How Off-Delay Relays Keep Timing After Power Dies: The Capacitor Secret 

وقتی برق قطع می‌شود، تایمر به کار خود ادامه می‌دهد

موتور متوقف می‌شود. برق قطع می‌شود.

اما فن خنک‌کننده شما باید 60 ثانیه دیگر کار کند تا از آسیب دیدن بلبرینگ‌ها در اثر گرمای باقیمانده جلوگیری شود. با یک تایمر الکترونیکی استاندارد، به محض قطع برق رله، مدار زمان‌بندی از کار می‌افتد و فن بلافاصله متوقف می‌شود. سه دقیقه بعد، شما با یک بلبرینگ قفل شده و تعویض موتور به ارزش 8000 دلار روبرو هستید—همه اینها به این دلیل که تایمر الکترونیکی “هوشمند” شما نتوانست 60 ثانیه بیشتر از منبع تغذیه عمر کند.

بنابراین چگونه می‌توان زمان‌بندی قابل اعتمادی را هنگامی که منبع تغذیه از قبل قطع شده است، به دست آورد؟

پارادوکس قدرت: چرا تایمرهای الکترونیکی به چیزی که از دست داده‌اند نیاز دارند

اینجاست که طنز ماجرا مشخص می‌شود: رله‌های زمان‌بندی الکترونیکی قرار است از مدل‌های پنوماتیکی خود هوشمندتر باشند—کوچکتر، ارزان‌تر، دقیق‌تر. و همینطور هم هستند، تا لحظه‌ای که نیاز داشته باشید بدون برق کار کنند.

رله‌های تاخیری قطع الکترونیکی استاندارد به ولتاژ ورودی مداوم در طول کل دوره زمان‌بندی نیاز دارند. ریزپردازنده یا مدار زمان‌بندی RC برای شمارش به برق نیاز دارد. سیم پیچ رله خروجی برای فعال ماندن به برق نیاز دارد. برق را قطع کنید، و کل سیستم فوراً از هم می‌پاشد—زمان‌بندی متوقف می‌شود، رله باز می‌شود، بار شما خاموش می‌شود.

این مانند یک ساعت دیجیتال است که به محض جدا کردن آن از برق، از کار می‌افتد.

تایمرهای پنوماتیکی این مشکل را نداشتند. هنگامی که برق سلونوئید یک تایمر پنوماتیکی را قطع می‌کردید، کنتاکت‌ها در حالت تغییر یافته خود باقی می‌ماندند در حالی که هوای فشرده به آرامی از طریق یک روزنه قابل تنظیم خارج می‌شد—بدون نیاز به برق مداوم. مکانیزم زمان‌بندی مکانیکی بود و با فشار هوا هدایت می‌شد، نه منطق الکترونیکی. آنها حجیم، گران (200-400 دلار) و محدود به محدوده‌های زمان‌بندی ثابت بودند، اما وقتی برق قطع می‌شد کار می‌کردند.

دهه 1970 رله‌های زمان‌بندی حالت جامد را با مدارهای RC و بعداً ریزپردازنده‌ها به ارمغان آورد—پیشرفت‌های چشمگیری در اندازه، هزینه و انعطاف‌پذیری. اما برنامه‌های جایگزینی به یک مانع برخورد کردند. مهندسانی که جایگزین‌های مدرن برای تایمرهای پنوماتیکی را مشخص می‌کردند، متوجه شدند که واحدهای الکترونیکی جدید و شیک آنها دقیقاً در سناریویی که پنوماتیک‌ها در آن برتری داشتند، با شکست مواجه می‌شوند: زمان‌بندی پس از قطع برق.

بازار خواستار یک راه حل بود. تولیدکنندگان به دقت الکترونیکی با عملکرد “پس از قطع برق” به سبک پنوماتیکی نیاز داشتند.

وارد “رله تاخیری قطع واقعی” شوید—که همچنین نامیده می‌شود “تایمر قدرت شبح”.”

