مهم: كل ثابت وقت إضافي يخفض الجهد بمقدار 37٪ أخرى من المتبقي الجهد.

• عند 1τ: 37٪ متبقية (63٪ تم تفريغها)
• عند 2τ: تبقى 13.51% (تم تفريغ 86.51%)
• عند 3τ: تبقى 5% (تم تفريغ 95%)
• عند 5τ: تبقى 99%)

لترحيل 12 فولت الخاص بنا مع ملف 85Ω ومكثف 2200μF:

τ = 85Ω × 0.0022F = 0.187 ثانية

بعد 0.187 ثانية، سيكون الجهد عبر المكثف (وبالتالي عبر ملف الترحيل) 4.4 فولت. بعد 0.374 ثانية (2τ)، سيكون 1.6 فولت. بعد 0.56 ثانية (3τ)، سيكون 0.6 فولت فقط.

ولكن هنا السؤال الحاسم: عند أي جهد يتحرر ملف الترحيل فعليًا؟

خدعة التساقط: لماذا يكون التوقيت الفعلي أطول مما تتوقعه الرياضيات

لا يحتاج ترحيل 12 فولت إلى 12 فولت للبقاء نشطًا بمجرد سحبه.

إن جهد الالتقاط (الجهد المطلوب لتنشيط ترحيل غير نشط في البداية) هو عادةً 75-85% من الجهد المقنن - لنفترض 9-10 فولت لترحيل 12 فولت. ولكن جهد التساقط (الجهد الذي يتحرر عنده ترحيل نشط بالفعل) أقل بكثير: عادةً 20-30% من الجهد المقنن، أو 2.4-3.6 فولت لترحيل 12 فولت الخاص بنا.

يحدث هذا بسبب التخلفية في الدائرة المغناطيسية. عندما يكون محرك الترحيل يلامس قطعة القطب (وضع تنشيط كامل)، تكون الفجوة الهوائية صفرًا، ويتم تقليل الممانعة المغناطيسية، وهناك حاجة إلى قوة دافعة مغناطيسية أقل بكثير (وبالتالي تيار/جهد ملف أقل) للحفاظ على المجال المغناطيسي الذي يثبت المحرك في مكانه.

هذا يعني أن التوقيت الخاص بك يمتد إلى ما هو أبعد من حساب RC الساذج.

لنقم بإعادة الحساب لترحيل 12 فولت الخاص بنا (ملف 85Ω، مكثف 2200μF) بافتراض جهد تساقط يبلغ 2.8 فولت (23% من المقنن):

باستخدام V(t) = V₀ × e^(-t/τ)، حل لـ t عندما V(t) = 2.8V:

2.8V = 12V × e^(-t/0.187s)

0.233 = e^(-t/0.187s)

ln(0.233) = -t/0.187s

-1.46 = -t/0.187s

t = 0.273 ثانية

لذلك يحافظ مكثف 2200μF الخاص بنا على تنشيط الترحيل لمدة 0.273 ثانية، وليس <0.1 ثانية كما هو مقترح في حسابات الطاقة الساذجة.

هذا هو خدعة التساقط قيد التنفيذ.

هل تريد 5 ثوانٍ من وقت الاستمرار؟ اعمل للخلف:

t_desired = 5 ثوانٍ، τ = RC = 0.187 ثانية (من السابق)

كم عدد الثوابت الزمنية التي تبلغ 5 ثوانٍ؟ 5 ثوانٍ / 0.187 ثانية = 26.7 ثابت زمني

عند 26.7τ، سيكون الجهد صفرًا بشكل أساسي - أقل بكثير من التساقط. نحتاج إلى الحل عندما يصل الجهد إلى 2.8 فولت:

2.8/12 = 0.233، لذلك نحتاج إلى: e^(-t/τ) = 0.233

-t/τ = ln(0.233) = -1.46

لـ t = 5 ثوانٍ: τ = 5 ثوانٍ / 1.46 = 3.42 ثانية

بالتالي: C = τ/R = 3.42 ثانية / 85Ω = 0.040F = 40,000μF

مكثف 40,000μF عند 12 فولت؟ هذا كبير الحجم (تقريبًا بحجم بطارية D-cell) ويكلف 15-25 دولارًا. ممكن، ولكنه ليس أنيقًا.

