วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบไม่มีกำลังไฟฟ้า: การเปรียบเทียบตลาดพลังงานใหม่

เหตุใดการถือครองพลังงานจึงมีความสำคัญในระบบพลังงานใหม่

คอยล์โซลินอยด์ขนาด 5 วัตต์ที่เปิดทิ้งไว้หนึ่งปีเต็มจะสิ้นเปลืองพลังงานประมาณ 43.8 kWh (5 วัตต์ × 8,760 ชั่วโมง) วาล์วที่มีสถานะอยู่ที่ 0.05 วัตต์จะสิ้นเปลืองพลังงานประมาณ 0.44 กิโลวัตต์ชั่วโมงในช่วงเวลาเดียวกัน ตัวเลขเป็นเพียงภาพประกอบ แต่ช่องว่างนั้นเป็นของจริง และจะทวีคูณกับทุกวาล์วในระบบ

ในโรงงานที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า ช่องว่างดังกล่าวคือต้นทุนการดำเนินงาน ในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่สำรอง อุปกรณ์ดังกล่าวมีความใกล้เคียงกับข้อจำกัดด้านการออกแบบมากกว่า ทุกวัตต์ที่ใช้ไปในการเปิดวาล์วจะลดพลังงานที่มีอยู่สำหรับทุกสิ่งทุกอย่าง และฮาร์ดแวร์การสร้างและจัดเก็บข้อมูลจะต้องมีขนาดเพื่อพกพาได้

ความร้อนเป็นปัญหาที่สอง คอยล์ที่ได้รับพลังงานอย่างต่อเนื่องจะทำให้วาล์ว พื้นที่ล้อมรอบรอบๆ วาล์วอุ่นขึ้น และส่วนประกอบในบริเวณใกล้เคียงในตู้ขนาดเล็ก ในภาชนะบรรจุแบตเตอรี่และตัวเรือนอิเล็กทรอนิกส์กำลัง งบประมาณด้านความร้อนมีจำกัด และทุกๆ วัตต์ที่กระจายไปโดยคอยล์วาล์วคือวัตต์ที่ระบบทำความเย็นต้องถอดออก

การเลือกวาล์วในระบบเหล่านี้จึงขึ้นอยู่กับตัวแปรสามตัว ได้แก่ กำลังที่วาล์วดึงขณะกดค้างไว้ ปริมาณฮาร์ดแวร์ควบคุมที่ต้องการ และสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อไฟฟ้าหายไป ส่วนที่เหลือของบทความนี้จะเปรียบเทียบสถาปัตยกรรมของวาล์วกับตัวแปรทั้งสามดังกล่าว

เปรียบเทียบสถาปัตยกรรมสามวาล์ว

วิศวกรมักจะเลือกระหว่างสองแบบที่เป็นที่ยอมรับ โซลินอยด์วาล์วแบบโมโนสเตเบิลแบบเดิมจะทำงานเฉพาะในขณะที่คอยล์ถูกจ่ายไฟ และสปริงจะกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นเมื่อถอดปลั๊กออก วาล์วพัลส์แบบบิสเตเบิลใช้สลักแม่เหล็ก โดยพัลส์แบบสั้นจะสลับวาล์ว และจะคงตำแหน่งไว้โดยไม่มีกำลังจนกว่าพัลส์ตรงข้ามจะมาถึง

การออกแบบแต่ละแบบแก้ปัญหาหนึ่งปัญหาและปล่อยให้อีกปัญหาหนึ่งเปิดอยู่ วาล์วแบบโมโนสเตเบิลนั้นต่อสายไฟได้ง่าย แต่ดึงกระแสไฟเข้าอย่างต่อเนื่อง วาล์วแบบบิสเทเบิลจะคงไว้ซึ่งกำลังเป็นศูนย์ แต่จำเป็นต้องมีตัวขับพัลส์ และวาล์วจะอยู่ในตำแหน่งสุดท้ายหากสูญเสียการจ่ายไฟ ที่ วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบไม่มีกำลังไฟฟ้า ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้อยู่ระหว่างทั้งสอง: มีสายและควบคุมเหมือนกับวาล์วแบบโมโนสเตเบิล แต่ยังคงสถานะไว้โดยใช้พลังงานที่ต่ำมาก

วาล์วล็อคแบบ Monostable Latching แบบ Zero-Power ทำงานอย่างไร

วาล์วได้รับพลังงานเพื่อเปิดหรือปิด จากนั้นจะตกลงสู่สถานะล็อคที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ ข้อมูลของผู้ผลิตทำให้กำลังกักเก็บต่ำกว่า 0.05 W สำหรับรุ่น DC และต่ำกว่า 0.06 W สำหรับรุ่น AC โดยไม่มีอุณหภูมิคอยล์เพิ่มขึ้นระหว่างการทำงานและอัตราการประหยัดพลังงานสูงกว่า 95% เมื่อเทียบกับวาล์วแบบโมโนสเตเบิลทั่วไป