تایمر قدرت شبح: سه روش برای ذخیره انرژی پس از قطع برق

رله‌های تاخیری قطع واقعی با حمل منبع انرژی خود در داخل، پارادوکس قدرت را حل می‌کنند. هنگامی که برق ورودی قطع می‌شود، رله از کار نمی‌افتد—به انرژی ذخیره شده سوئیچ می‌کند و به زمان‌بندی ادامه می‌دهد انگار هیچ اتفاقی نیفتاده است.

سه روش برای دستیابی به این هدف وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب متفاوتی دارند:

روش 1: تخلیه خازن (رایج‌ترین)

یک خازن در هنگام اعمال برق تا ولتاژ منبع شارژ می‌شود. هنگامی که برق قطع می‌شود، خازن به آرامی از طریق سیم پیچ رله و مدار زمان‌بندی تخلیه می‌شود و همه چیز را برای دوره تاخیر از پیش تعیین شده زنده نگه می‌دارد.

به آن فکر کنید به عنوان “آخرین نفس خازن”—آن بار الکتریکی ذخیره شده به تدریج بازدم می‌کند و سیم پیچ رله را به اندازه کافی تغذیه می‌کند تا چرخه زمان‌بندی را کامل کند.

یک خازن 2200μF در 12 ولت تقریباً 0.16 ژول انرژی ذخیره می‌کند. این مقدار زیاد به نظر نمی‌رسد—انرژی کمتری نسبت به بلند کردن یک گیره کاغذ به ارتفاع یک متر است—اما برای فعال نگه داشتن یک سیم پیچ رله 12 ولت (مقاومت معمولی 85 اهم، مصرف برق 140 میلی وات) به مدت 5-10 ثانیه، بسته به ولتاژ قطع رله، کافی است.

آن را تا یک خازن 10000μF افزایش دهید، و شما به 30-60 ثانیه زمان‌بندی بدون هیچ گونه برق خارجی نگاه می‌کنید.

روش 2: رله قفل شونده + خازن کوچک (کارآمدترین)

به جای تغذیه مداوم یک سیم پیچ رله استاندارد، از یک رله قفل شونده (دو پایدار) استفاده کنید که به طور مکانیکی در هنگام فعال شدن در موقعیت خود قفل می‌شود و به جریان نگهدارنده نیاز ندارد. هنگامی که برق قطع می‌شود، یک خازن کوچک فقط باید انرژی کافی برای باز کردن قفل رله پس از تاخیر از پیش تعیین شده را فراهم کند—شاید 50-100 میلی ثانیه انرژی پالس به جای 60 ثانیه جریان مداوم.

این رویکرد تقریباً 1/10 اندازه خازن را برای همان مدت زمان‌بندی نیاز دارد. یک خازن 470μF می‌تواند به چیزی دست یابد که با روش 1 به 4700μF نیاز داشت.

مصالحه؟ رله‌های قفل شونده 2-3 برابر گران‌تر از رله‌های استاندارد هستند، و مدار زمان‌بندی باز کردن قفل پیچیده‌تر است. شما در حال معاوضه هزینه قطعه با اندازه خازن هستید.

روش 3: باتری کوچک (طولانی‌ترین زمان نگهداری)

برای دوره‌های زمان‌بندی فراتر از چند دقیقه، یا برای برنامه‌هایی که به سال‌ها قابلیت اطمینان در حالت آماده به کار نیاز دارند، یک سلول سکه‌ای لیتیومی کوچک (CR2032 یا مشابه) می‌تواند مدار زمان‌بندی را به طور نامحدود تغذیه کند.

باتری سیم پیچ رله خروجی را تغذیه نمی‌کند—این کار آن را در عرض چند ساعت خالی می‌کند. در عوض، فقط ریزپردازنده و منطق زمان‌بندی را تغذیه می‌کند که میکروآمپر مصرف می‌کنند. هنگامی که دوره زمان‌بندی منقضی می‌شود، ریزپردازنده با باتری یک پالس کوچک ذخیره شده در خازن را آزاد می‌کند تا رله خروجی را قطع کند.

مزایا: قابلیت زمان‌بندی بسیار طولانی (دقایق تا ساعت‌ها)، عدم تخریب خازن در طول زمان.