هذا هو السبب في أن الترحيلات المزودة بمشبك (الطريقة 2) أو فترات التوقيت الأطول غالبًا ما تستخدم تصميمات تعتمد على المعالج الدقيق مع بطاريات صغيرة - يصبح حجم المكثف غير عملي بعد 30-60 ثانية من استمرار الترحيل المستمر.

تحديد حجم المكثف الخاص بك: طريقة من 3 خطوات

لنعمل من خلال مثال تصميم واقعي: أنت بحاجة إلى ترحيل 12 فولت للبقاء نشطًا لمدة 10 ثوانٍ بعد إزالة الطاقة.

الخطوة 1: تعرف على مواصفات الترحيل الخاص بك

ما تحتاجه:

• جهد الملف: 12 فولت تيار مستمر
• مقاومة الملف: قم بالقياس باستخدام مقياس متعدد أو تحقق من ورقة البيانات (لنفترض 80Ω)
• جهد التساقط: إما اختبر تجريبيًا أو قدر بنسبة 25% من المقنن = 3.0 فولت

إذا لم يكن لديك جهد التساقط،, اختبره: قم بتطبيق الجهد المقنن على ملف الترحيل. بمجرد التنشيط، قم بتقليل الجهد ببطء باستخدام مصدر طاقة متغير أثناء مراقبة جهات الاتصال. لاحظ الجهد الذي يتحرر عنده الترحيل. هذا هو جهد التساقط الخاص بك.

نصيحة احترافية: جهد التساقط هو صديقك. تحتفظ معظم ملفات الترحيل بنسبة 20-30% من الجهد المقنن، مما يمنحك توقيتًا أطول بمقدار 3-5 مرات مما توحي به حسابات الطاقة الساذجة.

الخطوة 2: حساب السعة المطلوبة

استخدم صيغة خدعة التساقط المشتقة سابقًا:

t = -τ × ln(V_dropout / V_initial)

حيث τ = RC، إذن:

t = -RC × ln(V_dropout / V_initial)

أعد الترتيب لحل C:

C = -t / [R × ln(V_dropout / V_initial)]

لمثالنا:

• t = 10 ثوانٍ
• R = 80Ω
• V_initial = 12V
• V_dropout = 3.0V

C = -10s / [80Ω × ln(3.0V / 12V)]

C = -10s / [80Ω × ln(0.25)]

C = -10s / [80Ω × (-1.386)]

C = 10s / 110.9

ج = 0.090 فهرنهايت = 90,000 ميكروفاراد

هذا هو الحد الأدنى النظري.

الخطوة 3: ضع في الاعتبار عوامل العالم الحقيقي

النظرية تلتقي بالتطبيق هنا. ثلاثة عوامل ستؤثر على التوقيت الخاص بك:

العامل 1: تيار التسرب للمكثف

المكثفات الحقيقية ليست عوازل مثالية. يوفر تيار التسرب مسار تفريغ موازٍ، مما يقلل بشكل فعال من التوقيت. بالنسبة للمكثفات الإلكتروليتية، يمكن أن يكون التسرب من 0.01CV إلى 0.03CV (ميكرو أمبير لكل ميكروفاراد-فولت) في درجة حرارة الغرفة.

بالنسبة للمكثف الخاص بنا 90,000 ميكروفاراد/12 فولت: التسرب ≈ 0.02 × 90,000 ميكروفاراد × 12 فولت = 21,600 ميكرو أمبير = 21.6 مللي أمبير

قارن ذلك بتيار ملف المرحل عند التسرب (3 فولت / 80 أوم = 37.5 مللي أمبير). يستهلك تيار التسرب أكثر من نصف التيار الذي يستهلكه ملف المرحل!

الحل: استخدم مكثفات فيلم ذات تسرب منخفض (بولي بروبيلين أو بوليستر) لتطبيقات التوقيت الحرجة، أو أضف هامش سعة 30-50٪ للمكثفات الإلكتروليتية.

نصيحة للمحترفين: تيار التسرب للمكثف يؤثر على التوقيت الخاص بك. استخدم مكثفات فيلم (بولي بروبيلين/بوليستر) للتأخيرات التي تزيد عن 10 ثوانٍ، وليس المكثفات الإلكتروليتية.

