1, Đặc tính điện: méo tín hiệu và hư hỏng linh kiện do quá tải
Chức năng cốt lõi của bộ chuyển đổi M12 là truyền tải điện và tín hiệu ổn định, đồng thời hiệu suất điện của nó bị ảnh hưởng trực tiếp bởi dòng điện. Theo tiêu chuẩn IEC 61076-2-101, các bộ điều hợp có mã khác nhau (chẳng hạn như mã A 4 lõi, mã D 4 lõi và mã X 8 lõi) đều được thiết lập với phạm vi dòng điện định mức rõ ràng. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng, các vấn đề sau có thể xảy ra:
Biến dạng truyền tín hiệu
Lấy bộ chuyển đổi mã D{0}}thường được sử dụng phổ biến trong Ethernet công nghiệp làm ví dụ, dòng điện định mức của nó thường là 4A. Nếu sử dụng dòng điện trên 6A trong thời gian dài, tỷ lệ lỗi truyền tín hiệu có thể tăng cao từ 10 ⁻¹ 2 đến 10 ⁻⁶, dẫn đến tỷ lệ mất gói tăng 30%. Một nhà máy ô tô nào đó từng gây ra sự gián đoạn liên lạc PLC trong dây chuyền sản xuất kéo dài 2 giờ do sử dụng sai bộ chuyển đổi dòng điện cao, dẫn đến tổn thất trực tiếp hơn 500.000 nhân dân tệ.
Thành phần quá nóng và hư hỏng
Các điện trở, tụ điện và các thành phần khác bên trong bộ chuyển đổi sẽ tăng tốc độ lão hóa do nhiệt độ Joule (Q=I ² Rt) khi bị quá tải. Ví dụ: đường kính chân cắm của bộ chuyển đổi mã A là 1mm và mức tăng nhiệt độ khoảng 15 độ khi dòng điện định mức là 4A; Nếu dòng điện tăng lên 8A và nhiệt độ tăng lên tới 60 độ, nó sẽ gây ra quá trình oxy hóa chân cắm, tăng điện trở tiếp xúc và cuối cùng dẫn đến hở mạch. Một trang trại gió nào đó từng khiến mô-đun IGBT của biến tần bị cháy do quá tải bộ chuyển đổi, dẫn đến chi phí sửa chữa lên tới 800000 nhân dân tệ.
Nhiễu điện từ (EMI) tăng đột ngột
Dòng điện quá tải sẽ tăng cường bức xạ điện từ bên trong bộ chuyển đổi và gây nhiễu cho các thiết bị ngoại vi. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng khi dòng điện của bộ chuyển đổi mã X{1}}tăng từ 2A lên 5A, cường độ nhiễu điện từ do nó tạo ra sẽ tăng thêm 20dB, điều này có thể khiến các cảm biến lân cận hoạt động sai.
2, Hiệu ứng nhiệt động: từ quá nhiệt cục bộ đến rủi ro hệ thống
Hậu quả cốt lõi của tình trạng quá tải dòng điện là sự tích tụ nhiệt và cấu trúc nhỏ gọn của bộ chuyển đổi M12 làm tăng nguy cơ này:
Tăng tốc độ lão hóa của lớp cách nhiệt
Vỏ bộ chuyển đổi thường được làm bằng vật liệu PVC hoặc polyetylen và mức chịu nhiệt độ của nó thường là 85 độ. Nếu dòng điện quá tải khiến nhiệt độ bên trong vượt quá ngưỡng này, lớp cách nhiệt sẽ trở nên giòn, nứt hoặc thậm chí tan chảy. Một dự án vận chuyển đường sắt nào đó từng gây ra cảnh báo cháy do bộ chuyển đổi quá nóng, khiến nước xâm nhập và đoản mạch ở tủ thiết bị bên trong toa xe.
Niêm phong hiệu suất thất bại
Hiệu suất chống nước và chống bụi của bộ chuyển đổi M12 phụ thuộc vào các vòng đệm (chẳng hạn như vòng chữ O{1}}silicone). Nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa của vòng đệm, khiến vòng đệm mất tính đàn hồi. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng sau khi hoạt động liên tục ở 80 độ trong 200 giờ, tốc độ biến dạng vĩnh viễn do nén của vòng đệm có thể đạt tới 30%, dẫn đến mức bảo vệ giảm từ IP67 xuống IP40.
Ứng suất cơ học do giãn nở nhiệt
Sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa chân kim loại và vỏ nhựa là đáng kể (hệ số chân đồng là 16,5 × 10 ⁻⁶/độ, hệ số vỏ PVC là 50 × 10 ⁻⁶/độ). Khi dòng điện quá tải làm nhiệt độ tăng đột ngột, mức độ giãn nở của cả hai là khác nhau, có thể gây cong chốt hoặc nứt vỏ. Một nhà máy bán dẫn nào đó từng có độ lệch chân cắm là 0,5mm do adapter quá nóng dẫn đến tiếp xúc kém.