معایب: نیاز به تعویض باتری (هر 3-5 سال)، هزینه اولیه بالاتر، ملاحظات نظارتی برای دفع باتری.

در بقیه این مقاله، ما بر روی روش 1—زمان‌بندی تخلیه خازن—تمرکز خواهیم کرد، زیرا این روش رایج‌ترین، مقرون به صرفه‌ترین و از نظر مکانیکی ساده‌ترین راه حل است.

چگونه یک خازن به یک ساعت تبدیل می‌شود: ثابت‌های زمانی RC توضیح داده شده است

درک اینکه چگونه بار ذخیره شده به زمان‌بندی دقیق تبدیل می‌شود، مستلزم درک تخلیه خازن از طریق یک مقاومت است—مدار RC اساسی.

فاز شارژ: ذخیره قدرت شبح

هنگامی که برق به یک رله تاخیری قطع واقعی اعمال می‌شود، دو اتفاق به طور همزمان رخ می‌دهد: رله خروجی فعال می‌شود (بستن یا باز کردن کنتاکت‌ها مطابق با برنامه)، و خازن ذخیره سازی از طریق یک مقاومت شارژ تا ولتاژ منبع شارژ می‌شود.

انرژی ذخیره شده در یک خازن کاملاً شارژ شده از یک فرمول ساده پیروی می‌کند:

E = ½CV²

کجا:

• E = انرژی (ژول)
• C = ظرفیت خازن (فاراد)
• V = ولتاژ (ولت)

برای یک خازن 2200μF شارژ شده تا 12 ولت:

E = ½ × 0.0022F × (12V)² = 0.158 ژول

این انرژی کافی است تا یک سیم پیچ رله 12V/85Ω (توان = V²/R = 1.69W) را برای حدود 0.094 ثانیه فعال نگه دارد… اگر آن را فوراً با تمام توان تخلیه کنید.

اما شما این کار را نمی‌کنید. خازن به تدریج تخلیه می‌شود از طریق مقاومت سیم پیچ رله، و اینجاست که جادوی زمان‌بندی اتفاق می‌افتد.

فاز تخلیه: قانون 37 درصدی

هنگامی که برق ورودی قطع می‌شود، خازن شروع به تخلیه از طریق مقاومت سیم پیچ رله می‌کند. ولتاژ در سراسر خازن به صورت خطی کاهش نمی‌یابد—از یک منحنی زوال نمایی پیروی می‌کند که توسط ثابت زمانی RC:

τ (تاو) = R × C

کجا:

• τ = ثابت زمانی (ثانیه)
• R = مقاومت (اهم)
• C = ظرفیت خازن (فاراد)

این قسمت زیباست: پس از دقیقاً یک ثابت زمانی (τ)، ولتاژ دقیقاً به 37 درصد از مقدار اولیه خود کاهش می‌یابد.

نه 40 درصد. نه 35 درصد. دقیقاً 37 درصد (در واقع 36.8 درصد، یا به طور دقیق‌تر، 1/e که e ≈ 2.718 است).

این دلخواه نیست—در تابع نمایی که بر تخلیه RC حاکم است، پخته شده است:

V(t) = V₀ × e^(-t/τ)

در t = τ: V(τ) = V₀ × e^(-1) = V₀ × 0.368 = 37 درصد از V₀

چرا این مهم است: هر ثابت زمانی اضافی ولتاژ را به میزان 37 درصد دیگر از ولتاژ باقیمانده کاهش می‌دهد.

• در 1τ: 37 درصد باقیمانده (63 درصد تخلیه شده)
• در 2τ: .51 باقی مانده (.51 تخلیه شده)
• در 3τ: %5 باقی مانده ( تخلیه شده)
• در 5τ: تخلیه شده)

برای رله 12 ولت ما با سیم پیچ 85Ω و خازن 2200μF:

τ = 85Ω × 0.0022F = 0.187 ثانیه

بعد از 0.187 ثانیه، ولتاژ دو سر خازن (و در نتیجه دو سر سیم پیچ رله) 4.4 ولت خواهد بود. بعد از 0.374 ثانیه (2τ)، 1.6 ولت خواهد بود. بعد از 0.56 ثانیه (3τ)، فقط 0.6 ولت.