العامل 2: تأثيرات درجة الحرارة

يتضاعف تيار التسرب للمكثف تقريبًا لكل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة الحرارة. قد يكون للمكثف الذي لديه تسرب 20 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية 40 مللي أمبير عند 35 درجة مئوية، و 80 مللي أمبير عند 45 درجة مئوية.

يتغير جهد تسرب المرحل أيضًا مع درجة الحرارة - عادةً ما يزداد قليلاً مع زيادة مقاومة الملف مع درجة الحرارة (معامل درجة الحرارة الموجب للنحاس). هذا يساعد قليلاً، لكنه لا يكفي للتعويض عن تسرب المكثف.

العامل 3: تفاوت المكثف

عادةً ما يكون للمكثفات الإلكتروليتية تفاوت -20٪/+80٪. قد يكون هذا المكثف 90,000 ميكروفاراد في الواقع 72,000 ميكروفاراد (عند -20٪). مكثفات الفيلم أكثر إحكامًا، عادةً ±5-10٪.

تطبيق هامش الأمان:

بالنظر إلى هذه العوامل، اضرب السعة المحسوبة في 1.5 إلى 2.0 مرة للتشغيل الموثوق به عبر درجة الحرارة وتفاوت المكونات:

السعة الفعلية = 90,000 ميكروفاراد × 1.75 = 157,500 ميكروفاراد

قرّب إلى قيمة قياسية: 2 × 82,000 ميكروفاراد = 164,000 ميكروفاراد بالتوازي, ، أو استخدم مكثفًا واحدًا 150,000 ميكروفاراد إذا كان متاحًا.

عند 12 فولت، يبلغ حجم المكثف الإلكتروليتي 150,000 ميكروفاراد حوالي 35 مم قطر × 60 مم ارتفاع، ويكلف 8-15 دولارًا، ويخزن حوالي 10.8 جول.

الحد من تيار الاندفاع: لا تنسَ مقاومة الشحن

عند تطبيق الطاقة لأول مرة، يبدو هذا المكثف الكبير غير المشحون وكأنه ماس كهربائي. من الناحية النظرية، سيتطلب مكثف 150,000 ميكروفاراد يشحن من 0 فولت إلى 12 فولت من خلال مقاومة صفر تيارًا لا نهائيًا.

من الناحية العملية، تحد مقاومة الأسلاك ومعاوقة مصدر الطاقة من ذلك، ولكنك ستظل ترى تيارات اندفاع تتراوح بين 10-50 أمبير في المللي ثانية القليلة الأولى، مما قد يؤدي إلى تلف الملامسات أو المصهرات أو مصدر الطاقة نفسه.

الحل: أضف مقاومة شحن (R_charge) على التوالي مع المكثف للحد من تيار الاندفاع، مع صمام ثنائي موازٍ لتجاوزه أثناء التفريغ:

[مدخل الطاقة] → [R_charge] → [+مكثف-] → [ملف المرحل] → [الأرضي]

يسمح الصمام الثنائي للمكثف بالتفريغ مباشرةً من خلال ملف المرحل (بدون مقاومة متسلسلة) مع إجبار تيار الشحن على المرور عبر R_charge.

تحديد حجم R_charge للحد من تيار الشحن إلى مستوى معقول (0.5-2 أمبير):

R_charge = V_supply / I_charge_max = 12V / 1A = 12Ω

يضيف هذا 12 أوم إلى ثابت الوقت RC أثناء الشحن فقط، مما يطيل وقت الشحن إلى حوالي 5τ = 5 × (12Ω + 80Ω) × 0.15F = 69 ثانية للشحن الكامل.

إذا كان ذلك طويلاً جدًا، فقلل R_charge ولكن اقبل تيار اندفاع أعلى (قل 6 أوم لتيار اندفاع ~2 أمبير، ووقت شحن 35 ثانية). المفاضلة لك.

نصيحة للمحترفين: ثابت الوقت RC (τ = RC) هو مجرد نقطة البداية - يعتمد وقت الاستمرار الفعلي على مقاومة ملف المرحل التي تطابق منحنى تفريغ المكثف الخاص بك.

اختيار المكثف: لماذا النوع أهم من الحجم

لقد حسبت السعة. الآن تحتاج إلى اختيار المكون الفعلي. تؤثر كيمياء المكثف بشكل كبير على الأداء في تطبيقات التوقيت - الحجم ليس كل شيء.

