صمام الإغلاق الأحادي الطاقة صفر: مقارنة سوق الطاقة الجديدة

لماذا يعتبر الاحتفاظ بالسلطة مهمًا في أنظمة الطاقة الجديدة

يستهلك ملف الملف اللولبي بقدرة 5 واط مفتوحًا لمدة عام كامل حوالي 43.8 كيلووات في الساعة (5 وات × 8760 ساعة). يستهلك الصمام الذي يحافظ على حالته عند 0.05 واط حوالي 0.44 كيلو واط في الساعة خلال نفس الفترة. الأرقام توضيحية، لكن الفجوة حقيقية، وتتضاعف مع كل صمام في النظام.

وفي محطة متصلة بالشبكة، تمثل هذه الفجوة تكلفة التشغيل. وفي المعدات التي تعمل بالطاقة الشمسية والمدعومة بالبطاريات، يكون الأمر أقرب إلى قيود التصميم. كل واط يتم إنفاقه مع إبقاء الصمام مفتوحًا يقلل من الطاقة المتاحة لكل شيء آخر، ويجب أن تكون أجهزة التوليد والتخزين ذات حجم مناسب لحملها.

الحرارة هي مصدر القلق الثاني. يقوم الملف الذي يتم تنشيطه باستمرار بتدفئة الصمام والعلبة المحيطة به، وفي الخزانات المدمجة، المكونات القريبة. في حاويات البطاريات ومبيتات إلكترونيات الطاقة، تكون الميزانيات الحرارية محدودة، وكل واط يتبدد بواسطة ملف الصمام هو واط يجب على نظام التبريد إزالته.

وبالتالي فإن اختيار الصمام في هذه الأنظمة يعتمد على ثلاثة متغيرات: مقدار الطاقة التي يسحبها الصمام أثناء الإمساك به، ومقدار أجهزة التحكم التي يحتاجها، وماذا يفعل عندما تختفي الطاقة. يقارن الجزء المتبقي من هذه المقالة بنيات الصمامات مع تلك المتغيرات الثلاثة.

مقارنة بين ثلاث بنيات للصمامات

عادة ما يختار المهندسون بين تصميمين راسخين. يظل صمام الملف اللولبي التقليدي أحادي الاستقرار قيد التشغيل فقط أثناء تنشيط ملفه، ويعيده الزنبرك إلى الوضع الافتراضي عند إزالة الطاقة. يستخدم صمام النبض ثنائي الاستقرار مزلاجًا مغناطيسيًا: تقوم نبضة قصيرة بتبديله، ويظل في وضع بدون طاقة حتى وصول نبضة معاكسة.

كل تصميم يحل مشكلة واحدة ويترك مشكلة أخرى مفتوحة. من السهل توصيل الصمامات الأحادية الاستقرار ولكنها تسحب تيارًا ثابتًا بشكل مستمر. تبقى الصمامات الثنائية الاستقرار عند مستوى صفر من الطاقة ولكنها تحتاج إلى محرك نبضي، وتبقى في موضعها الأخير في حالة فقدان الإمداد. ال صمام إغلاق أحادي الاستقرار بدون طاقة تم تصميمه ليجلس بين الاثنين: فهو سلكي ويتم التحكم فيه مثل صمام أحادي الاستقرار، ومع ذلك يحافظ على حالته عند طاقة منخفضة جدًا.

كيف يعمل صمام الإغلاق الأحادي الطاقة صفر

يتم تنشيط الصمام للفتح أو الإغلاق، ثم ينخفض إلى حالة الإغلاق ذات الطاقة المنخفضة للغاية. تضع بيانات الشركة المصنعة قوة الاحتفاظ أقل من 0.05 واط لنماذج التيار المستمر وأقل من 0.06 واط لنماذج التيار المتردد، مع عدم ارتفاع درجة حرارة الملف أثناء التشغيل ومعدل توفير الطاقة أعلى من 95% مقارنة بالصمام التقليدي الأحادي الاستقرار.

هناك خياران للتصميم يشرحان السلوك. أولاً، تفصل بنية الإغلاق المركبة مرحلة تبديل الطاقة العالية عن مرحلة الاحتفاظ بالطاقة المنخفضة. ثانيًا، يتم دمج دائرة المحرك في الصمام بدلاً من توفيرها كوحدة خارجية. نظرًا لوجود السائق داخل الصمام، يرى نظام التحكم حملًا عاديًا من حالتين: قم بتطبيق الجهد الكهربي وتشغيل الصمام، وإزالة الجهد الكهربي وإعادة ضبطه.

هذه النقطة الأخيرة هي ما يفصل هذا التصميم عن صمام النبض ثنائي الاستقرار. تعتمد حالة الاحتجاز على إمداد مستمر صغير، لذا فإن قطع الطاقة بالكامل يعيد الصمام إلى موضعه الأولي تلقائيًا. تعتبر التجارة بمثابة سحب صغير مقابل سلوك يمكن التنبؤ به.

تتم حماية الإلكترونيات المدمجة بواسطة تغليف BMC. يستخدم الاتصال الكهربائي واجهة DIN43650 القياسية، لذلك يمكن إعادة استخدام موصل إضافي موجود دون الحاجة إلى برنامج تشغيل خارجي أو جهاز تحكم في النبض.

تقييم الملاءمة عبر تطبيقات الطاقة الجديدة

يوضح الجدول أدناه المكان الذي يناسب فيه صمام الإغلاق الأحادي الطاقة الصفري وما لا يزال بحاجة إلى التحقق منه. التقييمات هي أحكام هندسية تعتمد على السلوك المعلن للصمام، وليست مطالبات أداء معتمدة لأي تركيب محدد.