اما سوال اساسی اینجاست: سیم پیچ رله در چه ولتاژی واقعاً قطع می شود؟

ترفند Dropout: چرا زمان واقعی طولانی تر از پیش بینی های ریاضی است

یک رله 12 ولت برای روشن ماندن پس از جذب شدن، نیازی به 12 ولت ندارد.

The ولتاژ پیکاپ (pickup voltage) (ولتاژ مورد نیاز برای روشن کردن اولیه یک رله خاموش) معمولاً 75-85% ولتاژ نامی است - برای یک رله 12 ولت، 9-10 ولت در نظر بگیرید. اما ولتاژ دراپ اوت (dropout voltage) (ولتاژی که در آن یک رله از قبل روشن، قطع می شود) بسیار پایین تر است: معمولاً 20-30% ولتاژ نامی، یا 2.4-3.6 ولت برای رله 12 ولت ما.

این اتفاق به دلیل هیسترزیس مدار مغناطیسی رخ می دهد. هنگامی که آرمیچر رله قطعه قطب را لمس می کند (موقعیت کاملاً روشن)، شکاف هوا صفر است، مقاومت مغناطیسی به حداقل می رسد و نیروی محرکه مغناطیسی بسیار کمتری (و در نتیجه جریان/ولتاژ سیم پیچ کمتری) برای حفظ میدان مغناطیسی نگهدارنده آرمیچر در جای خود مورد نیاز است.

این بدان معناست که زمان بندی شما بسیار فراتر از محاسبه RC ساده گسترش می یابد.

بیایید برای رله 12 ولت خود (سیم پیچ 85Ω، خازن 2200μF) با فرض ولتاژ دراپ اوت 2.8 ولت (23% نامی) دوباره محاسبه کنیم:

با استفاده از V(t) = V₀ × e^(-t/τ)، t را زمانی که V(t) = 2.8V است، حل کنید:

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 ثانیه

بنابراین خازن 2200μF ما رله را به مدت 0.273 ثانیه روشن نگه می دارد، نه <0.1 ثانیه که توسط محاسبات انرژی ساده پیشنهاد شده است.

که ترفند Dropout تقسیم کنترل/بار.

5 ثانیه زمان نگهداری می خواهید؟ به عقب کار کنید:

t_desired = 5 ثانیه، τ = RC = 0.187s (از قبل)

5 ثانیه چند ثابت زمانی است؟ 5s / 0.187s = 26.7 ثابت زمانی

در 26.7τ، ولتاژ اساساً صفر خواهد بود - بسیار پایین تر از دراپ اوت. ما باید زمانی را حل کنیم که ولتاژ به 2.8 ولت برسد:

2.8/12 = 0.233، بنابراین ما نیاز داریم: e^(-t/τ) = 0.233

-t/τ = ln(0.233) = -1.46

برای t = 5s: τ = 5s / 1.46 = 3.42 ثانیه

بنابراین: C = τ/R = 3.42s / 85Ω = 0.040F = 40,000μF

یک خازن 40,000μF در 12 ولت؟ این از نظر فیزیکی بزرگ است (تقریباً به اندازه یک باتری D) و هزینه آن 15-25 دلار است. شدنی است، اما ظریف نیست.

به همین دلیل است که رله های قفل شونده (روش 2) یا دوره های زمان بندی طولانی تر اغلب از طرح های مبتنی بر ریزپردازنده با باتری های کوچک استفاده می کنند - اندازه خازن فراتر از 30-60 ثانیه نگهداری مداوم رله غیرعملی می شود.

تعیین اندازه خازن: روش 3 مرحله ای

بیایید یک مثال طراحی واقعی را بررسی کنیم: شما به یک رله 12 ولت نیاز دارید تا 10 ثانیه پس از قطع برق روشن بماند.

