วิธีที่รีเลย์หน่วงเวลาปิดรักษากำหนดเวลาหลังจากไฟดับ: ความลับของตัวเก็บประจุ 

เมื่อไฟดับ ตัวจับเวลายังคงเดินต่อไป

มอเตอร์หยุด ไฟตัด.

แต่พัดลมระบายความร้อนของคุณต้องทำงานต่อไปอีก 60 วินาทีเพื่อป้องกันความเสียหายของตลับลูกปืนจากความร้อนที่หลงเหลืออยู่ ด้วยตัวจับเวลาอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐาน ทันทีที่คุณตัดไฟไปยังรีเลย์ วงจรจับเวลาจะหยุดทำงานและพัดลมจะหยุดทันที สามนาทีต่อมา คุณกำลังมองหาตลับลูกปืนที่ยึดและมอเตอร์ทดแทนราคา 8,000 บาท ทั้งหมดนี้เป็นเพราะตัวจับเวลาอิเล็กทรอนิกส์ “อัจฉริยะ” ของคุณไม่สามารถอยู่รอดได้นานกว่าแหล่งจ่ายไฟ 60 วินาที.

แล้วคุณจะได้เวลาที่เชื่อถือได้อย่างไรเมื่อแหล่งพลังงานหายไปแล้ว?

ความขัดแย้งของพลังงาน: ทำไมตัวจับเวลาอิเล็กทรอนิกส์ถึงต้องการสิ่งที่พวกเขาเสียไป

นี่คือสิ่งที่น่าขัน: รีเลย์จับเวลาอิเล็กทรอนิกส์ควรจะฉลาดกว่ารุ่นนิวเมติกก่อนหน้านี้ - เล็กกว่า ถูกกว่า แม่นยำกว่า และเป็นเช่นนั้น จนกระทั่งถึงเวลาที่คุณต้องการให้มันทำงานโดยไม่มีไฟ.

รีเลย์หน่วงเวลาปิดแบบอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐานต้องการแรงดันไฟฟ้าอินพุตอย่างต่อเนื่องตลอดช่วงเวลาการจับเวลาทั้งหมด ไมโครโปรเซสเซอร์หรือวงจรจับเวลา RC ต้องการไฟฟ้าในการนับ ขดลวดรีเลย์เอาต์พุตต้องการไฟฟ้าเพื่อให้มีพลังงานอยู่ ตัดไฟ และระบบทั้งหมดจะพังทลายลงทันที - การจับเวลาหยุด รีเลย์เปิด โหลดของคุณปิด.

มันเหมือนกับนาฬิกาดิจิตอลที่หยุดทำงานทันทีที่คุณถอดปลั๊ก.

ตัวจับเวลานิวเมติกไม่มีปัญหานี้ เมื่อคุณตัดไฟไปยังโซลินอยด์ของตัวจับเวลานิวเมติก หน้าสัมผัสจะยังคงอยู่ในสถานะที่เปลี่ยนแปลงไปในขณะที่อากาศอัดค่อยๆ ไหลผ่านรูที่ปรับได้ - ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง กลไกการจับเวลาเป็นแบบกลไก ขับเคลื่อนด้วยแรงดันอากาศ ไม่ใช่ตรรกะอิเล็กทรอนิกส์ พวกมันมีขนาดใหญ่ ราคาแพง (200-400 บาท) และจำกัดเฉพาะช่วงเวลาที่กำหนด แต่พวกมันทำงานได้เมื่อไฟดับ.

ทศวรรษ 1970 นำรีเลย์จับเวลาโซลิดสเตตมาพร้อมกับวงจร RC และต่อมาคือไมโครโปรเซสเซอร์ - การปรับปรุงขนาด ต้นทุน และความยืดหยุ่นอย่างมาก แต่แอปพลิเคชันทดแทนชนกำแพง วิศวกรที่ระบุการเปลี่ยนทดแทนสำหรับตัวจับเวลานิวเมติกพบว่าหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ที่ทันสมัยของพวกเขาล้มเหลวในสถานการณ์ที่นิวเมติกมีความโดดเด่น: การจับเวลาหลังจากการถอดพลังงาน.

ตลาดต้องการโซลูชัน ผู้ผลิตต้องการความแม่นยำทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการทำงาน “หลังไฟฟ้า” สไตล์นิวเมติก.

ป้อน “รีเลย์หน่วงเวลาปิดจริง” - เรียกอีกอย่างว่า “ตัวจับเวลาพลังงานผี”

ตัวจับเวลาพลังงานผี: สามวิธีในการจัดเก็บพลังงานหลังจากไฟดับ

รีเลย์หน่วงเวลาปิดจริงแก้ปัญหาความขัดแย้งของพลังงานโดยการพกพาแหล่งจ่ายพลังงานของตัวเอง เมื่อถอดพลังงานอินพุตออก รีเลย์จะไม่ตาย - มันจะเปลี่ยนไปใช้พลังงานที่เก็บไว้และจับเวลาต่อไปราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น.