ตัวเลือกการออกแบบสองตัวเลือกอธิบายลักษณะการทำงาน ประการแรก สถาปัตยกรรมการล็อคแบบคอมโพสิตจะแยกขั้นตอนการสวิตชิ่งกำลังสูงออกจากขั้นตอนการกักเก็บพลังงานต่ำ ประการที่สอง วงจรขับถูกรวมเข้ากับวาล์วแทนที่จะจ่ายเป็นโมดูลภายนอก เนื่องจากไดรเวอร์อยู่ภายในวาล์ว ระบบควบคุมจึงมองเห็นโหลดแบบสองสถานะปกติ: ใช้แรงดันไฟฟ้าและวาล์วทำงาน ถอดแรงดันไฟฟ้าออก และรีเซ็ต

จุดสุดท้ายคือสิ่งที่แยกการออกแบบนี้ออกจากวาล์วพัลส์แบบ bistable สถานะการหยุดนิ่งขึ้นอยู่กับการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องจำนวนเล็กน้อย ดังนั้นการตัดไฟเต็มจะทำให้วาล์วกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ การค้าขายเป็นเพียงการยืนหยัดเล็กๆ น้อยๆ เพื่อแลกกับพฤติกรรมที่คาดการณ์ได้

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในตัวได้รับการปกป้องโดยการห่อหุ้ม BMC การเชื่อมต่อไฟฟ้าใช้อินเทอร์เฟซมาตรฐาน DIN43650 ดังนั้นจึงสามารถใช้ขั้วต่อปลั๊กอินที่มีอยู่ซ้ำได้ และไม่จำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์ภายนอกหรือตัวควบคุมพัลส์

การประเมินความเหมาะสมในการใช้งานพลังงานใหม่

ตารางด้านล่างจะให้คะแนนว่าวาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบไม่มีกำลังไฟฟ้าพอดีและสิ่งที่ยังต้องมีการตรวจสอบ การประเมินเป็นการตัดสินทางวิศวกรรมตามลักษณะการทำงานที่ระบุไว้ของวาล์ว ไม่ใช่การรับรองประสิทธิภาพที่ได้รับการรับรองสำหรับการติดตั้งเฉพาะใดๆ

การจัดการระบายความร้อนในการจัดเก็บสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ วงจรจ่ายน้ำหล่อเย็นในตู้แบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับวาล์วที่ทำงานคาดเดาได้ และวาล์วที่กลับไปยังตำแหน่งที่กำหนดเมื่อไฟฟ้าดับถือเป็นคุณสมบัติที่ควรค่าแก่การระบุอย่างชัดเจน นี่ไม่ได้หมายความว่าวาล์วชนิดใดสามารถแก้ไขความเสี่ยงด้านความร้อนได้ด้วยตัวเอง หมายความว่าพฤติกรรมการรีเซ็ตอยู่ในเอกสารข้อมูลจำเพาะควบคู่ไปกับระดับแรงดันและความเข้ากันได้ของน้ำหล่อเย็น

ตรรกะเดียวกันนี้ใช้กับการปรับปรุงเพิ่มเติม เนื่องจากวาล์วใช้สายไฟมาตรฐานและขั้วต่อ DIN43650 จึงสามารถเปลี่ยนวาล์วโซลินอยด์แบบเดิมได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนวงจรควบคุม ซึ่งทำให้ความพยายามในการทดสอบการใช้งานต่ำในโรงงานที่มีอยู่

โดยที่วาล์วประเภทอื่นเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบไม่มีกำลังไฟฟ้าไม่ใช่ตัวเลือกที่ใช้พลังงานต่ำที่สุดในทุกกรณี เนื่องจากต้องการการจ่ายกระแสอย่างต่อเนื่องเล็กน้อยเพื่อรักษาสถานะ จึงดึงพลังงานที่วาล์วบิสเทเบิลที่ขับเคลื่อนด้วยพัลส์ไม่มี ที่ 0.05 W นั่นคือประมาณ 1.2 Wh ต่อวัน แบตเตอรี่ 12 V, 7 Ah สามารถเก็บพลังงานได้ประมาณ 84 Wh ดังนั้นการถือไว้เพียงอย่างเดียวจะใช้เวลาประมาณ 70 วันของความจุนั้น