مرحله 1: مشخصات رله خود را بدانید

آنچه شما نیاز دارید:

• ولتاژ سیم پیچ: 12 ولت DC
• مقاومت سیم پیچ: با یک مولتی متر اندازه گیری کنید یا دیتاشیت را بررسی کنید (بیایید بگوییم 80Ω)
• ولتاژ دراپ اوت: یا به طور تجربی آزمایش کنید یا 25% نامی تخمین بزنید = 3.0 ولت

اگر ولتاژ دراپ اوت را ندارید،, آن را آزمایش کنید: ولتاژ نامی را به سیم پیچ رله اعمال کنید. پس از روشن شدن، در حالی که کنتاکت ها را زیر نظر دارید، ولتاژ را به آرامی با یک منبع تغذیه متغیر کاهش دهید. ولتاژی را که در آن رله قطع می شود، یادداشت کنید. این ولتاژ دراپ اوت شماست.

نکته حرفه ای: ولتاژ دراپ اوت دوست شماست. اکثر سیم پیچ های رله در 20-30% ولتاژ نامی نگه داشته می شوند و 3-5 برابر بیشتر از محاسبات انرژی ساده به شما زمان می دهند.

مرحله 2: محاسبه ظرفیت خازنی مورد نیاز

از فرمول ترفند دراپ اوت که قبلاً استخراج شده است استفاده کنید:

t = -τ × ln(V_dropout / V_initial)

جایی که τ = RC، بنابراین:

t = -RC × ln(V_dropout / V_initial)

برای حل C دوباره مرتب کنید:

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

برای مثال ما:

• t = 10 ثانیه
• 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

C = 0.090F = 90,000μF

این حداقل مقدار تئوری است.

گام 3: در نظر گرفتن عوامل دنیای واقعی

تئوری در اینجا با عمل ملاقات می کند. سه عامل زمان بندی شما را مختل می کنند:

عامل 1: جریان نشتی خازن

خازن های واقعی عایق های کاملی نیستند. جریان نشتی یک مسیر تخلیه موازی را فراهم می کند و به طور موثر زمان بندی را کاهش می دهد. برای خازن های الکترولیتی، نشتی می تواند 0.01CV تا 0.03CV (میکروآمپر بر میکروفاراد-ولت) در دمای اتاق باشد.

برای خازن 90,000μF/12V ما: نشتی ≈ 0.02 × 90,000μF × 12V = 21,600μA = 21.6mA

این را با جریان سیم پیچ رله در حالت قطع (3V / 80Ω = 37.5mA) مقایسه کنید. جریان نشتی بیش از نیمی از جریان سیم پیچ رله را مصرف می کند!

راه حل: از خازن های فیلمی با نشتی کم (پلی پروپیلن یا پلی استر) برای کاربردهای زمان بندی بحرانی استفاده کنید، یا 30-50% حاشیه ظرفیت برای الکترولیت ها اضافه کنید.

نکته حرفه ای: جریان نشتی خازن زمان بندی شما را مختل می کند. برای تاخیرهای >10 ثانیه از خازن های فیلمی (پلی پروپیلن/پلی استر) استفاده کنید، نه الکترولیت ها.

عامل 2: اثرات دما

جریان نشتی خازن تقریباً با هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما دو برابر می شود. یک خازن با نشتی 20mA در 25 درجه سانتیگراد ممکن است 40mA در 35 درجه سانتیگراد و 80mA در 45 درجه سانتیگراد داشته باشد.

ولتاژ قطع رله نیز با دما تغییر می کند - معمولاً با افزایش مقاومت سیم پیچ با دما (ضریب دمایی مثبت مس) کمی افزایش می یابد. این کمی کمک می کند، اما برای جبران نشتی خازن کافی نیست.

عامل 3: تلرانس خازن

خازن های الکترولیتی معمولاً دارای تلرانس -20%/+80% هستند. آن خازن 90,000μF ممکن است در واقع 72,000μF باشد (در -20%). خازن های فیلمی دقیق تر هستند، معمولاً ±5-10%.