มีสามวิธีในการบรรลุเป้าหมายนี้ แต่ละวิธีมีข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกัน:

วิธีที่ 1: การคายประจุของตัวเก็บประจุ (พบมากที่สุด)

ตัวเก็บประจุจะชาร์จไปยังแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟในขณะที่จ่ายไฟ เมื่อตัดไฟ ตัวเก็บประจุจะคายประจุอย่างช้าๆ ผ่านขดลวดรีเลย์และวงจรจับเวลา ทำให้ทุกอย่างมีชีวิตอยู่ได้ในช่วงเวลาหน่วงที่ตั้งไว้ล่วงหน้า.

คิดว่ามันเป็น “ลมหายใจสุดท้ายของตัวเก็บประจุ”- ประจุไฟฟ้าที่เก็บไว้จะหายใจออกทีละน้อย จ่ายไฟให้กับขดลวดรีเลย์นานพอที่จะ完成รอบการจับเวลา.

ตัวเก็บประจุ 2200μF ที่ 12V เก็บพลังงานได้ประมาณ 0.16 จูล นั่นฟังดูไม่มาก - มันใช้พลังงานน้อยกว่าการยกคลิปหนีบกระดาษหนึ่งเมตร - แต่มันเพียงพอที่จะทำให้ขดลวดรีเลย์ 12V (ความต้านทาน 85 โอห์มทั่วไป การใช้พลังงาน 140mW) มีพลังงานเป็นเวลา 5-10 วินาที ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหลุดของรีเลย์.

ขยายขนาดเป็นตัวเก็บประจุ 10,000μF และคุณกำลังมองหาการจับเวลา 30-60 วินาทีโดยไม่ต้องใช้พลังงานภายนอก.

วิธีที่ 2: รีเลย์ล็อค + ตัวเก็บประจุขนาดเล็ก (มีประสิทธิภาพมากที่สุด)

แทนที่จะจ่ายไฟให้กับขดลวดรีเลย์มาตรฐานอย่างต่อเนื่อง ให้ใช้รีเลย์ล็อค (ไบสเตเบิล) ที่ล็อคเข้าที่ทางกลไกเมื่อได้รับพลังงาน โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟค้าง เมื่อตัดไฟ ตัวเก็บประจุขนาดเล็กจะต้องให้พลังงานเพียงพอที่จะปลดล็อตรีเลย์หลังจากหน่วงเวลาที่ตั้งไว้ล่วงหน้า - อาจเป็นพลังงานพัลส์ 50-100ms แทนที่จะเป็นกระแสไฟต่อเนื่อง 60 วินาที.

วิธีนี้ต้องการขนาดตัวเก็บประจุประมาณ 1/10 สำหรับระยะเวลาการจับเวลาเดียวกัน ตัวเก็บประจุ 470μF สามารถทำได้ในสิ่งที่ต้องใช้ 4700μF ด้วยวิธีที่ 1.

ข้อเสีย? รีเลย์ล็อคมีราคาแพงกว่ารีเลย์มาตรฐาน 2-3 เท่า และวงจรจับเวลาปลดล็อคมีความซับซ้อนกว่า คุณกำลังแลกเปลี่ยนต้นทุนส่วนประกอบสำหรับขนาดตัวเก็บประจุ.

วิธีที่ 3: แบตเตอรี่ขนาดเล็ก (การค้างที่ยาวนานที่สุด)

สำหรับช่วงเวลาการจับเวลาที่เกินสองสามนาที หรือสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความน่าเชื่อถือสแตนด์บายเป็นเวลาหลายปี เซลล์เหรียญลิเธียมขนาดเล็ก (CR2032 หรือคล้ายกัน) สามารถจ่ายไฟให้กับวงจรจับเวลาได้อย่างไม่มีกำหนด.

แบตเตอรี่ไม่ได้จ่ายไฟให้กับขดลวดรีเลย์เอาต์พุต - นั่นจะทำให้แบตเตอรี่หมดในไม่กี่ชั่วโมง แต่จะจ่ายไฟให้กับไมโครโปรเซสเซอร์และตรรกะการจับเวลาเท่านั้น ซึ่งใช้ไมโครแอมป์ เมื่อช่วงเวลาการจับเวลาหมดอายุ ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้แบตเตอรี่จะปล่อยพัลส์ที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุขนาดเล็กเพื่อลดรีเลย์เอาต์พุต.

ข้อดี: ความสามารถในการจับเวลาที่ยาวนานมาก (นาทีถึงชั่วโมง) ไม่มีการเสื่อมสภาพของตัวเก็บประจุเมื่อเวลาผ่านไป.

