Relee PCB pentru aplicații de mare putere
Cerințele tot mai stricte din domeniul energiei și al încărcării impun soluții compacte, capabile să comute curenți și tensiuni ridicate. Releele montate pe PCB combină pierderile reduse de putere cu o durabilitate ridicată la comutație și permit realizarea unor proiecte care economisesc spațiu.
Tendința către capacități tot mai mari ale bateriilor vehiculelor, alături de încărcătoare din ce în ce mai compacte, cu putere maximă de încărcare și durabilitate ridicată, este de neoprit de mai mulți ani. Pentru utilizatorii finali, fie acasă, fie în deplasare, încărcarea rapidă și anxietatea legată de autonomia bateriei sunt criterii-cheie în alegerea unui încărcător. Ca urmare, cerințele tehnice sunt, la rândul lor, în creștere: curenții și tensiunile mai mari trebuie comutate în siguranță în spații restrânse. În același timp, pierderile termice trebuie minimizate, conformitatea cu standarde precum IEC 62109, IEC 61851, IEC 60947-4-1 și IEC 62955 trebuie asigurată, iar durata de viață a componentelor trebuie maximizată, deoarece se așteaptă ca încărcătoarele să ofere performanțe fiabile timp de mulți ani.
Limitele releelor convenționale
Figura 1: Releul G9KA (stânga) dispune de o structură cu contact dublu, care economisește spațiu (dreapta). (Sursă: OMRON)
Fie că este vorba despre sisteme fotovoltaice, sisteme de stocare cu baterii, stații de încărcare rapidă sau sisteme energetice industriale, releele convenționale sunt încă utilizate pe scară largă pentru comutarea curenților mari. Deși sunt soluții verificate în practică, acestea necesită adesea spațiu considerabil, borne cu șurub, cablare complexă și o putere de menținere relativ ridicată. În plus, rezistența ridicată a contactelor generează pierderi sub formă de căldură, sporind necesitatea unei răciri suplimentare.
Relee PCB ca alternativă compactă
O familie de relee recent dezvoltată oferă o soluție eficientă energetic, care economisește spațiu. Seria G9K de la OMRON, proiectată pentru montare pe PCB, reduce timpul și costurile de instalare, eliminând în același timp potențialele erori asociate cablării (Figurile 1–3).
Figura 2: Modelul G9KB utilizează un sistem fiabil cu magneți permanenți pentru suprimarea arcului electric. (Sursă: OMRON)
În comparație cu montarea pe șină DIN sau pe panou, montarea pe PCB oferă, de asemenea, economii semnificative de spațiu. Rezistența redusă a contactelor diminuează pierderile sub formă de căldură și crește eficiența energetică. Contactele robuste și mecanica optimizată asigură o durată lungă de viață, chiar și în condiții de sarcină ridicată. Bobinele eficiente energetic permit un curent de menținere mai mic. Anumite versiuni permit, de asemenea, controlul prin modularea lățimii impulsului (PWM).
Capacitate ridicată de curent și omologări internaționale
Cu o capacitate de transport al curentului de până la 300 A (AC și DC) și un curent de comutare de până la 100 A (DC), aceste relee sunt potrivite pentru aplicații solicitante, cu sarcini mari. Intervalul larg al temperaturilor de funcționare, de regulă între -40°C și +85°C, permite utilizarea în diverse medii. Datorită omologărilor internaționale, inclusiv UL, IEC și VDE, această serie poate fi integrată cu ușurință în dispozitive destinate mai multor piețe. Seria include mai multe modele cu funcții suplimentare, adaptate aplicațiilor specifice. Tabelul 1 oferă o prezentare generală.
