Wszystko, co musisz wiedzieć o przełącznikach elektrycznych

Spis treści
1. Wstęp
2. Wprowadzenie i typowe typy przełączników
3. Najnowsze osiągnięcia technologiczne
4. Wielkość rynku
5. Zalecenia dotyczące wyboru
6. Streszczenie

Wprowadzenie

Używamy niezliczonej liczby przełączników niemal każdego dnia, w tym zawsze, gdy chcemy skorzystać z samochodu, pralki, światła elektrycznego, a nawet włączyć ekran telefonu komórkowego. Przełączniki są niewątpliwie jednymi z najczęstszych elementów elektrycznych, z jakimi spotykamy się w naszym codziennym życiu. Są to urządzenia służące do automatycznego lub ręcznego łączenia lub rozłączania obwodów, przerywania przepływu prądu lub zmiany kierunku prądu w obwodzie, a tym samym kontrolowania uruchamiania i zatrzymywania urządzeń elektrycznych, wybierania programów lub kontrolowania przesyłu mocy.

W tym artykule omówiono zasadę działania przełączników, ich powszechnie stosowane typy, istotne normy certyfikacji bezpieczeństwa i najnowsze osiągnięcia technologiczne w tej dziedzinie.

Wprowadzenie i typowe typy przełączników

Prawie wszystkie systemy elektryczne i elektroniczne używają co najmniej jednego przełącznika do sterowania operacjami „włączania” i „wyłączania” urządzenia. Mówiąc prościej, przełącznik steruje obwodem, aktywując lub dezaktywując wszystkie lub niektóre części lub procesy do niego podłączone.

Przełączniki pełnią głównie dwie funkcje: otwierają lub zamykają obwody i kontrolują przesył mocy, a zazwyczaj mają jeden lub więcej styków. „Zamknięty” stan styku wskazuje na przewodność, umożliwiając przepływ prądu, podczas gdy „otwarty” stan przełącznika wskazuje na nieprzewodzenie, tworząc otwarty obwód i zapobiegając przepływowi prądu.

Chociaż ta funkcjonalność może wydawać się prosta, zrodziła niezliczone wersje dla różnych scenariuszy aplikacji. Poniżej przedstawimy najpopularniejsze typy przełączników i krótko wyjaśnimy ich zasady.

Przełączniki kołyskowe i przyciskowe

Przełączniki kołyskowe i przełączniki przyciskowe to najczęstsze typy przełączników elektrycznych, charakteryzujące się dźwignią lub mechanizmem przycisku, który można przełączyć, aby otworzyć lub zamknąć obwód. Zmieniają funkcję i stan układu elektrycznego poprzez zmianę pozycji. Zazwyczaj składają się z dwóch styków, które zamykają się, gdy dźwignia lub przycisk zostanie przesunięty do określonej pozycji, umożliwiając zamknięcie obwodu i przepływ prądu. Gdy dźwignia lub przycisk zostanie przesunięty do innej pozycji, styki otwierają się, przerywając obwód i zapobiegając przepływowi prądu. Tego typu przełączniki są powszechnie spotykane w urządzeniach, takich jak lampy i czajniki.

Przełączniki obrotowe

Przełączniki obrotowe zazwyczaj mają pokrętło, które można obracać, a każdy przyrost lub pozycja przełącznika może sterować różnymi częściami systemu. Ostateczna pozycja zatrzymania pokrętła określa polecenie sterujące przełącznika. Oprócz wybierania otwierania lub zamykania obwodu przez styki w różnych pozycjach, przełączniki obrotowe mogą również sterować przepływem prądu poprzez regulację wielkości wbudowanych rezystorów. Dzięki temu nadają się do sterowania zmianami programu lub ustawiania prędkości roboczych. Przełączniki obrotowe są szeroko stosowane do sterowania głośnością, sterowania prędkością wentylatora i sterowania czasem w urządzeniach, takich jak pralki, piekarniki i kuchenki mikrofalowe.

Kontaktrony

A kontaktron jest przełącznikiem magnetycznym powszechnie stosowanym w obwodach elektronicznych. Chociaż nie jest powszechnie spotykany na co dzień, jest niezbędnym elementem sterowania obwodem w zastosowaniach takich jak samochody i alarmy drzwi/okien.

Przełączniki trzcinowe składają się z uszczelnionej szklanej obudowy, która zawiera dwa ferromagnetyczne trzciny. Kontakt lub separacja trzcin jest kontrolowana przez zewnętrzne pole magnetyczne generowane przez magnes trwały lub cewkę elektromagnetyczną, kontrolując w ten sposób przepływ prądu.