ข้อเสีย: ข้อกำหนดในการเปลี่ยนแบตเตอรี่ (ทุก 3-5 ปี) ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น ข้อควรพิจารณาด้านกฎระเบียบสำหรับการกำจัดแบตเตอรี่.

สำหรับส่วนที่เหลือของบทความนี้ เราจะเน้นที่วิธีที่ 1 - การจับเวลาการคายประจุของตัวเก็บประจุ - เนื่องจากเป็นโซลูชันที่พบมากที่สุด คุ้มค่าที่สุด และเรียบง่ายที่สุดทางกลไก.

ตัวเก็บประจุกลายเป็นนาฬิกาได้อย่างไร: ค่าคงที่เวลา RC อธิบาย

การทำความเข้าใจว่าประจุที่เก็บไว้กลายเป็นการจับเวลาที่แม่นยำได้อย่างไร ต้องเข้าใจการคายประจุของตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทาน - วงจร RC พื้นฐาน.

ขั้นตอนการชาร์จ: การจัดเก็บพลังงานผี

เมื่อจ่ายไฟให้กับรีเลย์หน่วงเวลาปิดจริง สองสิ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน: รีเลย์เอาต์พุตจะได้รับพลังงาน (ปิดหรือเปิดหน้าสัมผัสตามแอปพลิเคชัน) และตัวเก็บประจุจัดเก็บจะชาร์จผ่านตัวต้านทานการชาร์จไปยังแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ.

พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุที่ชาร์จเต็มแล้วเป็นไปตามสูตรอย่างง่าย:

E = ½CV²

ที่ไหน:

• E = พลังงาน (จูล)
• C = ความจุ (ฟารัด)
• V = แรงดันไฟฟ้า (โวลต์)

สำหรับตัวเก็บประจุ 2200μF ที่ชาร์จถึง 12V:

E = ½ × 0.0022F × (12V)² = 0.158 จูล

นั่นเป็นพลังงานที่เพียงพอที่จะทำให้ขดลวดรีเลย์ 12V/85Ω (กำลังไฟ = V²/R = 1.69W) มีพลังงานเป็นเวลาประมาณ 0.094 วินาที... หากคุณคายประจุมันทันทีด้วยกำลังไฟเต็มที่.

แต่คุณไม่ได้ทำ ตัวเก็บประจุคายประจุ ค่อยๆ ผ่านความต้านทานของขดลวดรีเลย์ และนั่นคือที่ที่เวทมนตร์แห่งการจับเวลาเกิดขึ้น.

ขั้นตอนการคายประจุ: กฎ 37%

เมื่อถอดพลังงานอินพุตออก ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุผ่านความต้านทานของขดลวดรีเลย์ แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุไม่ได้ลดลงเป็นเส้นตรง - มันเป็นไปตามเส้นโค้งการสลายตัวแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลที่ควบคุมโดย ค่าคงที่เวลา RC:

τ (tau) = R × C

ที่ไหน:

• τ = ค่าคงที่เวลา (วินาที)
• R = ความต้านทาน (โอห์ม)
• C = ความจุ (ฟารัด)

นี่คือส่วนที่สวยงาม: หลังจากค่าคงที่เวลาหนึ่งค่า (τ) แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 37% ของค่าเริ่มต้น.

ไม่ใช่ 40% ไม่ใช่ 35% 37% อย่างแน่นอน (จริงๆ แล้ว 36.8% หรือแม่นยำกว่านั้นคือ 1/e โดยที่ e ≈ 2.718).

นี่ไม่ใช่โดยพลการ - มันถูกอบไว้ในฟังก์ชันเอ็กซ์โพเนนเชียลที่ควบคุมการคายประจุ RC:

V(t) = V₀ × e^(-t/τ)

ที่ t = τ: V(τ) = V₀ × e^(-1) = V₀ × 0.368 = 37% ของ V₀

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ: ทุกค่าคงที่เวลาเพิ่มเติมจะลดแรงดันไฟฟ้าลงอีก 37% ของ ที่เหลือ แรงดันไฟฟ้า.

• ที่ 1τ: เหลือ 37% (คายประจุ 63%)
• ที่ 2τ: เหลืออยู่ 13.5% (คายประจุ 86.5%)
• ที่ 3τ: เหลืออยู่ 5% (คายประจุ 95%)
• ที่ 5τ: เหลือน้อยกว่า 1% (คายประจุมากกว่า 99%)

สำหรับรีเลย์ 12V ของเราที่มีขดลวด 85Ω และตัวเก็บประจุ 2200μF:

τ = 85Ω × 0.0022F = 0.187 วินาที

หลังจาก 0.187 วินาที แรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุ (และดังนั้นที่ขดลวดรีเลย์) จะเป็น 4.4V หลังจาก 0.374 วินาที (2τ) จะเป็น 1.6V หลังจาก 0.56 วินาที (3τ) เพียง 0.6V.