اعمال حاشیه ایمنی:

با توجه به این عوامل، ظرفیت محاسبه شده خود را در 1.5 تا 2.0 برابر ضرب کنید تا عملکرد قابل اعتمادی در دما و تلرانس قطعات داشته باشید:

C_actual = 90,000μF × 1.75 = 157,500μF

به یک مقدار استاندارد گرد کنید: 2 × 82,000μF = 164,000μF به صورت موازی, یا در صورت وجود از یک خازن 150,000μF استفاده کنید.

در 12 ولت، یک خازن الکترولیتی 150,000μF از نظر فیزیکی حدود 35 میلی متر قطر × 60 میلی متر ارتفاع دارد، هزینه آن 8-15 دلار است و تقریباً 10.8 ژول انرژی ذخیره می کند.

محدود کردن جریان هجومی: مقاومت شارژ را فراموش نکنید

هنگامی که برای اولین بار برق را اعمال می کنید، آن خازن بزرگ شارژ نشده مانند یک اتصال کوتاه به نظر می رسد. یک خازن 150,000μF که از 0 ولت به 12 ولت از طریق مقاومت صفر شارژ می شود، از نظر تئوری جریان بی نهایت را می طلبد.

در عمل، مقاومت سیم کشی و امپدانس منبع تغذیه این را محدود می کند، اما همچنان جریان های هجومی 10-50 آمپر را برای چند میلی ثانیه اول مشاهده خواهید کرد که به طور بالقوه به کنتاکت ها، فیوزها یا خود منبع تغذیه آسیب می رساند.

راه حل: یک مقاومت شارژ (R_charge) را به صورت سری با خازن اضافه کنید تا جریان هجومی را محدود کنید، با یک دیود موازی برای دور زدن آن در هنگام تخلیه:

[ورودی برق] → [R_charge] → [+خازن-] → [سیم پیچ رله] → [زمین]

دیود به خازن اجازه می دهد تا مستقیماً از طریق سیم پیچ رله تخلیه شود (بدون مقاومت سری) در حالی که جریان شارژ را از طریق R_charge مجبور می کند.

اندازه R_charge برای محدود کردن جریان شارژ به یک سطح معقول (0.5-2A):

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

این 12Ω را فقط در هنگام شارژ به ثابت زمانی RC اضافه می کند و زمان شارژ را تا حدود 5τ = 5 × (12Ω + 80Ω) × 0.15F = افزایش می دهد. 69 ثانیه برای شارژ کامل.

اگر این خیلی طولانی است، R_charge را کاهش دهید اما جریان هجومی بالاتری را بپذیرید (مثلاً 6Ω برای جریان هجومی ~2A، زمان شارژ 35 ثانیه). این معاوضه به عهده شماست.

نکته حرفه ای: ثابت زمانی RC (τ = RC) فقط نقطه شروع است - زمان نگهداری واقعی به مقاومت سیم پیچ رله مطابق با منحنی تخلیه خازن شما بستگی دارد.

انتخاب خازن: چرا نوع مهمتر از اندازه است

شما ظرفیت را محاسبه کرده اید. اکنون باید قطعه واقعی را انتخاب کنید. شیمی خازن به طور چشمگیری بر عملکرد در کاربردهای زمان بندی تأثیر می گذارد - اندازه همه چیز نیست.

خازن های فیلمی در مقابل الکترولیتی: جنگ نشتی

خازن های الکترولیتی (آلومینیومی یا تانتالیومی):

مزایا:

• بالاترین ظرفیت در واحد حجم (بحرانی برای مقادیر بزرگ)
• هزینه کم در هر میکروفاراد (0.05-0.15 دلار در هر 1000μF)
• به راحتی در ولتاژهای بالا در دسترس است

معایب:

• جریان نشتی بالا (مشخصات 0.01-0.03 CV، در عمل بدتر است)
• حساس به قطبیت (ولتاژ معکوس = مرگ فوری)
• طول عمر محدود (الکترولیت در طول 5-10 سال خشک می شود)
• ظرفیت و نشتی حساس به دما

بهترین برای: تاخیرهای زمان بندی <30 ثانیه که در آن اندازه و هزینه غالب است، یا جایی که 1.5-2 برابر حاشیه برای نشتی اضافه کرده اید.