สำหรับโหนดเซ็นเซอร์ที่จะพักเป็นเวลาหลายสัปดาห์ระหว่างการกระตุ้นและทำงานโดยใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็ก วาล์วพัลส์แบบ bistable ที่จับคู่กับตัวควบคุมที่ใช้พลังงานต่ำมักจะมีอายุการใช้งานนานกว่า เช่นเดียวกับในกรณีที่ระบบมีไดรเวอร์พัลส์อยู่แล้วและไม่จำเป็นต้องรีเซ็ตอัตโนมัติ

อีกสามประเด็นที่ต้องได้รับการดูแล:

• กระแสไฟฟ้าสูงสุดในการสั่งงาน: วาล์วต้องการพลังงานมากขึ้นในระหว่างการสวิตชิ่งมากกว่าในขณะที่ค้างไว้ ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟจะต้องมีขนาดสำหรับจุดสูงสุด ซึ่งแสดงอยู่ในเอกสารข้อมูล
• พื้นที่อันตราย: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในตัวไม่ได้ทำให้วาล์วเหมาะสำหรับบรรยากาศที่ระเบิดได้ ยืนยันการรับรองที่จำเป็นสำหรับรุ่นเฉพาะ
• ตัวเลขของผู้ผลิต: กำลังการถือครองและอัตราการประหยัดเป็นค่าที่ระบุไว้ วัดค่าเหล่านี้ที่แรงดันไฟฟ้าในการทำงานและอุณหภูมิโดยรอบก่อนที่จะดำเนินการใช้งานขนาดใหญ่

รายการตรวจสอบการคัดเลือกสำหรับวิศวกรและผู้ซื้อ

การตรวจสอบต่อไปนี้จะแยกแอปพลิเคชันที่เหมาะสมออกจากแอปพลิเคชันที่ไม่เหมาะสม การทำงานตามลำดับมักจะเป็นตัวตัดสินทางเลือกระหว่างสถาปัตยกรรมทั้งสาม

1. อินเทอร์เฟซการควบคุม: คอนโทรลเลอร์ที่มีอยู่ส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องหรือสร้างพัลส์อยู่แล้ว?
2. ประเภทการจ่าย: เป็นระบบ DC หรือ AC และมีแรงดันไฟฟ้าที่วาล์วเท่าไร?
3. พฤติกรรมการสูญเสียกำลัง: วาล์วต้องกลับสู่ตำแหน่งที่กำหนดเมื่อสูญเสียการจ่ายหรือไม่
4. รอบการทำงาน: วาล์วจะคงอยู่ในสถานะเดียวนานเท่าใด และวาล์วเปลี่ยนบ่อยแค่ไหน?
5. งบประมาณด้านพลังงาน: แหล่งจ่ายไฟสามารถรับภาระต่อเนื่องเล็กน้อยบวกกับค่าพีคของการสั่งงานได้หรือไม่
6. ตัวกลางและแรงดัน: วัสดุของตัวเครื่อง ซีล อุณหภูมิ และพิกัดแรงดันเข้ากันได้กับของเหลวหรือไม่
7. การรับรอง: สถานที่ดังกล่าวต้องได้รับอนุมัติจากพื้นที่อันตรายหรืออื่นๆ หรือไม่
8. สภาพแวดล้อม: ช่วงอุณหภูมิแวดล้อมและการสัมผัสแรงสั่นสะเทือนคือเท่าใด

สรุปการเปรียบเทียบ

วาล์วแบบโมโนสเตเบิลแบบทั่วไปยังคงเหมาะสมสำหรับการใช้งานระยะสั้นและต้นทุนต่ำ โดยที่พลังงานและความร้อนไม่สำคัญ วาล์วพัลส์แบบ Bistable เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับระบบที่ใช้แบตเตอรี่เท่านั้นซึ่งมีการควบคุมพัลส์อยู่แล้วและไม่จำเป็นต้องรีเซ็ตอัตโนมัติ

วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบ Zero-Power จะใช้ช่องว่างระหว่างวาล์วทั้งสอง เหมาะกับระบบพลังงานใหม่ที่ทำงานด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องมาตรฐาน ยึดวาล์วไว้ในตำแหน่งเดียวเป็นเวลานาน และต้องการทั้งความร้อนต่ำและตำแหน่งส่งคืนที่กำหนดไว้เมื่อสูญเสียพลังงาน ขีดจำกัดของมันคือระยะยืนระหว่างการหยุดนิ่ง จุดสูงสุดของการสั่งงาน และคำถามเกี่ยวกับการรับรองที่ใช้กับวาล์วที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า การจับคู่ขีดจำกัดเหล่านั้นกับรายการตรวจสอบข้างต้นเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการตัดสินใจว่ารายการดังกล่าวอยู่ในการออกแบบที่กำหนดหรือไม่