แต่นี่คือคำถามสำคัญ: ที่แรงดันไฟฟ้าเท่าใดที่ขดลวดรีเลย์ปล่อย?

เคล็ดลับการหลุด (Dropout Trick): ทำไมเวลาจริงจึงนานกว่าที่คำนวณทางคณิตศาสตร์

รีเลย์ 12V ไม่จำเป็นต้องใช้ 12V เพื่อคงสถานะเมื่อดึงเข้ามาแล้ว.

การ แรงดันไฟฟ้ากระตุ้น (pickup voltage) (แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการกระตุ้นรีเลย์ที่ไม่ได้กระตุ้นในตอนแรก) โดยทั่วไปคือ 75-85% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด—เรียกว่า 9-10V สำหรับรีเลย์ 12V แต่ แรงดันไฟฟ้าหลุด (dropout voltage) (แรงดันไฟฟ้าที่รีเลย์ที่กระตุ้นอยู่แล้วปล่อย) ต่ำกว่ามาก: โดยทั่วไปคือ 20-30% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด หรือ 2.4-3.6V สำหรับรีเลย์ 12V ของเรา.

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากฮิสเทอรีซิสของวงจรแม่เหล็ก เมื่อส่วนอาร์เมเจอร์ของรีเลย์สัมผัสกับชิ้นส่วนเสา (ตำแหน่งที่กระตุ้นเต็มที่) ช่องว่างอากาศเป็นศูนย์ ความรีลักแตนซ์แม่เหล็กลดลง และแรงเคลื่อนแม่เหล็ก (และดังนั้นกระแส/แรงดันไฟฟ้าของขดลวด) น้อยกว่ามากที่จำเป็นในการรักษาสนามแม่เหล็กที่ยึดอาร์เมเจอร์ไว้.

ซึ่งหมายความว่าเวลาของคุณจะยาวนานกว่าการคำนวณ RC แบบง่ายๆ.

มาคำนวณใหม่สำหรับรีเลย์ 12V ของเรา (ขดลวด 85Ω, ตัวเก็บประจุ 2200μF) โดยสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าหลุดคือ 2.8V (23% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด):

โดยใช้ V(t) = V₀ × e^(-t/τ) แก้หา t เมื่อ 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 วินาที

ดังนั้นตัวเก็บประจุ 2200μF ของเราจะรักษารีเลย์ให้ทำงานได้นาน 0.273 วินาที ไม่ใช่ <0.1 วินาทีตามที่การคำนวณพลังงานแบบง่ายๆ แนะนำ.

นั่น เคล็ดลับการหลุด (Dropout Trick) ในการปฏิบัติ.

ต้องการเวลาหน่วง 5 วินาที? ทำงานย้อนกลับ:

t_desired = 5 วินาที, τ = RC = 0.187s (จากก่อนหน้านี้)

5 วินาทีเป็นกี่ค่าคงที่เวลา? 5s / 0.187s = 26.7 ค่าคงที่เวลา

ที่ 26.7τ แรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์โดยพื้นฐาน—ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าหลุดมาก เราต้องแก้ปัญหาเมื่อแรงดันไฟฟ้าถึง 2.8V:

2.8/12 = 0.233 ดังนั้นเราต้องการ: e^(-t/τ) = 0.233

-t/τ = ln(0.233) = -1.46

สำหรับ t = 5s: τ = 5s / 1.46 = 3.42 วินาที

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

ตัวเก็บประจุ 40,000μF ที่ 12V? นั่นคือขนาดทางกายภาพที่ใหญ่ (ประมาณขนาดของแบตเตอรี่ D-cell) และมีราคา $15-25 ทำได้ แต่ไม่สง่างาม.

นี่คือเหตุผลที่รีเลย์แบบล็อค (วิธีที่ 2) หรือช่วงเวลาที่ยาวนานกว่ามักจะใช้การออกแบบที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์พร้อมแบตเตอรี่ขนาดเล็ก—ขนาดตัวเก็บประจุจะใช้งานไม่ได้จริงเกิน 30-60 วินาทีของการถือรีเลย์อย่างต่อเนื่อง.

การกำหนดขนาดตัวเก็บประจุของคุณ: วิธี 3 ขั้นตอน

มาดูตัวอย่างการออกแบบในโลกแห่งความเป็นจริง: คุณต้องให้รีเลย์ 12V ทำงานต่อไปอีก 10 วินาทีหลังจากถอดปลั๊กไฟ.

