Come selezionare i connettori nel design?

I connettori elettrici (di seguito denominati connettori), noti anche come prese a spina, sono ampiamente utilizzati in vari circuiti elettrici per collegare o scollegare circuiti. Migliorare l'affidabilità dei connettori è principalmente responsabilità del produttore. Tuttavia, data l'ampia varietà e gamma di applicazioni dei connettori, anche la scelta del connettore giusto è un aspetto importante per migliorarne l'affidabilità.
Esistono diversi metodi di classificazione per i connettori.
A seconda della frequenza, ci sono connettori ad alta-frequenza e connettori a bassa-frequenza;
A seconda del loro aspetto si distinguono macchine circolari connesse e macchine rettangolari connesse;
A seconda del loro utilizzo, esistono connettori per schede stampate, armadi, apparecchiature audio, alimentatori, connettori per usi speciali e così via.
La discussione principale di oggi riguarda come scegliere i connettori a bassa-frequenza (con frequenze inferiori a 3 MHz)
1, parametri elettrici
Un connettore è un componente elettromeccanico che collega i circuiti elettrici. Pertanto, i parametri elettrici del connettore stesso rappresentano la prima considerazione nella scelta di un connettore.
tensione nominale
La tensione nominale, nota anche come tensione di lavoro, dipende principalmente dal materiale isolante utilizzato nel connettore e dalla distanza tra le coppie di contatti.
Alcuni componenti o dispositivi potrebbero non essere in grado di svolgere le funzioni previste al di sotto della tensione nominale. La tensione nominale di un connettore va infatti intesa come la massima tensione operativa consigliata dal produttore. In linea di principio, i connettori possono funzionare normalmente a tensioni inferiori alla tensione nominale.
Pertanto, dobbiamo selezionare la tensione nominale in modo ragionevole in base all'indice di tensione di resistenza (resistenza elettrica) del connettore, all'ambiente di utilizzo e ai requisiti del livello di sicurezza.
corrente nominale
Corrente nominale, detta anche corrente operativa. Come la tensione nominale, i connettori generalmente possono funzionare normalmente al di sotto della corrente nominale.
Nel processo di progettazione dei connettori, i requisiti di corrente nominale vengono soddisfatti attraverso la progettazione termica del connettore, poiché quando la corrente scorre attraverso la coppia di contatti, la coppia di contatti genererà calore a causa della presenza della resistenza del conduttore e della resistenza di contatto. Quando la generazione di calore supera un certo limite, danneggerà l'isolamento del connettore e causerà l'ammorbidimento del rivestimento superficiale a causa del contatto, con conseguente malfunzionamento.
Pertanto, per limitare la corrente nominale, è necessario limitare l'aumento di temperatura all'interno del connettore per non superare il valore di progetto specificato. Il problema da tenere presente quando si sceglie è che per i connettori multi-core, la corrente nominale deve essere ridotta per l'uso.
A questo dovrebbe essere prestata maggiore attenzione in situazioni di corrente elevata, come nel caso di una coppia di contatti da 3,5 mm con una corrente nominale di 50 A. Tuttavia, quando si utilizzano 5 nuclei, la corrente nominale dovrebbe essere ridotta del 33%, il che significa che ciascun nucleo ha una corrente nominale di soli 38 A. Più core ci sono, maggiore è la riduzione del rating.
resistenza di contatto
La resistenza di contatto si riferisce alla resistenza generata da due conduttori in contatto nell'area di contatto.
Quando si seleziona, è necessario tenere presente due problemi:
Innanzitutto, l'indice di resistenza di contatto di un connettore è in realtà il rapporto tra contatto e resistenza, che include la resistenza del contatto e la resistenza tra il contatto e il conduttore. Di solito, la resistenza del conduttore è relativamente piccola, quindi in molte specifiche tecniche la resistenza di contatto viene definita resistenza di contatto.
In secondo luogo, nei circuiti che collegano piccoli segnali, è importante notare in quali condizioni viene testato il dato indice di resistenza di contatto, poiché la superficie di contatto può aderire a strati di ossido, macchie di olio o altri inquinanti, con conseguente resistenza del film sulle superfici dei due componenti di contatto. All'aumentare dello spessore dello strato di pellicola, la resistenza aumenta rapidamente, rendendo lo strato di pellicola un cattivo conduttore. Tuttavia, lo strato di pellicola può subire un guasto meccanico sotto un'elevata pressione di contatto o un guasto elettrico sotto alta tensione e corrente elevata.
Schermatura (anti-interferenza)
Nelle moderne apparecchiature elettriche ed elettroniche, la crescente densità dei componenti e delle relative funzioni impone rigorose limitazioni alle interferenze elettromagnetiche. Pertanto i connettori sono spesso racchiusi in gusci metallici per prevenire radiazioni elettromagnetiche interne o interferenze da campi elettromagnetici esterni.