تستحق الإدارة الحرارية للتخزين اهتمامًا خاصًا. تعتمد حلقات التبريد في خزانات البطاريات على صمامات تتصرف بشكل يمكن التنبؤ به، والصمام الذي يعود إلى موضع محدد عند فقدان الطاقة هو خاصية تستحق التحديد بوضوح. هذا لا يعني أن أي نوع من الصمامات يحل المخاطر الحرارية من تلقاء نفسه. وهذا يعني أن سلوك إعادة التعيين ينتمي إلى ورقة المواصفات إلى جانب تصنيف الضغط وتوافق سائل التبريد.

وينطبق نفس المنطق على التعديلات التحديثية. نظرًا لأن الصمام يستخدم أسلاكًا قياسية وموصل DIN43650، فإنه يمكن أن يحل محل صمام الملف اللولبي التقليدي دون إجراء تغييرات على دائرة التحكم، مما يجعل جهد التشغيل منخفضًا في المصانع الحالية.

حيث يكون نوع الصمام المختلف هو الخيار الأفضل

إن صمام الإغلاق الأحادي الطاقة الصفري ليس خيار الطاقة الأقل في كل حالة. نظرًا لأنه يحتاج إلى مصدر مستمر صغير للحفاظ على حالته، فإنه يستمد طاقة لا يستمدها الصمام الثنائي المستقر الذي يحركه النبض. عند 0.05 واط، أي حوالي 1.2 واط ساعة يوميًا. تخزن بطارية بقوة 12 فولت و7 أمبير في الساعة ما يقرب من 84 وات في الساعة، لذا فإن الاحتفاظ بها بمفردها سيستهلك حوالي 70 يومًا من هذه السعة.

بالنسبة لعقدة الاستشعار التي تنام لأسابيع بين عمليات التشغيل وتعمل من بطارية صغيرة، عادةً ما يستمر صمام النبض ثنائي الاستقرار المقترن بوحدة تحكم منخفضة الطاقة لفترة أطول. وينطبق الشيء نفسه عندما يكون لدى النظام بالفعل محرك نبضي ولا يحتاج إلى إعادة التعيين التلقائي.

ثلاث نقاط أخرى تتطلب الرعاية:

• تيار ذروة التشغيل: يحتاج الصمام إلى طاقة أكبر أثناء التبديل مقارنة بالتشغيل، لذلك يجب أن يكون حجم الإمداد مناسبًا للذروة، المدرجة في ورقة البيانات.
• المناطق الخطرة: الإلكترونيات المدمجة لا تجعل الصمام مناسبًا للأجواء المتفجرة. قم بتأكيد الشهادة المطلوبة للطراز المحدد.
• أرقام الشركة المصنعة: قوة التحمل ومعدل التوفير هي قيم مذكورة. قم بقياسها وفقًا لجهد التشغيل ودرجة الحرارة المحيطة قبل الالتزام بعملية نشر كبيرة.

قائمة الاختيار للمهندسين والمشترين

تفصل عمليات الفحص التالية بين التطبيق المناسب والتطبيق غير المناسب. إن العمل من خلالها بالترتيب عادةً ما يحسم الاختيار بين البنى الثلاثة.

1. واجهة التحكم: هل تقوم وحدة التحكم الحالية بإخراج جهد مستمر أم أنها تولد نبضات بالفعل؟
2. نوع الإمداد: هل النظام DC أو AC، وما هو الجهد المتوفر في الصمام؟
3. سلوك فقدان الطاقة: هل يجب أن يعود الصمام إلى موضع محدد عند فقدان الإمداد؟
4. دورة التشغيل: ما هي مدة بقاء الصمام في حالة واحدة، وكم مرة يتحول؟
5. ميزانية الطاقة: هل يمكن للإمداد أن يحمل حملًا مستمرًا صغيرًا بالإضافة إلى ذروة التشغيل؟
6. الوسائط والضغط: هل تتوافق مواد الجسم والأختام ودرجات الحرارة والضغط مع السائل؟
7. الشهادة: هل يتطلب الموقع موافقات منطقة خطرة أو موافقات أخرى؟
8. البيئة: ما هو نطاق درجة الحرارة المحيطة والتعرض للاهتزاز؟

ملخص المقارنة

تظل الصمامات التقليدية أحادية الاستقرار معقولة للاستخدامات قصيرة المدى ومنخفضة التكلفة حيث لا يهم الطاقة والحرارة. تعد صمامات النبض ثنائية الاستقرار الخيار الأقوى للأنظمة التي تعمل بالبطارية فقط والتي تتمتع بالفعل بالتحكم في النبض ولا تتطلب إعادة ضبط تلقائي.

يشغل صمام الإغلاق الأحادي الطاقة صفر المساحة بينهما. إنه يناسب أنظمة الطاقة الجديدة التي تعمل بالتحكم القياسي في الجهد المستمر، وتمسك الصمامات في موضع واحد لفترات طويلة، وتحتاج إلى حرارة منخفضة وموقع إرجاع محدد عند فقدان الطاقة. حدوده هي السحب الدائم أثناء الإمساك، وذروة التشغيل، وأسئلة الاعتماد التي تنطبق على أي صمام يعمل بالكهرباء. إن مطابقة هذه الحدود مع القائمة المرجعية أعلاه هي الطريقة الأكثر موثوقية لتحديد ما إذا كانت تنتمي إلى تصميم معين.