ขั้นตอนที่ 1: ทราบข้อกำหนดของรีเลย์ของคุณ

สิ่งที่คุณต้องการ:

• แรงดันไฟฟ้าของขดลวด: 12V DC
• ความต้านทานของขดลวด: วัดด้วยมัลติมิเตอร์หรือตรวจสอบแผ่นข้อมูล (สมมติว่า 80Ω)
• แรงดันไฟฟ้าหลุด: ทดสอบเชิงประจักษ์หรือประมาณที่ 25% ของอัตรา = 3.0V

หากคุณไม่มีแรงดันไฟฟ้าหลุด, ทดสอบ: จ่ายแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดให้กับขดลวดรีเลย์ เมื่อกระตุ้นแล้ว ให้ค่อยๆ ลดแรงดันไฟฟ้าด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบปรับได้ขณะตรวจสอบหน้าสัมผัส สังเกตแรงดันไฟฟ้าที่รีเลย์ปล่อย นั่นคือแรงดันไฟฟ้าหลุดของคุณ.

เคล็ดลับสำหรับมือโปร #1: แรงดันไฟฟ้าหลุดคือเพื่อนของคุณ ขดลวดรีเลย์ส่วนใหญ่จะคงอยู่ได้ที่ 20-30% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ทำให้คุณมีเวลามากกว่าการคำนวณพลังงานแบบง่ายๆ 3-5 เท่า.

ขั้นตอนที่ 2: คำนวณค่าความจุที่ต้องการ

ใช้สูตรเคล็ดลับการหลุดที่ได้มาก่อนหน้านี้:

t = -τ × ln(V_dropout / V_initial)

โดยที่ τ = RC ดังนั้น:

t = -RC × ln(V_dropout / V_initial)

จัดเรียงใหม่เพื่อแก้หา C:

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

สำหรับตัวอย่างของเรา:

• t = 10 วินาที
• 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

นั่นคือค่าต่ำสุดทางทฤษฎี.

ขั้นตอนที่ 3: พิจารณาปัจจัยในโลกแห่งความเป็นจริง

ทฤษฎีมาพบกับการปฏิบัติจริงที่นี่ มีสามปัจจัยที่จะขโมยเวลาของคุณไป:

ปัจจัยที่ 1: กระแสไฟรั่วของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุจริงไม่ได้เป็นฉนวนที่สมบูรณ์แบบ กระแสไฟรั่วเป็นเส้นทางการคายประจุแบบขนาน ซึ่งลดเวลาลงอย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ การรั่วไหลอาจเป็น 0.01CV ถึง 0.03CV (μA ต่อ μF-V) ที่อุณหภูมิห้อง.

สำหรับตัวเก็บประจุ 90,000μF/12V ของเรา: การรั่วไหล ≈ 0.02 × 90,000μF × 12V = 21,600μA = 21.6mA

เปรียบเทียบกับกระแสไฟของขดลวดรีเลย์ที่หลุด (3V / 80Ω = 37.5mA) กระแสไฟรั่วใช้กระแสไฟมากกว่าครึ่งหนึ่งของกระแสไฟของขดลวดรีเลย์!

สารละลาย: ใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มที่มีการรั่วไหลต่ำ (โพลีโพรพิลีนหรือโพลีเอสเตอร์) สำหรับการใช้งานที่สำคัญต่อเวลา หรือเพิ่มส่วนต่างความจุ 30-50% สำหรับอิเล็กโทรไลต์.

เคล็ดลับมือโปร: กระแสไฟรั่วของตัวเก็บประจุขโมยเวลาของคุณ ใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม (โพลีโพรพิลีน/โพลีเอสเตอร์) สำหรับการหน่วงเวลา >10 วินาที ไม่ใช่แบบอิเล็กโทรไลต์.

ปัจจัยที่ 2: ผลกระทบจากอุณหภูมิ

กระแสไฟรั่วของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยประมาณสำหรับทุกๆ 10°C ที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ตัวเก็บประจุที่มีการรั่วไหล 20mA ที่ 25°C อาจมี 40mA ที่ 35°C, 80mA ที่ 45°C.

แรงดันไฟฟ้าหลุดของรีเลย์ยังเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิด้วย โดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อความต้านทานของขดลวดเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกของทองแดง) สิ่งนี้ช่วยได้เล็กน้อย แต่ไม่เพียงพอที่จะชดเชยการรั่วไหลของตัวเก็บประจุ.

ปัจจัยที่ 3: ค่าความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ

Electrolytic นั่นไงมันโดยปรกติจะมี -20%/+80%ความอดกลั้นต่อ. นั่น 90,000 µF capacitor อาจจะ 72,000 µF(ที่ -20%). หนังนั่นไงมันเป็นที่เข้มงว,ปกติแล้วคือซินญ 5-10%.