Alle basse frequenze, solo i materiali magnetici possono fornire una schermatura significativa contro i campi magnetici. A questo punto esistono alcune norme riguardanti la continuità elettrica dell'involucro metallico, ovvero la resistenza di contatto dell'involucro.
2, parametri di sicurezza
resistenza di isolamento
La resistenza di isolamento si riferisce al valore di resistenza presentato applicando tensione alla parte isolante di un connettore, con conseguente corrente di dispersione su o all'interno della superficie della parte isolante.
È influenzato principalmente dai materiali isolanti, dalla temperatura, dall'umidità, dalle incrostazioni e da altri fattori. I valori di resistenza di isolamento forniti sui campioni di connettori sono generalmente indicatori in condizioni atmosferiche standard e, in determinate condizioni ambientali, i valori di resistenza di isolamento possono diminuire a vari livelli.
Inoltre, prestare attenzione al valore della tensione di prova della resistenza di isolamento. L'applicazione di tensioni diverse in base alla resistenza di isolamento (M Ω)=tensione applicata all'isolante (V)/corrente di dispersione (μ A) produce risultati diversi. Nel test dei connettori, la tensione applicata è generalmente divisa in tre livelli: 10 V, 100 V e 500 V.
resistenza alla pressione
La resistenza di tensione si riferisce alla tensione critica che una coppia di contatti può sopportare entro un tempo specificato tra parti reciprocamente isolate o tra parti isolate e terra, che è superiore alla tensione nominale senza causare guasti. È influenzato principalmente dalla distanza di contatto, dalla distanza superficiale, dalla forma geometrica, dal materiale isolante, dalla temperatura e dall'umidità ambientale e dalla pressione atmosferica.
infiammabilità
Qualsiasi connettore non può funzionare senza corrente, il che comporta il rischio di incendio. Pertanto i connettori non devono solo impedire l'accensione, ma anche essere in grado di autoestinguersi in un breve periodo di tempo in caso di accensione o incendio. Durante la scelta, è necessario prestare attenzione alla scelta di connettori elettrici realizzati con materiali isolanti ignifughi e autoestinguenti.
3, parametri meccanici
Pressione di contatto (forza di separazione della gamba singola e forza di separazione totale)
La pressione di contatto nel connettore è un indicatore importante che influenza direttamente l'entità della resistenza di contatto e l'usura della coppia di contatti.
Nella maggior parte delle strutture, misurare direttamente la pressione di contatto è piuttosto difficile. Pertanto, la pressione di contatto viene spesso misurata indirettamente dalla forza di separazione di un singolo piede. Per le coppie di contatti stenopeici circolari, vengono solitamente utilizzati perni standard con pesi specificati per testare la capacità dell'elemento di contatto femmina di sostenere il peso. Generalmente, il diametro del perno standard è -5 μ m, che è il limite inferiore del diametro dell'elemento di contatto maschio.
La forza di separazione totale è generalmente il doppio della somma delle forze di separazione della linea superiore di un singolo piede. Quando la forza di separazione totale supera i 50 N, è già abbastanza difficile collegare e scollegare manualmente. Naturalmente, per alcune apparecchiature di prova o requisiti speciali, è possibile utilizzare connettori con forza di inserimento zero, connettori a interruzione automatica e così via.
vita meccanica
La durata meccanica dei connettori si riferisce alla durata di inserimento ed estrazione, solitamente specificata in 500-5000 volte.
Una volta raggiunta la durata meccanica specificata, la resistenza di contatto, la resistenza di isolamento e la tensione di tenuta del connettore non devono superare i valori specificati.
A rigor di termini, l’attuale durata della vita meccanica è un concetto vago. La durata della vita meccanica dovrebbe avere un certo rapporto con il tempo, con 500 utilizzi ogni 10 anni e 500 utilizzi ogni 1 anno, ovviamente la situazione è diversa. Tuttavia, attualmente non esiste un metodo più economico e scientifico per misurarlo.
Contatto con i numeri e proprietà stenopeiche
Il numero di coppie di contatti può essere selezionato in base alle esigenze del circuito, tenendo conto del volume del connettore e della forza di separazione totale. Maggiore è il numero di coppie di contatti, maggiore è il loro volume e relativamente maggiore è la forza di separazione totale. In alcuni casi in cui è richiesta un'elevata affidabilità e il volume lo consente, è possibile utilizzare il metodo di connessione parallela di due coppie di contatti per migliorare l'affidabilità della connessione.
Nelle spine e nelle prese dei connettori, i pin (contatti maschio) e le prese (contatti femmina) sono generalmente intercambiabili per il montaggio. Nell'uso reale, la scelta può essere fatta in base allo stato in tensione della spina e della presa su entrambe le estremità. Se la presa deve essere costantemente caricata, puoi scegliere una presa con un foro per la spina-, poiché i contatti sotto tensione della presa con un foro per la spina- sono interrati nell'isolamento, rendendo relativamente sicuro per il corpo umano toccare i contatti sotto tensione.