مكثفات الفيلم مقابل المكثفات الإلكتروليتية: حرب التسرب

المكثفات الإلكتروليتية (الألومنيوم أو التنتالوم):

المزايا:

• أعلى سعة لكل وحدة حجم (مهم للقيم الكبيرة)
• تكلفة منخفضة لكل ميكروفاراد (0.05-0.15 دولار لكل 1000 ميكروفاراد)
• متوفرة بسهولة في الفولتية العالية

العيوب:

• تيار تسرب عالي (مواصفات 0.01-0.03 CV، أسوأ في الممارسة العملية)
• حساسة للقطبية (الجهد العكسي = موت فوري)
• عمر محدود (يجف الإلكتروليت على مدى 5-10 سنوات)
• سعة وتسرب حساسة لدرجة الحرارة

الأفضل لـ: تأخيرات التوقيت <30 ثانية حيث يهيمن الحجم والتكلفة، أو حيث أضفت هامشًا 1.5-2x للتسرب.

مكثفات الفيلم (بولي بروبيلين، بوليستر، بولي كربونات):

المزايا:

• تيار تسرب منخفض جدًا (<0.001 CV، غالبًا ما يكون أقل بـ 10-100 مرة من المكثفات الإلكتروليتية)
• ثبات ممتاز لدرجات الحرارة
• عمر طويل (20+ سنة)
• لا توجد قيود على القطبية (يمكنها التعامل مع التيار المتردد أو التيار المستمر المعكوس)

العيوب:

• حجم مادي أكبر بكثير لنفس السعة
• تكلفة أعلى (0.50-2.00 دولار لكل 1000 ميكروفاراد)
• تقتصر على قيم سعة أقل (عمليًا <50 ميكروفاراد لحجم معقول)

الأفضل لـ: توقيت دقيق >30 ثانية، بيئات ذات درجة حرارة عالية، أو تطبيقات حيث الانجراف طويل الأجل غير مقبول.

النهج الهجين: أفضل ما في العالمين

للتوقيت في نطاق 30-60 ثانية، ضع في اعتبارك تركيبة متوازية:

• إلكتروليتي كبير (80٪ من السعة المحسوبة) لتخزين الطاقة بالجملة
• مكثف فيلم صغير (20٪ من السعة المحسوبة) لدقة تسرب منخفضة

مثال: 120,000 ميكروفاراد إلكتروليتي + 30,000 ميكروفاراد فيلم = 150,000 ميكروفاراد إجمالي

يعوض غطاء الفيلم عن التسرب الإلكتروليتي، مما يطيل التوقيت أقرب إلى الحسابات النظرية. الزيادة في التكلفة معتدلة (~30٪ أكثر من الإلكتروليتي بالكامل)، ولكن دقة التوقيت تتحسن بشكل كبير.

الأخطاء الشائعة والإصلاحات

خطأ: استخدام مكثفات مصنفة بأقل من جهد الإمداد

تحتاج إمدادات 12 فولت إلى مكثفات مصنفة بـ 16 فولت (أو أعلى) لضمان الموثوقية. تعني العابرية الجهدية والتموجات وتحمل المكونات أن “نظام 12 فولت” قد يشهد 14-15 فولت في ظل ظروف معينة. تشغيل مكثف بالقرب من تصنيف الجهد الخاص به يسرع الفشل ويزيد التسرب.

إصلاح: استخدم مكثفات مصنفة بـ 1.3 ضعف جهد الإمداد على الأقل (16 فولت لأنظمة 12 فولت، 25 فولت لـ 18 فولت، إلخ.)

خطأ #2: تجاهل ESR (المقاومة التسلسلية المكافئة)

تحتوي المكثفات على مقاومة داخلية (ESR) تظهر في سلسلة مع السعة المثالية. تقلل ESR العالية من تيار التفريغ المتاح وتخلق انخفاضًا في الجهد تحت الحمل، مما يقلل بشكل فعال من وقت الاستبقاء.

قد يكون للمكثفات التحليلية الكبيرة ESR من 0.1-1 أوم. بالنسبة لملف الترحيل الذي يسحب 150 مللي أمبير عند التسرب، فإن 1 أوم ESR يعني فقدان 0.15 فولت بسبب المقاومة الداخلية - وهو ما يكفي لتقليل هامشك.