Rezistența de contact ca factor critic
Tabelul 1: Date tehnice esențiale pentru variantele seriei G9K
O rezistență de contact scăzută și stabilă este esențială pentru toate aplicațiile de încărcare. Un studiu de simulare realizat de OMRON a arătat că o creștere de numai 1 mΩ a rezistenței de contact poate ridica temperatura în punctul de conectare a sarcinii cu până la 18°C. Acest lucru nu doar reduce durata de viață a contactelor, ci crește și solicitarea termică asupra componentelor din apropiere. Simulările demonstrează că designul multipolar (G9KC) poate reduce creșterea temperaturii cu cel puțin 10°C, îmbunătățind astfel semnificativ fiabilitatea încărcătoarelor cu durată lungă de viață. În practică, generarea redusă de căldură a modelului G9KC permite cicluri de încărcare mai eficiente și mai rapide, deoarece temperaturile de funcționare mai scăzute reduc necesitatea limitării curentului de ieșire.
Concluzie
Figura 3: Versiunea cu patru poli a modelului G9KC, cu contact în oglindă integrat (mirror contact). (Sursă: OMRON)
Seria G9K oferă o alternativă avansată din punct de vedere tehnic, compactă și eficientă energetic la releele convenționale. Prin combinarea rezistenței reduse a contactelor, a capacității ridicate de comutare și a variantelor constructive adaptate unor aplicații specifice, pot fi implementate atât aplicații AC, cât și DC, în deplină conformitate cu standardele. Acest lucru creează noi oportunități pentru dezvoltatorii de infrastructuri de încărcare, sisteme fotovoltaice și dispozitive de stocare a energiei, permițându-le să proiecteze sisteme compacte, eficiente și fiabile. Se preconizează că tendința către capacități îmbunătățite de monitorizare și miniaturizare suplimentară va continua. Seria G9K oferă astfel o bază tehnică solidă pentru următoarea generație de sisteme energetice puternice și durabile.
Autori:
Norman Majer, Corporate Product Manager Mechanics
Martin Unsöld, Senior Manager Product Marketing Mechanics
Rutronik | https://www.rutronik.com
Glosar de termeni
Releu PCB – releu proiectat pentru montare directă pe placa de circuit imprimat. Această soluție reduce spațiul ocupat, simplifică instalarea și elimină o parte din cablarea necesară în cazul montării pe șină DIN sau pe panou.
SPST-NO – abreviere pentru Single Pole Single Throw – Normally Open. Indică un releu cu un singur pol și un singur contact de comutare, care este normal deschis și se închide atunci când releul este acționat.
Contact cu dublă rupere – configurație în care circuitul este întrerupt în două puncte de contact. Aceasta poate îmbunătăți performanța de comutare și poate contribui la creșterea siguranței în aplicații cu tensiuni și curenți ridicați.
Contact auxiliar – contact suplimentar utilizat pentru semnalizare, monitorizare sau feedback privind starea releului. În multe aplicații, contactul auxiliar ajută sistemul de control să confirme dacă releul a fost acționat corect.
Contact în oglindă (mirror contact / linked contact) – contact auxiliar normal închis (NC), utilizat în contactoare și relee de siguranță, care nu poate fi închis simultan cu un contact principal normal deschis (NO). Este folosit pentru monitorizarea stării contactelor principale.
Parametri electrici și tehnologii asociate
Rezistență de contact – rezistența electrică prezentă la nivelul contactelor releului. O valoare redusă și stabilă este importantă pentru limitarea pierderilor sub formă de căldură și pentru creșterea eficienței sistemului.
Putere de menținere – puterea necesară pentru menținerea releului în stare acționată după comutare. O putere de menținere mai mică reduce consumul și contribuie la eficiența energetică a sistemului.
Stingerea arcului electric – procesul de eliminare a arcului electric care poate apărea la deschiderea sau închiderea contactelor, mai ales în aplicații cu tensiuni și curenți ridicați. O stingere eficientă a arcului electric crește durata de viață a contactelor.
VAC / VDC – notații tehnice pentru tensiune în curent alternativ (Volts AC) și tensiune în curent continuu (Volts DC).
V2G (Vehicle-to-Grid) – tehnologie prin care energia stocată în bateria unui vehicul electric poate fi transferată înapoi către rețeaua electrică, atunci când infrastructura permite acest lucru.