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HVAC/恶劣环境连接器的前五项性能需求是什么?

    作者:宏拓新软件
    发布日期:2023-11-20         
阅读:34     
 
 

在供暖通风和空调(HVAC)系统及其他恶劣环境中使用的连接器的众多性能要求中,有五项特别重要——防尘防潮(IP等级)、极端温度操作、平衡配接/不配接力和接触阻力、保持力和锁定机制以实现稳健操作,以及安全性。

IP等级

IP分类系统是在IEC 60529中定义的。暖通空调和恶劣环境中的连接器通常需要高IP等级。IP等级由两位数字组成。第一个数字表示灰尘和物体的保护等级,从0到6。第二位是指对液体的保护水平(图1)。例如,具有IP68等级的连接器是防尘的,可以承受强大的水柱。

图表

图1. IP等级衡量的是对包括灰尘在内的物体以及湿气和水侵入的保护水平。

在指定IP等级时,有必要考虑连接器在多大程度上会接触到碎片、工具、甚至手指和灰尘,包括非常细的粉末状颗粒、灰尘或沙子,以及预期的接触是间歇性的还是连续性的。对于像HVAC这样可能在户外暴露于大自然的系统来说,暴露于水是一个主要考虑因素。IP等级延伸到可能被淹没的系统。

一些用于恶劣环境的HVAC系统和设备可能需要具有IP68等级的密封连接器。这可能包括线对线连接器和其他互连方式(图2)。如果连接器没有适当的密封,灰尘、水和其他材料就会进入连接器内部,并可能进入设备内部,破坏信号,腐蚀触点,并对其他系统元件造成物理损坏。

连接器

图2. 这种线对线连接器系统具有UL批准的IP68等级。

不会太热或太冷

连接器是热坚固的部件。但它们有温度限制。许多连接器的额定工作温度高达85℃。在HVAC和其他恶劣环境(如工业和汽车系统)中,这往往是不够的。例如,一个HVAC冷凝器系统可能位于炎热气候下建筑物的阳面,温度可能过高。此外,压缩机中的电机驱动器和其他电子元件会散热,使温度升高。而承载大电流的电源连接器的触点会出现一定程度的自热。

专为HVAC和恶劣环境设计的连接器,其额定温度通常为105℃或更高。确保连接器在异常寒冷的天气下能够可靠地工作也很重要。夏天经历高温的压缩机,在冬天可能会暴露在零度以下的温度中。

配接力

指定最佳配接力是很复杂的。配接力太小,触点之间的电阻可能太高;配接力太高,会使系统难以无损组装。适当的配接力和最佳的接触几何形状对于支持指定的接触电阻是必要的。太高的电阻会降低功率或信号的传输,或导致热耗散的增加。有两种类型的电阻影响着连接器:

l 体积电阻是由携带电流的材料引起的,取决于接触针的形状和材料。

l 接触电阻是由连接器两边的机械连接强度造成的,取决于针脚和插座之间的接触力。

接触电阻可根据引脚和插座之间的法向力而变化。高的接触法向力会使引脚和插座之间的接触表面积最大,接触电阻也较低。法向力低的设计会导致信号或功率传输效率低下。连接器的设计是为了平衡最高的实用法向力和合理的所需配接力水平。配接和非配接涉及不同的力的组合,因此,配接比非配接需要更大的力。在配接过程中,当引脚和插座结合在一起时,触点首先被张开。这一阶段所需的力是插入(展开)力和摩擦力的组合(图3)。在解配过程中,触点自然恢复到原来的形状,不需要任何力,唯一经历的力是摩擦。

连接器

图3. 配对力包括接触扩散(左),然后是摩擦(右)

保持力和锁定机制

保持力与解配力是不同的。解除接合是指断开连接器的连接。保持力有两个定义。一个定义是指插针在连接器主体中的牢固程度。需要足够的接触保持力来吸收接触配接力和抵御连接器正常使用时产生的力。保持力的单位是牛顿,正确的保持力可以减少接触损坏的可能性。EIA-364 MIL-DTL-38999方法4.6.32定义了插入连接器时,使触点从正确位置移开所需的轴向力。有手动和自动工具可用于测量保持力(图4)。

连接器

图4. 用于测量接触针和插座的保持力的手动工具的例子。

保持力的第二个定义是指插头被插座固定的牢固程度。插针插座的材料和设计会影响保持力。例如,如果设计要求有大量的插接和非插接循环,那么在插接连接器的两半时,最好能尽量减少扩张力,并通过摩擦达到所需的保持力。

锁定机制通常被用来确保坚固的连接,而不需要借助于高水平的接合或解配力。锁定机制是一个机械系统,可确保高程度的保持力。它可以是被动的,在连接器接合时自动接合,也可能需要用户手动激活锁。在这两种情况下,锁紧系统都有助于保持牢固的连接。它也可用于环境密封连接器,以最大限度地提高密封的完整性。

安全性

有几个与连接器有关的安全标准。其中一个基本标准是UL 1977,它涵盖了数据、信号、控制和电源应用中的单极和多极连接器。UL 1977的要求是指导方针,并不取代设备或特定应用的标准。它定义了基于操作类型的安全标准。没有指定电流等级的连接器根据其电压等级属于0型或1A型或5型。CSA C22.2 No. 182.3与此类似,但设备类型类别较少。在UL 1977中定义的基本设备类型是:

  • 0型的额定电压小于8.3A,小于30V rms(42V peak)。
  • 1A型,额定电流小于8.3A,电压为30V,最高包括600V交流或直流,或两者。
  • 1B型的额定电流从8.3A到200A,并且小于30V有效值(42V峰值)。
  • 2型的额定电流从8.3A到小于31A,电压从30V到包括600V交流或直流或两者。
  • 3型的额定电流为31A至200A,电压为30V至600V交流或直流,或两者兼有。
  • 3A型的额定电流为31A至200A,电压为601V至1000V(含)的交流或直流,或两者兼有。
  • 4型的额定电流从200A以上到1000A,以及600V交流或直流以下。
  • 4A型的额定电流大于200A,达到并包括1000A,电压为601V,达到并包括1000V交流或直流。
  • 5型,额定电流小于31A,电压从601V到6000V(含)的交流或直流,或两者兼有。

其他常见的连接器安全标准包括:

  • UL 2237用于额定电压高达1000V的多点互连电力电缆组件。
  • UL 2238适用于远程控制、信号和功率限制电路中的传感器和执行器的连接器,额定电流为60A或更低,电压为600V或更低。
  • IEC 61984:2008适用于额定电压高于50V和高达1000V的交流或直流电,每个触点额定电流高达125A的连接器。

总结

连接器是决定系统在各种环境和操作条件下稳定运行的重要部件。在指定连接器时,有许多因素需要考虑;其中最重要的是IP等级、极端温度下的操作、平衡配接/非配接力和接触电阻、保持力和锁定机制,以实现稳定的操作和安全。

 

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