خازن های فیلمی (پلی پروپیلن، پلی استر، پلی کربنات):

مزایا:

• جریان نشتی بسیار کم (<0.001 CV، اغلب 10-100 برابر کمتر از الکترولیت ها)
• پایداری دمایی عالی
• طول عمر طولانی (20+ سال)
• بدون محدودیت قطبیت (می تواند AC یا DC معکوس را تحمل کند)

معایب:

• اندازه فیزیکی بسیار بزرگتر برای همان ظرفیت
• هزینه بالاتر (0.50-2.00 دلار در هر 1000μF)
• محدود به مقادیر ظرفیت پایین تر (در عمل <50μF برای اندازه معقول)

بهترین برای: زمان بندی دقیق >30 ثانیه، محیط های با دمای بالا، یا کاربردهایی که در آن رانش طولانی مدت غیرقابل قبول است.

رویکرد ترکیبی: بهترین از هر دو جهان

برای زمان بندی در محدوده 30-60 ثانیه، در نظر بگیرید ترکیب موازی:

• الکترولیتی بزرگ (80% ظرفیت محاسبه شده) برای ذخیره انرژی فله ای
• خازن فیلمی کوچک (20% ظرفیت محاسبه شده) برای دقت نشتی کم

مثال: 120,000μF الکترولیتی + 30,000μF فیلمی = 150,000μF کل

کلاهک فیلمی نشتی الکترولیتی را جبران می کند و زمان بندی را به محاسبات تئوری نزدیک تر می کند. افزایش هزینه متوسط است (~30% بیشتر از تمام الکترولیتی)، اما دقت زمان بندی به طور قابل توجهی بهبود می یابد.

اشتباهات رایج و اصلاحات

اشتباه 1: استفاده از خازن هایی که زیر ولتاژ منبع تغذیه رتبه بندی شده اند

برای اطمینان از قابلیت اطمینان، یک منبع تغذیه 12 ولت به خازن‌های دارای ولتاژ نامی 16 ولت (یا بالاتر) نیاز دارد. گذراهای ولتاژ، ریپل و تلورانس قطعات به این معنی است که یک “سیستم 12 ولت” ممکن است در شرایط خاص 14-15 ولت را تجربه کند. کارکردن یک خازن در نزدیکی ولتاژ نامی آن، خرابی را تسریع کرده و نشتی را افزایش می‌دهد.

رفع: از خازن‌هایی استفاده کنید که حداقل 1.3 برابر ولتاژ منبع تغذیه (16 ولت برای سیستم‌های 12 ولت، 25 ولت برای 18 ولت و غیره) دارای ولتاژ نامی باشند.

اشتباه #2: نادیده گرفتن ESR (مقاومت سری معادل)

خازن‌ها دارای مقاومت داخلی (ESR) هستند که به صورت سری با ظرفیت خازنی ایده‌آل ظاهر می‌شود. ESR بالا جریان تخلیه موجود را کاهش داده و تحت بار افت ولتاژ ایجاد می‌کند، که به طور موثر زمان نگهداری را کاهش می‌دهد.

الکترولیتی‌های بزرگ ممکن است ESR برابر با 0.1-1Ω داشته باشند. برای یک سیم پیچ رله که 150 میلی آمپر در هنگام قطع شدن جریان می‌کشد، 1Ω ESR به معنای 0.15 ولت تلف شده به دلیل مقاومت داخلی است - که برای کاهش حاشیه شما کافی است.

رفع: مشخصات ESR را بررسی کنید. برای کاربردهای زمان‌بندی، انواع کم ESR (0.1Ω یا کمتر) را ترجیح دهید.

اشتباه #3: اتصال موازی بدون متعادل سازی جریان

اتصال چند خازن به صورت موازی (مثلاً چهار خازن 10000μF به جای یک خازن 40000μF) از نظر تئوری عالی عمل می‌کند، اما اگر خازن‌ها ESR یا نشتی نامتناسبی داشته باشند، می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. خازن “بهتر” کار بیشتری انجام می‌دهد، سریعتر پیر می‌شود و ابتدا خراب می‌شود - سپس خازن‌های باقی مانده به طور ناگهانی کوچکتر از حد مورد نیاز می‌شوند.

