小芯片推動大行業(yè),打通接觸器節(jié)能升級難關(guān)

文:文/廣州金升陽科技有限公司2019年第六期

導(dǎo)語:目前,我國節(jié)能減排政策路線逐漸明晰,相關(guān)政策文件正不斷落地施行。

目前,我國節(jié)能減排政策路線逐漸明晰,相關(guān)政策文件正不斷落地施行。

例如國家“十三五”計劃提出的13項約束性指標,其中有10項都是與“環(huán)境資源”相關(guān)。同時,為實現(xiàn)“中國制造2025”,工業(yè)領(lǐng)域必定是“綠色改造”的重地,而作為工業(yè)控制必不可少的部件——接觸器,發(fā)展節(jié)能環(huán)保,迫在眉睫。

國內(nèi)接觸器產(chǎn)量.png

“一級能效”更具競爭力

接觸器相關(guān)的能效標準(GB21518-2008《交流接觸器能效限定值與能效等級》)對于一級能效的要求非常高,除了永磁式接觸器,其他傳統(tǒng)交流接觸器無法達到此標準,對傳統(tǒng)交流接觸器的引導(dǎo)作用有限。與2008版的標準相比,如今正在擬制的標準對傳統(tǒng)交流接觸器的能效提高更有引導(dǎo)作用,把一級能效的要求放寬,對二級能效、三級能效的要求變嚴。

接觸器行業(yè)的格局即將面臨著變化,毫無疑問,具有“一級能效”節(jié)能環(huán)保的接觸器更有市場競爭力。

但一級能效與三級能效的指標要求相差了五倍以上,并不是通過簡單的參數(shù)修改就能夠達到,必須依靠電子控制技術(shù)才能達到。而專用的控制芯片可以幫助廠商對接觸器進行節(jié)能升級,不僅可以縮短產(chǎn)品上市時間,還可以降低研發(fā)成本和制造成本,讓產(chǎn)品更有市場競爭力。

傳統(tǒng)升級,勢不可擋

國內(nèi)接觸器發(fā)展歷程.png

一般我們把不帶任何控制的接觸器稱為傳統(tǒng)型接觸器,這種接觸器輸入電壓范圍窄(80%~110%額定電壓),線圈損耗大(三級能效)。帶無源節(jié)電控制的接觸器稱為第二代節(jié)電型接觸器,這類接觸器一定程度上解決了線圈損耗大的問題,但輸入電壓范圍與傳統(tǒng)型無太大差別,未能得到廣泛推廣。帶PWM控制的接觸器稱為第三代節(jié)電型接觸器,這類接觸器輸入電壓范圍寬,線圈損耗更小(損耗約為一代的1/10),同時還具備遠程通信等功能,使得接觸器更加智能化。

通過以下參數(shù),能夠更為直觀的展現(xiàn)國外第三代節(jié)電型接觸器與國內(nèi)傳統(tǒng)型接觸器的參數(shù)差異。

第三代節(jié)電控制.png

對比顯示,第三代節(jié)電控制的吸持功耗遠小于傳統(tǒng)型產(chǎn)品,減小約4倍~6倍。同時輸入電壓可做到交直流寬壓,可大幅度減小線圈的型號,傳統(tǒng)型接觸器的每一個輸入額定電壓都需要特定的線圈,線圈型號多達實十幾個,而第三代節(jié)電型接觸器只需四個型號就能覆蓋全電壓范圍,物料的管理成本大幅度降低??傮w而言,第三代接觸器更符合國家智能、環(huán)保的工業(yè)發(fā)展路線。

像ABB、施耐德這些國際企業(yè),在多年前已經(jīng)推出第三代系列化產(chǎn)品,但由于國內(nèi)在此方面技術(shù)應(yīng)用落后于國外,使得我國第三代接觸器只能依賴于進口,從而導(dǎo)致供貨周期長,且價格昂貴,約為傳統(tǒng)接觸器的3倍~5倍。

所以,盡管第三代接觸器有很多優(yōu)點,但目前國內(nèi)用戶仍大面積使用傳統(tǒng)接觸器。而傳統(tǒng)接觸器耗電量巨大,不久后勢必成為節(jié)能減排的重點“改造對象”。

技術(shù)升級,成本控制

近年來,已有不少國內(nèi)廠商在研究第三代節(jié)電型接觸器,但在設(shè)計研發(fā)過程中都遇到不少難題。主要為如下三點:

1.成本

傳統(tǒng)接觸器價格比較低,一般1.5~2元/A。而控制電路板包括主功率電路、單片機及外圍電路、驅(qū)動電路、供電電路,有可能控制電路板的成本就占傳統(tǒng)接觸器價格的50%以上。

在單片機方案中,單片機及其外圍電路的成本占整個控制電路成本的60%以上。采用國際品牌的控制器,采購成本波動大,同時也有斷供的風險。

SCM1501B為接觸器.png

而金升陽推出的SCM1501B為接觸器節(jié)電專用的控制芯片,采用第三代PWM斬波控制技術(shù),內(nèi)置供電電路、驅(qū)動電路和控制電路,把整個控制電路的器件數(shù)量大幅度簡化并減少PCB面積。采用SCM1501B,控制芯片及其外圍電路的成本僅占整個控制電路成本的30%以內(nèi)。

第三代接觸器.png

雖然采用第三代接觸器,控制電路的成本有所增加,所增加的成本在10%~40%范圍內(nèi),但接觸器殼架越大,控制電路的成本占比越低。從長遠來看,采用第三代接觸器的成本是更低的,因為第三代接觸器更節(jié)能更省電,更符合國家的節(jié)能減排政策。