Przełączniki kontaktronowe są zazwyczaj używane do wykrywania, czy coś jest otwarte, czy w ruchu, na przykład do wykrywania stanu otwartego/zamkniętego cylindra lub do monitorowania bezpieczeństwa drzwi i okien. Szklana obudowa przełącznika kontaktronowego pozwala na jego stosowanie w niemal każdym środowisku. W stanie normalnie otwartym nie pobiera on energii. Metoda sterowania magnetycznego zapewnia praktycznie bezstratną pracę, umożliwiając miliardy operacji otwierania i zamykania obwodów. W rezultacie przełączniki kontaktronowe szybko rozwinęły zastosowania w sprzęcie testowym i pomiarowym, systemach bezpieczeństwa i urządzeniach gospodarstwa domowego. W przyszłości mogą mieć znaczący rynek w różnych zastosowaniach.

Ponadto przełączniki można również klasyfikować na podstawie ich funkcji, w tym wspomniany wcześniej przełącznik normalnie otwarty (NO), który nie pozwala na przepływ prądu przez swoje styki w swojej normalnej pozycji domyślnej. Gdy przełącznik jest aktywowany (np. przez naciśnięcie przycisku), pozwala na przepływ prądu. Z drugiej strony istnieje przełącznik normalnie zamknięty (NC), w którym styki znajdują się w swojej normalnej pozycji domyślnej, umożliwiając przepływ prądu. Po aktywacji przełącznik odłącza zasilanie od styków, zapobiegając przepływowi prądu. Przełączniki NC są powszechnie stosowane w obwodach zabezpieczających przed zatrzymaniem awaryjnym.

Opierając się na zasadzie elektromagnetycznych przekaźników sterujących czasem, przełączniki opóźniające można dalej klasyfikować na sterowane dźwiękiem, światłem, dotykiem itd. Są one często stosowane w przełącznikach dotykowych wejścia-wyjścia, które polegają na sile sprężyny metalowej, aby osiągnąć połączenie i rozłączenie obwodu. Gdy przycisk przełącznika jest lekko naciśnięty, przełącznik jest włączany, a gdy przycisk jest zwolniony, przełącznik jest wyłączany. Obecnie, niezależnie od tego, czy używasz kliknięcia myszą, czy ekranu dotykowego w smartfonie, używasz przełącznika dotykowego.

Najnowsze osiągnięcia technologiczne

Najnowsze osiągnięcia technologiczne w dziedzinie technologii przełączników elektrycznych koncentrują się głównie na podnoszeniu poziomu inteligencji przy jednoczesnym ciągłym rozwoju w zakresie miniaturyzacji, niezawodności, bezpieczeństwa, efektywności energetycznej i zrównoważonego rozwoju.

Jako terminal sterujący, który bezpośrednio wchodzi w interakcję z ludźmi, przełączniki szybko rozwinęły się pod względem inteligencji dzięki rozwojowi technologii Internetu rzeczy (IoT) i sztucznej inteligencji. Ekrany dotykowe i programowalność stały się bardziej powszechne, dzięki czemu proces interakcji z ręcznym sterowaniem stał się płynniejszy. W połączeniu z technologią zdalnego monitorowania i sztuczną inteligencją użytkownicy mogą monitorować i kontrolować stan przełączników elektrycznych w czasie rzeczywistym oraz uzyskać spersonalizowaną kontrolę nad inteligentnymi urządzeniami domowymi poprzez programowanie. Systemy inteligentnego domu może uczyć się nawyków życiowych użytkowników i kontrolować je inteligentne przełączniki do automatyzacji funkcji takich jak klimatyzacja czy oświetlenie.

Nowe typy przełączników mogą dostosować się do złożonych sieci energetycznych i systemów przemysłowych, umożliwiając bardziej efektywne wykorzystanie energii poprzez integrację technologii, takich jak prąd stały wysokiego napięcia (HVDC). Cyfrowe wyłączniki ochronne mogą zwiększyć bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych. Praktyczne zaawansowane materiały umożliwiają niskie zużycie energii, przyjazne dla środowiska i zrównoważone projekty. Oczekuje się, że wraz z popularyzacją inteligentnych domów rynek inteligentnych przełączników będzie się stopniowo rozszerzał.

Wielkość rynku

Jako niezbędny element sterowania w dziedzinie elektroniki przełączniki mają znaczną wielkość rynku. Według badań precedence globalny rynek przełączników elektrycznych osiągnął 14.1 mld USD w 2022 r. i oczekuje się, że do 23.8 r. osiągnie około 2032 mld USD, ze średniorocznym wzrostem (CAGR) wynoszącym 5.37% w okresie prognozy od 2023 r. do 2032 r.