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Vibrazioni, impatti, collisioni
La considerazione principale è la continuità elettrica delle coppie di contatti durante vibrazioni, urti e collisioni del connettore in condizioni di frequenza e accelerazione specificate.
A contatto con questa condizione di sollecitazione dinamica si verifica il fenomeno dell'interruzione istantanea del circuito. Il tempo di interruzione istantaneo prescritto comprende generalmente 1 μs, 10 μs, 100 μs, 1 ms e 10 ms. È importante prestare attenzione a come determinare il verificarsi di guasti di interruzione istantanea nelle coppie di contatti.
Oggi si ritiene generalmente che quando la caduta di tensione su una coppia di contatti chiusi (contatto) supera il 50% della forza elettromotrice dell'alimentatore, si può determinare che la coppia di contatti chiusi (contatto) non funziona correttamente. Ci sono cioè due condizioni per determinare se si è verificata un'interruzione transitoria: la durata e la caduta di tensione, entrambe indispensabili.
metodo di connessione
Un connettore è generalmente composto da una spina e una presa, dove la spina è detta anche connettore ad estremità libera e la presa è detta anche connettore fisso. La connessione e la disconnessione dei circuiti si ottengono mediante l'inserimento e la disconnessione di spine e prese, dando così origine a varie modalità di connessione di spine e prese.
Per i connettori circolari, esistono principalmente tre metodi: connessione filettata, connessione a baionetta e connessione auto-bloccante (pin).
Tra questi, le connessioni filettate sono le più comuni, che presentano i vantaggi di una tecnologia di lavorazione semplice, bassi costi di produzione e ampia applicabilità. Tuttavia, la velocità di connessione lenta non è adatta a situazioni che richiedono inserimenti frequenti e connessione rapida.
A causa del cavo più lungo dei suoi tre slot a baionetta, la connessione a baionetta ha una velocità di connessione più elevata, ma la sua produzione è più complessa e anche il costo è più elevato.
La connessione auto-bloccante (pin) è la più veloce tra i tre metodi di connessione. Non richiede movimento rotatorio, ma solo movimento lineare per ottenere le funzioni di connessione, separazione e bloccaggio. Grazie al metodo di connessione push-pull, è adatto solo per connettori con forza di separazione totale bassa. Generalmente è più comune nei connettori piccoli.
Metodo di installazione e aspetto
L'installazione dei connettori comprende l'installazione anteriore e l'installazione posteriore, mentre i metodi di installazione e fissaggio includono rivetti, viti, anelli elastici o bloccaggio rapido del connettore stesso. Esiste anche un tipo di spina e presa che sono entrambi connettori ad estremità libera, noti come connettori relè.
L'aspetto dei connettori varia notevolmente e gli utenti scelgono principalmente tra diametro esterno di fili o cavi diritti, curvi, requisiti per il fissaggio all'alloggiamento, volume, peso e se collegare tubi metallici. Per i connettori utilizzati sui pannelli, gli utenti devono anche scegliere tra estetica, forma, colore e altri aspetti.
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4, parametri ambientali
I parametri ambientali comprendono principalmente la temperatura ambiente, l'umidità, gli sbalzi di temperatura improvvisi, la pressione atmosferica e l'ambiente corrosivo. L'ambiente in cui i connettori vengono utilizzati, conservati e trasportati ha un impatto significativo sulle loro prestazioni, pertanto è necessario selezionare connettori appropriati in base alle condizioni ambientali effettive.
temperatura ambiente
Il metallo e i materiali isolanti del connettore determinano la temperatura dell'ambiente di lavoro del connettore. L'alta temperatura può danneggiare il materiale del bordo, causando una diminuzione della resistenza di isolamento e della resistenza alla tensione; Per i metalli, le alte temperature possono far sì che il contatto perda elasticità, acceleri l'ossidazione e provochi il deterioramento del rivestimento. La temperatura ambiente abituale è compresa tra -55 e 100 gradi, che può essere superiore in situazioni particolari.
umido
L'umidità relativa superiore all'80% è la causa principale dei guasti elettrici. L'ambiente umido provoca l'assorbimento e la diffusione del vapore acqueo sulla superficie degli isolanti, che può facilmente ridurre la resistenza di isolamento al di sotto del livello M Ω. L'esposizione a lungo termine ad ambienti ad elevata umidità può causare deformazione fisica, decomposizione e rilascio di prodotti, con conseguenti effetti respiratori, elettrolisi, corrosione e screpolature. Soprattutto per i connettori esterni delle apparecchiature, spesso è necessario considerare condizioni ambientali quali umidità, infiltrazioni d'acqua e inquinamento, nel qual caso è necessario selezionare connettori sigillati. Per i connettori a tenuta stagna e a tenuta di polvere, viene generalmente utilizzato il livello di protezione del guscio GB4208.