إصلاح: تحقق من مواصفات ESR. بالنسبة لتطبيقات التوقيت، يفضل الأنواع ذات ESR المنخفض (0.1 أوم أو أقل).

خطأ #3: اتصال متوازي بدون موازنة التيار

يعمل توصيل مكثفات متعددة بالتوازي (على سبيل المثال، أربعة مكثفات 10000 ميكروفاراد بدلاً من مكثف واحد 40000 ميكروفاراد) بشكل رائع من الناحية النظرية ولكنه قد يسبب مشاكل إذا كانت المكثفات بها ESR أو تسرب غير متطابقين. يقوم المكثف “الأفضل” بمزيد من العمل، ويشيخ بشكل أسرع، ويفشل أولاً - ثم تصبح المكثفات المتبقية فجأة صغيرة جدًا.

إصلاح: استخدم مكثفات متطابقة من نفس دفعة التصنيع عند التوصيل بالتوازي. أضف مقاومات سلسلة صغيرة (0.1-0.5 أوم) لكل مكثف لفرض مشاركة التيار.

نصيحة احترافية #4: تمنحك خدعة مرحل الإغلاق 1/10 من حجم المكثف لنفس التوقيت باستخدام الذاكرة الميكانيكية بدلاً من الطاقة المستمرة.

منتجات ترحيل الوقت VIOX Time Relay

مؤقت الطاقة الشبح: التوقيت الذي ينجو من فقدان الطاقة

تحل مرحلات التأخير الحقيقي مشكلة أساسية: كيف تقيس الوقت عندما يختفي مصدر طاقة الساعة؟

تكمن الإجابة في النفس الأخير للمكثف- الطاقة الكهربائية المخزنة التي تزفر تدريجيًا، وتشغل ملفات الترحيل ودوائر التوقيت لثوانٍ أو دقائق بعد اختفاء طاقة الإدخال. إنها قوة شبحية: عصير كافٍ لإكمال مهمة أخيرة واحدة قبل أن تتلاشى إلى الصفر.

ثلاث طرق تحقق ذلك:

1. تفريغ المكثف (الأكثر شيوعًا) - تحول ثوابت وقت RC تخزين الطاقة إلى توقيت دقيق
2. مرحل الإغلاق + مكثف صغير (الأكثر كفاءة) - تحتاج الذاكرة الميكانيكية فقط إلى طاقة نبضية
3. نسخة احتياطية صغيرة للبطارية (أطول وقت استبقاء) - يتيح استهلاك الميكرو أمبير ساعات من التوقيت

الفيزياء أنيقة: قاعدة 37% تحكم في تفريغ RC الأسي، ولكن خدعة التساقط يمدد التوقيت العملي بمقدار 3-5 أضعاف الحسابات الساذجة من خلال استغلال التباطؤ المرحلي.

يمكن لمكثف فيلم $2 ومرحل $5 تحقيق ما كان يتطلب في السابق مؤقتًا هوائيًا $200 - أصغر وأرخص وأكثر موثوقية وقابل للتعديل ميدانيًا.

تتطلب أنظمة التحكم الحديثة توقيتًا ينجو من انقطاع التيار الكهربائي. سواء كانت مراوح التبريد تمنع تلف المحامل، أو صمامات العمليات التي تكمل تسلسل الإغلاق، أو دوائر السلامة التي تحافظ على الحماية أثناء العابرية، فإن مرحل التأخير الحقيقي يوفر تأمينًا على التوقيت عندما تفشل الإلكترونيات القياسية.

تقدم VIOX ELECTRIC مجموعة كاملة من مرحلات التوقيت الإلكترونية بما في ذلك نماذج التأخير الحقيقي مع تخزين الطاقة القائم على المكثفات، والمناسبة للتحكم في المحركات وأتمتة العمليات وتطبيقات السلامة. تتوافق مرحلات التوقيت الخاصة بنا مع معايير IEC 61810 وتوفر تشغيلًا موثوقًا به عبر نطاقات درجات الحرارة الصناعية (-25 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية).

للحصول على المواصفات الفنية وإرشادات الاختيار، اتصل بفريق هندسة التطبيقات لدينا. سنساعدك في تحديد حجم حل التوقيت المناسب لتطبيقك - لا توجد قوة شبحية مطلوبة من جانبنا.