Według Dataintelo, w poszczególnych segmentach globalny rynek inteligentnych przełączników ma wzrosnąć z 1.02 mld USD w 2017 r. do 2.48 mld USD do 2030 r., ze średnioroczną stopą wzrostu (CAGR) wynoszącą 10.5% w latach 2017–2030. Wzrost rynku można przypisać rosnącemu popytowi na inteligentne urządzenia domowe, rosnącej świadomości oszczędzania energii i coraz powszechniejszej adopcji Internetu rzeczy (IoT) w zastosowaniach mieszkaniowych i komercyjnych.

Jednak wysokie koszty instalacji i brak wiedzy technicznej mogą ograniczyć wzrost rynku w okresie prognozy. Oczekuje się, że globalny rynek przełączników kontaktronowych osiągnie wartość 1427.05 mln USD do 2028 r. z 888.7 mln USD w 2021 r., przy CAGR wynoszącym 7% w okresie prognozy (2021–2028). Wzrost ten jest napędzany rosnącym popytem na przełączniki kontaktronowe w różnych zastosowaniach motoryzacyjnych, takich jak czujniki poduszek powietrznych i systemy tempomatu, rosnącą potrzebą bezpieczeństwa i ochrony oraz wysoką niezawodnością i trwałością tych produktów w trudnych warunkach, takich jak ekstremalne zimno lub ciepło.

Zalecenia dotyczące wyboru

Po zrozumieniu podstawowej wiedzy na temat przełączników elektrycznych, nadal ważne jest, aby zwracać uwagę na konkretne parametry przy wyborze przełączników elektrycznych, aby zapewnić zgodność z konkretnym zastosowaniem. Główne parametry przełączników elektrycznych obejmują:

• Napięcie znamionowe: Odnosi się do bezpiecznego napięcia, jakie może wytrzymać przełącznik podczas normalnej pracy.
• Prąd znamionowy: Oznacza maksymalny bezpieczny prąd, jaki może przepływać przez przełącznik po włączeniu. Przekroczenie tej wartości może spowodować łuk elektryczny między dwoma stykami.
• Rezystancja izolacji: Odnosi się do wartości rezystancji pomiędzy elementami przewodzącymi i izolacyjnymi przełącznika. Wartość rezystancji izolacji powinna być wyższa niż 100MΩ.
• Odporność na kontakt: Odnosi się do wartości rezystancji pomiędzy każdą parą styków, gdy przełącznik jest w stanie otwartym. Zwykle wymagane jest, aby była ona niższa niż 0.1-0.5Ω, a preferowana jest mniejsza wartość.
• Wytrzymałość napięciowa: Oznacza maksymalne napięcie, jakie przełącznik może wytrzymać pomiędzy przewodem a uziemieniem.
• Życie: Odnosi się do liczby razy, kiedy przełącznik może działać w normalnych warunkach pracy. Zazwyczaj wymagane jest, aby było to około 5,000-35,000 razy.
• Kompatybilność: Zapewnij zgodność przełącznika z istniejącym środowiskiem obwodowym.
• Certyfikat bezpieczeństwa: Podczas produkcji i zakupu przełączników ważne jest, aby wybierać produkty, które przeszły odpowiednie certyfikacje bezpieczeństwa, w tym normę Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) IEC 60669-1:2017, międzynarodową normę dotyczącą rozdzielnic niskonapięciowych i aparatury sterowniczej IEC 60947-3:2018, międzynarodową normę dotyczącą koordynacji elektrycznej i cieplnej urządzeń elektrycznych IEC 61140:2016, ogólną normę dotyczącą przełączników elektrycznych opublikowaną przez Underwriters Laboratories (UL) UL 61058-1, normę europejską EN 60669-1, chińską normę krajową GB 16915.1-2017 oraz japońską normę przemysłową JIS C 4520-1:2014 itp. Należy również wziąć pod uwagę wymagania polityki obowiązującej w Twoim regionie.

Podsumowanie

Przełączniki elektryczne są kluczowymi komponentami do kontrolowania działania systemów energetycznych. Niniejszy artykuł przedstawia przegląd podstawowej wiedzy, powszechnych typów, najnowszych badań, wielkości rynku i rekomendacji dotyczących wyboru przełączników. Mamy nadzieję, że niniejszy artykuł pomoże Ci zrozumieć ten ważny komponent, tak jak przełącznik otwiera obwód elektryczny.

Niezależnie od Twoich potrzeb w zakresie przełączników elektrycznych, na stronie znajdziesz wszystko, czego szukasz. Chovm.com.