ใช้ส่วนต่างเพื่อความปลอดภัย:

เมื่อพิจารณาถึงปัจจัยเหล่านี้ ให้คูณค่าความจุที่คำนวณได้ของคุณด้วย 1.5 ถึง 2.0 เท่า เพื่อการทำงานที่เชื่อถือได้ในทุกอุณหภูมิและความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบ:

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

ปัดขึ้นเป็นค่ามาตรฐาน: 2 × 82,000μF = 164,000μF ต่อขนาน, หรือใช้ตัวเก็บประจุ 150,000μF ตัวเดียวหากมี.

ที่ 12V ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ 150,000μF มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 35 มม. × สูง 60 มม. ราคา 8-15 บาท และเก็บพลังงานได้ประมาณ 10.8 จูล.

การจำกัดกระแสไหลเข้า: อย่าลืมตัวต้านทานการชาร์จ

เมื่อคุณจ่ายไฟครั้งแรก ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่ไม่มีประจุนั้นดูเหมือนไฟฟ้าลัดวงจร ตัวเก็บประจุ 150,000μF ที่ชาร์จจาก 0V เป็น 12V ผ่านความต้านทานเป็นศูนย์ตามทฤษฎีแล้วจะต้องการกระแสไฟฟ้าอนันต์.

ในทางปฏิบัติ ความต้านทานของสายไฟและอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายไฟจะจำกัดสิ่งนี้ แต่คุณจะยังคงเห็นกระแสไหลเข้า 10-50A ในช่วงสองสามมิลลิวินาทีแรก ซึ่งอาจทำให้หน้าสัมผัส ฟิวส์ หรือแหล่งจ่ายไฟเสียหายได้.

สารละลาย: เพิ่มตัวต้านทานการชาร์จ (R_charge) ในอนุกรมกับตัวเก็บประจุเพื่อจำกัดกระแสไหลเข้า โดยมีไดโอดขนานเพื่อบายพาสระหว่างการคายประจุ:

[Power In] → [R_charge] → [+Capacitor-] → [Relay Coil] → [Ground]

ไดโอดช่วยให้ตัวเก็บประจุคายประจุโดยตรงผ่านขดลวดรีเลย์ (ไม่มีความต้านทานอนุกรม) ในขณะที่บังคับให้กระแสไฟชาร์จผ่าน R_charge.

กำหนดขนาด R_charge เพื่อจำกัดตั้งข้อหาปัจจุบันเพื่อนสมเหตุสมผลระดับ(0.5-2A):

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

สิ่งนี้เพิ่ม 12Ω ให้กับค่าคงที่เวลา RC ระหว่างการชาร์จเท่านั้น ขยายเวลาการชาร์จเป็นประมาณ 5τ = 5 × (12Ω + 80Ω) × 0.15F = 69 วินาทีในการชาร์จจนเต็ม.

หากนานเกินไป ให้ลด R_charge แต่ยอมรับกระแสไหลเข้าที่สูงขึ้น (เช่น 6Ω สำหรับกระแสไหลเข้า ~2A เวลาในการชาร์จ 35 วินาที) การแลกเปลี่ยนเป็นของคุณ.

เคล็ดลับมือโปร: ค่าคงที่เวลา RC (τ = RC) เป็นเพียงจุดเริ่มต้น เวลาพักจริงขึ้นอยู่กับความต้านทานของขดลวดรีเลย์ที่ตรงกับเส้นโค้งการคายประจุของตัวเก็บประจุของคุณ.

การเลือกตัวเก็บประจุ: ทำไมประเภทถึงสำคัญกว่าขนาด

คุณได้คำนวณค่าความจุแล้ว ตอนนี้คุณต้องเลือกส่วนประกอบจริง เคมีของตัวเก็บประจุส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างมากในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับเวลา ขนาดไม่ใช่ทุกสิ่ง.

ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มเทียบกับอิเล็กโทรไลต์: สงครามการรั่วไหล

ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ (อลูมิเนียมหรือแทนทาลัม):

ข้อดี:

• ความจุสูงสุดต่อหน่วยปริมาตร (สำคัญสำหรับค่าขนาดใหญ่)
• ต้นทุนต่ำต่อไมโครฟารัด (0.05-0.15 บาทต่อ 1000μF)
• มีจำหน่ายในแรงดันไฟฟ้าสูง

ข้อเสีย :

• กระแสไฟรั่วสูง (สเปค 0.01-0.03 CV แย่กว่าในทางปฏิบัติ)
• ไวต่อขั้ว (แรงดันไฟฟ้าย้อนกลับ = ตายทันที)
• อายุการใช้งานจำกัด (อิเล็กโทรไลต์แห้งเมื่อเวลาผ่านไป 5-10 ปี)
• ความจุและการรั่วไหลที่ไวต่ออุณหภูมิ

ดีที่สุดสำหรับ: การหน่วงเวลา <30 วินาที โดยที่ขนาดและต้นทุนเป็นปัจจัยหลัก หรือที่ที่คุณเพิ่มส่วนต่าง 1.5-2 เท่า สำหรับการรั่วไหล.

ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม (โพลีโพรพิลีน โพลีเอสเตอร์ โพลีคาร์บอเนต):

ข้อดี:

• กระแสไฟรั่วต่ำมาก (<0.001 CV มักจะต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์ 10-100 เท่า)
• ความเสถียรของอุณหภูมิที่ดีเยี่ยม
• อายุการใช้งานยาวนาน (20+ ปี)
• ไม่มีข้อจำกัดด้านขั้ว (สามารถรองรับ AC หรือ DC แบบย้อนกลับได้)

ข้อเสีย :

• ขนาดทางกายภาพใหญ่กว่ามากสำหรับความจุเดียวกัน
• ต้นทุนที่สูงขึ้น (0.50-2.00 บาทต่อ 1000μF)
• จำกัดเฉพาะค่าความจุที่ต่ำกว่า (ในทางปฏิบัติ <50μF สำหรับขนาดที่เหมาะสม)

ดีที่สุดสำหรับ: การจับเวลาที่แม่นยำ >30 วินาที สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง หรือการใช้งานที่การเลื่อนระยะยาวเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้.

แนวทางแบบไฮบริด: สิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก

สำหรับการจับเวลาในช่วง 30-60 วินาที ให้พิจารณา การรวมกันแบบขนาน:

• อิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่ (80% ของความจุที่คำนวณได้) สำหรับการจัดเก็บพลังงานจำนวนมาก
• ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มขนาดเล็ก (20% ของความจุที่คำนวณได้) เพื่อความแม่นยำในการรั่วไหลต่ำ

ตัวอย่าง: อิเล็กโทรไลต์ 120,000μF + ฟิล์ม 30,000μF = รวม 150,000μF

ฟิล์มแคปชดเชยการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ ขยายเวลาให้ใกล้เคียงกับการคำนวณทางทฤษฎีมากขึ้น ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นอยู่ในระดับปานกลาง (~30% มากกว่าอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมด) แต่ความแม่นยำในการจับเวลาดีขึ้นอย่างมาก.

ข้อผิดพลาดและการแก้ไขทั่วไป

ผิดพลาด#1:ใช้นั่นไงมันจัดอันดับด้านล่างป้อน voltage

เป็น 12V ป้อต้องการ 16V-ได้รับอันดับ(หรือสูงขึ้น)นั่นไงมันสำหรับ reliability. Voltage transients,ripple และส่วนประกอบเสริมความปรองดองหมายถึง"12V ของระบบ"อาจจะเจอ 14-15V ภายใต้เงื่อนไขที่ต้องการ. ปฏิบัติการเป็น capacitor ใกล้มัน voltage ระดับความชื่นชอบเร่งความล้มเหลวและเพิ่ leakage.

แก้ไข: ใช้นั่นไงมันจัดอันดับอย่างน้อย 1.3 x ป้อ voltage(16V สำหรับ 12V ระบบ 25V สำหรับ 18V,etc.)

ผิดพลาด#2:ไม่สนใจ ESR(ค่าชุดรต่อต้าน)

นั่นไงมันมีรต่อต้านภายใน(ESR)ที่ตายไปมาปรากฏตัวในชุดที่เหมาะ capacitance. สูง ESR reduces ลดประจำการก่อนที่มีอยู่ปัจจุบันและสร้าง voltage หล่นอยู่ใต้รถโหลด,รถลดจำนถือขึ้น

ขนาดใหญ่ electrolytics อาจจะ ESR ของ 0.1-1Ω. สำหรับถ่ายทอดสัญญา coil วาด 150mA ที่ dropout,1Ω ESR หมายถึง 0.15 วีเสียต้องภายในรต่อต้าน—พอที่จะลดของคุณขวา.

แก้ไข: ตรวจสอบสเปค ESR สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับเวลา ให้เลือกประเภท ESR ต่ำ (0.1Ω หรือน้อยกว่า).

ข้อผิดพลาด: การเชื่อมต่อแบบขนานโดยไม่มีการปรับสมดุลกระแส

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุหลายตัวแบบขนาน (เช่น ตัวเก็บประจุ 10,000μF สี่ตัวแทนที่จะเป็น 40,000μF หนึ่งตัว) ใช้งานได้ดีในทางทฤษฎี แต่สามารถก่อให้เกิดปัญหาได้หากตัวเก็บประจุมี ESR หรือการรั่วไหลที่ไม่ตรงกัน ตัวเก็บประจุที่ “ดีกว่า” ทำงานมากขึ้น อายุเร็วขึ้น และล้มเหลวก่อน จากนั้นตัวเก็บประจุที่เหลือจะมีขนาดเล็กเกินไป.