3, Cấu trúc cơ khí: Từ hư hỏng vi mô đến hư hỏng vĩ mô
Thiệt hại do quá tải dòng điện đối với cấu trúc cơ học của bộ chuyển đổi thường bắt đầu ở mức độ vi mô, nhưng cuối cùng có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc:
Pin oxy hóa và tiếp xúc kém
Dòng điện cao sẽ đẩy nhanh quá trình ăn mòn điện hóa bề mặt chốt, tạo thành lớp oxit. Lấy bộ điều hợp 4 lõi mã A- làm ví dụ, nếu dòng điện vượt quá giá trị định mức trong thời gian dài, điện trở tiếp điểm của chân cắm có thể tăng từ 0,5m Ω lên 5m Ω, dẫn đến sụt áp tăng gấp 10 lần và thiết bị không thể khởi động bình thường.
Gãy lõi cáp
Nếu cáp kết nối với bộ chuyển đổi bị quá tải trong thời gian dài, lõi bên trong của nó sẽ bị nứt do mỏi do giãn nở và co lại nhiệt nhiều lần. Một dự án giám sát giao thông thông minh nào đó từng gây ra tình trạng gián đoạn tín hiệu do sử dụng dòng điện 8A để dẫn cáp định mức 4A, dẫn đến đứt lõi dây trong vòng 3 tháng.
Biến dạng vỏ và hỏng khóa
Nhiệt độ cao có thể làm mềm vỏ bộ chuyển đổi và giảm khả năng chống va đập của nó. Các thí nghiệm cho thấy ở 100 độ, cường độ va đập của vỏ bộ chuyển đổi giảm từ 50J xuống 10J và có thể bị vỡ do va chạm nhẹ. Ngoài ra, biến dạng nhiệt cũng có thể khiến cơ cấu khóa bị kẹt và không thể lắp vào hoặc tháo ra đúng cách.
4, Kế hoạch bảo vệ ngành: kiểm soát toàn bộ chuỗi từ thiết kế đến vận hành và bảo trì
Một chiến lược bảo vệ có hệ thống đã được phát triển trong lĩnh vực công nghiệp để giải quyết nguy cơ quá tải hiện tại
Giai đoạn lựa chọn: Phù hợp chặt chẽ với các thông số định mức
Chọn mã bộ điều hợp và mức hiện tại dựa trên yêu cầu nguồn điện của thiết bị. Ví dụ: chọn bộ chuyển đổi mã B-(dòng điện định mức 2A) thay vì bộ chuyển đổi mã A- phổ biến cho các thiết bị bus Profibus.
Áp dụng nguyên tắc "giảm mức sử dụng", dòng điện làm việc thực tế được kiểm soát trong phạm vi 80% giá trị định mức. Ví dụ: bộ chuyển đổi được xếp hạng ở mức 4A có dòng điện sử dụng thực tế không quá 3,2A.
Giai đoạn thiết kế: Tích hợp nhiều cơ chế bảo vệ
Bảo vệ quá dòng: Tích hợp cầu chì hoặc điện trở nhiệt PTC bên trong adapter để tự động cắt mạch khi dòng điện vượt quá ngưỡng. Một-bộ chuyển đổi cao cấp nhất định sử dụng các thành phần PTC tự phục hồi, có thể khôi phục nguồn điện trong vòng 10 giây sau khi quá tải.
Bảo vệ quá nhiệt: Nhiệt độ bên trong được theo dõi thông qua nhiệt điện trở NTC và mạch bảo vệ được kích hoạt khi nhiệt độ vượt quá 85 độ. Sau khi áp dụng sơ đồ này, tỷ lệ hỏng hóc của bộ chuyển đổi năng lượng gió đã giảm 70%.
Thiết kế tương thích điện từ (EMC): Thêm vòng từ hoặc tụ lọc bên trong bộ chuyển đổi để triệt tiêu nhiễu điện từ. Thử nghiệm cho thấy bộ điều hợp được tối ưu hóa có thể giảm cường độ EMI xuống 15dB.
Giai đoạn vận hành và bảo trì: Kiểm tra thường xuyên và bảo trì phòng ngừa
Phát hiện hình ảnh nhiệt hồng ngoại: Sử dụng thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại để thường xuyên quét nhiệt độ bề mặt của bộ chuyển đổi và xác định các điểm nóng. Một nhà máy ô tô nào đó đã phát hiện trước ba mối nguy hiểm tiềm ẩn về quá nhiệt của bộ điều hợp thông qua phương pháp này.
Kiểm tra điện trở tiếp xúc: Sử dụng micro ohmmeter để đo điện trở tiếp xúc của các chân, đảm bảo nằm dưới 1m Ω. Một dự án vận chuyển đường sắt nhất định đã vượt qua bài kiểm tra này, giảm tỷ lệ hỏng hóc do tiếp xúc kém từ 5% xuống 0,2%.
Kiểm tra hiệu suất bịt kín: Sử dụng máy kiểm tra độ kín khí để xác minh hiệu suất chống nước của bộ chuyển đổi, đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn IP67. Một nhà máy sản xuất chất bán dẫn đã giảm được 90% tỷ lệ hư hỏng do nước xâm nhập thông qua thử nghiệm này.