2.電路板體積大,接觸器結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計

目前所采用的控制器一般為單片機,整個電路的體積較為復(fù)雜。單片機供電電壓一般為3.3V或5V,為從母線高壓取電,需要供電電路;驅(qū)動MOS管還需要驅(qū)動電路;單片機正常工作還需要一定的外圍電路。假如控制電路板體積太大,就很難放進去傳統(tǒng)接觸器里面,接觸器必須重新設(shè)計。

而國外的第三代接觸器,接觸器結(jié)構(gòu)與控制電路板是一體化設(shè)計的,鐵芯、線圈、彈簧、外殼等都需配合電路板重新設(shè)計,內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)接觸器完全不一樣。

統(tǒng)接觸器的結(jié)構(gòu).png

一般來說,殼架越小的接觸器,內(nèi)部可用的空隙越小,控制電路越難放進去。而用到SCM1501B控制芯片,極大簡化了外圍電路,體積可以大幅度減小,在傳統(tǒng)接觸器的結(jié)構(gòu)不變的情況下,也可以輕易安裝。下圖為9A接觸器與控制電路的實際裝配圖,可以看到控制電路可以很容易地放進接觸器里面。

SCM1501B.png

以下通過一組測試數(shù)據(jù)可以展現(xiàn)SCM1501B的優(yōu)異性能。

下表顯示國外A品牌第三代節(jié)電型接觸器產(chǎn)品性能參數(shù)。

國外A接觸器.png

然后把國外A接觸器本身的控制電路拆掉,換成SCM1501B的控制板,所得到的測試數(shù)據(jù)略優(yōu)于它本身的參數(shù),如下所示。

把SCM1501B的控制板.png    

接著再把SCM1501B的控制板放到國內(nèi)傳統(tǒng)型的接觸器上,得到的測試參數(shù)如下所示。

SCM150B的控制電路.png

可以看到,采用SCM150B的控制電路后,傳統(tǒng)型接觸器的線圈控制參數(shù)可與國外的第三代節(jié)電技術(shù)產(chǎn)品媲美。

3.人才緊缺和專利風險

帶節(jié)電控制的接觸器技術(shù)門檻比較高,需要具有豐富電子電力經(jīng)驗和單片機軟件編程經(jīng)驗的工程師才能勝任此類研發(fā),并且還會存在比較大的專利風險。

由于國外的行業(yè)巨頭在資金、研發(fā)能力、品牌效應(yīng)方面有絕對的優(yōu)勢,完全有能力設(shè)計出與傳統(tǒng)接觸器不一樣的接觸器,而此類接觸器從電路到結(jié)構(gòu)都有完備的專利保護。由于知識產(chǎn)權(quán)、設(shè)計能力、資金投入巨大、研發(fā)周期等原因,國內(nèi)的接觸器進行第三代升級難度很大。

而金升陽的SCM1501B參數(shù)設(shè)計簡單,無需單片機編程能力,僅需調(diào)節(jié)簡單的電阻便可以設(shè)計吸合電流、吸持電流、動作電壓的調(diào)節(jié)。該芯片具有多項已授權(quán)的發(fā)明專利,沒有專利侵權(quán)后顧之憂。同時國產(chǎn)設(shè)計的芯片,也無需擔憂供貨的問題。

SCM1501B方案應(yīng)用于接觸器產(chǎn)品具有以下幾個優(yōu)點.png

綜上所述,SCM1501B方案應(yīng)用于接觸器產(chǎn)品具有以下幾個優(yōu)點:

產(chǎn)品線圈節(jié)能效果顯著,為接觸器用戶節(jié)省用電費用;

擴寬產(chǎn)品輸入電壓范圍,增加產(chǎn)品的全球區(qū)域適用能力;

為客戶節(jié)約成本,提升用戶體驗;

提升接觸器產(chǎn)品在應(yīng)對電網(wǎng)輸入電跌落與中斷的能力,增加可靠性;

減少線圈的種類,降低生產(chǎn)企業(yè)的庫存成本;

方便傳統(tǒng)接觸器節(jié)能升級。

SCM1501B實力助攻節(jié)能減排

控制器SCM1501B.png

采用金升陽推出的專用控制器SCM1501B,控制電路板小型化使得原本的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無需大改,器件的簡化可大幅度降低電路的成本,可以極大縮短開發(fā)時間,解決接觸器制造商及用戶的多重困擾。

不可否認,國內(nèi)的低壓電器產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在設(shè)計、材料、電子等方面還存在一定差距,但伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)在各工業(yè)行業(yè)上的應(yīng)用的大趨勢,廣州金升陽科技有限公司將通過半導(dǎo)體技術(shù)助力低壓電器行業(yè)的發(fā)展,助攻國內(nèi)的接觸器逐步升級到第三代節(jié)電型產(chǎn)品,大幅度減小接觸器的功耗,為國家節(jié)能減排做貢獻,讓中國制造走向國際舞臺。

廣州金升陽科技有限公司.png

廣州金升陽科技有限公司,連續(xù)三年榮登廣東省制造業(yè)500強前列,國家高新技術(shù)企業(yè),致力于為全球工業(yè)、醫(yī)療、能源、電力、軌道交通等行業(yè)客戶提供一站式電源解決方案,幫助客戶提高生產(chǎn)效率和能源效率,同時降低對環(huán)境的不良影響。

廣州金升陽科技有限公司成立于1998年,注冊資本達2億元,擁有2600多名員工和超過10萬平方米的辦公及研發(fā)基地,是國內(nèi)集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體,規(guī)模最大的模塊電源制造商之一。


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