رفع: هنگام موازی کردن، از خازن‌های منطبق از یک دسته تولیدی استفاده کنید. برای اجبار به اشتراک جریان، مقاومت‌های سری کوچک (0.1-0.5Ω) به هر خازن اضافه کنید.

نکته حرفه‌ای #4: ترفند رله قفل شونده با استفاده از حافظه مکانیکی به جای توان مداوم، اندازه خازن را برای همان زمان‌بندی 1/10 کاهش می‌دهد.

محصولات رله زمانی VIOX

تایمر توان شبح: زمان‌بندی که از قطع برق جان سالم به در می‌برد

رله‌های تاخیر در خاموش شدن واقعی یک پارادوکس اساسی را حل می‌کنند: چگونه زمانی را اندازه‌گیری می‌کنید که منبع تغذیه ساعت ناپدید می‌شود؟

پاسخ در اینجاست آخرین نفس خازن- انرژی الکتریکی ذخیره شده که به تدریج بازدم می‌شود، سیم پیچ‌های رله و مدارهای زمان‌بندی را برای ثانیه‌ها یا دقایقی پس از ناپدید شدن توان ورودی تغذیه می‌کند. این توان شبح است: انرژی کافی برای انجام یک کار آخر قبل از محو شدن به صفر.

سه روش این را محقق می‌کنند:

1. تخلیه خازن (رایج‌ترین) - ثابت‌های زمانی RC ذخیره انرژی را به زمان‌بندی دقیق تبدیل می‌کنند
2. رله قفل شونده + خازن کوچک (کارآمدترین) - حافظه مکانیکی فقط به انرژی پالس نیاز دارد
3. پشتیبان باتری کوچک (طولانی‌ترین زمان نگهداری) - مصرف میکروآمپر امکان زمان‌بندی ساعتی را فراهم می‌کند

فیزیک ظریف است: قانون 37% تخلیه نمایی RC را کنترل می‌کند، اما ترفند Dropout با بهره‌گیری از هیسترزیس رله، زمان‌بندی عملی را 3-5 برابر فراتر از محاسبات ساده گسترش می‌دهد.

یک خازن فیلم $2 و یک رله $5 می‌توانند به چیزی دست یابند که زمانی به یک تایمر پنوماتیک $200 نیاز داشت - کوچکتر، ارزان‌تر، قابل اعتمادتر و قابل تنظیم در محل.

سیستم‌های کنترل مدرن نیازمند زمان‌بندی هستند که از قطع برق جان سالم به در ببرد. چه فن‌های خنک‌کننده از آسیب دیدن یاتاقان‌ها جلوگیری کنند، چه شیرهای فرآیند توالی‌های خاموش شدن را تکمیل کنند، یا مدارهای ایمنی در طول گذراها از حفاظت محافظت کنند، رله تاخیر در خاموش شدن واقعی، بیمه زمان‌بندی را در زمانی که الکترونیک استاندارد از کار می‌افتد، ارائه می‌دهد.

VIOX ELECTRIC طیف کاملی از رله‌های زمان‌بندی الکترونیکی از جمله مدل‌های تاخیر در خاموش شدن واقعی با ذخیره انرژی مبتنی بر خازن را ارائه می‌دهد که برای کنترل موتور، اتوماسیون فرآیند و کاربردهای ایمنی مناسب هستند. رله‌های زمان‌بندی ما مطابق با استانداردهای IEC 61810 هستند و عملکرد قابل اعتمادی را در محدوده دمایی صنعتی (-25 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد محیط) ارائه می‌دهند.

برای مشخصات فنی و راهنمایی در انتخاب، با تیم مهندسی کاربرد ما تماس بگیرید. ما به شما کمک خواهیم کرد تا راه حل زمان‌بندی مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید - در پایان ما نیازی به توان شبح نیست.