แก้ไข: ใช้ตัวเก็บประจุที่ตรงกันจากชุดการผลิตเดียวกันเมื่อต่อขนาน เพิ่มตัวต้านทานอนุกรมขนาดเล็ก (0.1-0.5Ω) ให้กับตัวเก็บประจุแต่ละตัวเพื่อบังคับให้มีการแบ่งกระแส.

เคล็ดลับจากมือโปร #4: กลไกการใช้รีเลย์แบบล็อคช่วยให้คุณใช้คาปาซิเตอร์ขนาด 1/10 เท่าสำหรับช่วงเวลาเดียวกัน โดยใช้หน่วยความจำเชิงกลแทนการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง.

ผลิตภัณฑ์รีเลย์เวลา VIOX

ตัวจับเวลาพลังงานผี: การจับเวลาที่อยู่รอดได้แม้ไฟดับ

รีเลย์หน่วงเวลาดับเครื่องจริงแก้ปัญหาความขัดแย้งพื้นฐาน: คุณจะวัดเวลาได้อย่างไรเมื่อแหล่งพลังงานของนาฬิกาหายไป

คำตอบอยู่ใน ลมหายใจสุดท้ายของคาปาซิเตอร์—พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ซึ่งค่อยๆ คายประจุออกมา จ่ายไฟให้กับขดลวดรีเลย์และวงจรจับเวลาเป็นวินาทีหรือนาทีหลังจากที่ไฟเข้าดับลง มันคือพลังงานผี: พลังงานที่เพียงพอที่จะทำงานสุดท้ายให้เสร็จก่อนที่จะจางหายไปเป็นศูนย์.

มีสามวิธีในการทำให้สำเร็จ:

1. การคายประจุของคาปาซิเตอร์ (พบมากที่สุด)—ค่าคงที่เวลา RC เปลี่ยนการจัดเก็บพลังงานเป็นการจับเวลาที่แม่นยำ
2. รีเลย์แบบล็อค + คาปาซิเตอร์ขนาดเล็ก (มีประสิทธิภาพมากที่สุด)—หน่วยความจำเชิงกลต้องการเพียงพลังงานพัลส์
3. แบตเตอรี่สำรองขนาดเล็ก (ระยะเวลาสำรองไฟนานที่สุด)—การใช้กระแสไฟในระดับไมโครแอมป์ช่วยให้สามารถจับเวลาได้นานหลายชั่วโมง

ฟิสิกส์นั้นสวยงาม: กฎ 37% ควบคุมการคายประจุ RC แบบเอ็กซ์โพเนนเชียล แต่ เคล็ดลับการหลุด (Dropout Trick) ขยายเวลาการใช้งานจริง 3-5 เท่า นอกเหนือจากการคำนวณแบบง่ายๆ โดยใช้ประโยชน์จากฮิสเทอรีซิสของรีเลย์.

คาปาซิเตอร์ฟิล์ม $2 และรีเลย์ $5 สามารถทำในสิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยต้องใช้ตัวจับเวลาแบบนิวเมติก $200 ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า ราคาถูกกว่า เชื่อถือได้มากกว่า และปรับได้ในภาคสนาม.

ระบบควบคุมสมัยใหม่ต้องการการจับเวลาที่อยู่รอดได้เมื่อไฟดับ ไม่ว่าจะเป็นพัดลมระบายความร้อนที่ป้องกันความเสียหายของตลับลูกปืน วาล์วกระบวนการที่ทำการปิดระบบ หรือวงจรความปลอดภัยที่รักษาการป้องกันระหว่างช่วงเวลาชั่วคราว รีเลย์หน่วงเวลาดับเครื่องจริงให้การประกันการจับเวลาเมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาตรฐานล้มเหลว.

VIOX ELECTRIC นำเสนอรีเลย์จับเวลาอิเล็กทรอนิกส์ครบวงจรรวมถึงรุ่นหน่วงเวลาดับเครื่องจริงพร้อมการจัดเก็บพลังงานแบบคาปาซิเตอร์ เหมาะสำหรับการควบคุมมอเตอร์ ระบบอัตโนมัติในกระบวนการ และการใช้งานด้านความปลอดภัย รีเลย์จับเวลาของเราเป็นไปตามมาตรฐาน IEC 61810 และให้การทำงานที่เชื่อถือได้ในช่วงอุณหภูมิอุตสาหกรรม (-25°C ถึง +70°C โดยรอบ).

สำหรับข้อกำหนดทางเทคนิคและคำแนะนำในการเลือก โปรดติดต่อทีมวิศวกรแอปพลิเคชันของเรา เราจะช่วยคุณกำหนดขนาดโซลูชันการจับเวลาที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ โดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานผีในตอนท้ายของเรา.