כיצד לבחור ממסר אלקטרוני או אלקטרו-מכני?

למהנדסים העוסקים בזיווד או תכנון חשמלי של אספקת הכוח למערכת יש לעיתים קרובות התלבטויות האם לתכנן את מערכת ההספק באופן ה”ישן והטוב” תוך שימוש ברכיבים מסורתיים או לבחור בדרך חדשנית יותר ולהגדיר רכיבי מיתוג אלקטרוניים, Solid State Device. בכתבה זו ננסה לעמוד על היתרונות והחסרונות של כל שיטה ולתת דגשים מה עדיף בתלות בדרישות.

מה בכלל ההבדל?

על מנת לבחון מהם ההבדלים במבנה הפנימי נסיר את המעטפת החיצונית של ממסר מכל סוג.ממסר אלקטרו-מכני – ניתן לתאר בצורה סכמתית כי הוא בנוי מאלקטרו-מגנט אשר בעת ההפעלה גורם לתנועה צירית של מנוף אשר מניע פיזית אלקטרודה הסוגרת (או פותחת) מגע חשמלי.ממסר אלקטרוני (Solid State) – מבט מקרוב אל קרבי ממסר זה יהיה דומה להתבוננות בכל מעגל משולב אלקטרוני אחר – רכיבי מיקרו אלקטרוניקה ומוליכים זעירים ומה שיבלוט לעין במיוחד יהיו משטחי טרנזיסטור ה-FET. נתון אחר בולט לעיין הוא המשקל והנפח הקטנים יותר, בעיקר הגובה, ממסר אלקטרוני הוא הרבה יותר שטוח.

מהם התמריצים לעבור ולהשתמש בממסר אלקטרוני?

הגורם העיקרי הוא אמינות. למרות שהמכניקה העדינה השתכללה לא מעט, עדיין השילוב של מנגנון מכני עם מגע חשמלי אשר נועד לעבוד בעשרות אלפי מחזורי מיתוג מוגבל מעצם הגדרתו, בדומה לנורת ליבון הנוטה להישרף מהר יותר מאשר LED. אורך החיים מוגבל לא רק בשל המנגנון המכני, בממסר רגיל (אלקטרו-מכני) מתבצע המיתוג באמצעות צמד אלקטרודות להן אורך חיים המותנה בסוג החומר ו/או הציפוי ממנו עשויה האלקטרודה, עוצמת הזרם (אמפר), אופי העומס המשפיע על אורך חיי ה”קשת החשמלית”. ללא יוצא מן הכלל, בכל ממסר אלקטרו-מכני הקשת החשמלית תגרום לאחר X מחזורי מיתוג לעלייה בהתנגדות המגע או במקרים קיצוניים להדבקה (ריתוך) של אלקטרודה אחת לשנייה. בממסר אלקטרוני אין כל הגבלה למס’ פעולות המיתוג – למעשה ניתן בהחלט להגדיר זאת כאין סוף!

ממסר אלקטרוני מתאים יותר לשימוש במערכת מבוקרת מחשב. ראשית ההספק הנדרש להפעלה נמוך יותר ולכן הוא מתאים ל”דחיפה” באמצעות TTL. בעיית פרץ המתח החוזר בעת הפסקת המיתוג, שהיא נגזרת של שימוש בסליל, אינה קיימת בממסר האלקטרוני. ניתן לכנות ממסר אלקטרוני כיותר “חכם”, מכיוון שניתן בקלות יחסית לתכנן אותו לתקשר עם המחשב על פי תקן תקשורת רצוי ולדווח באופן אוטומטי במידה ויש במעגל המיתוג שלו תקלת זרם יתר או קצר וכמובן גם דיווח במוד עבודה רגיל על עוצמת הזרם העוברת דרכו בכל רגע נתון. ניתן אף לבצע הגבלת זרם על מנת להגן על רכיבים אחרים במערכת. פעולת ההיזון החוזר למערכת ההפעלה בממסר מכני אפשרית רק בעזרת מגעי עזר אשר יכולים רק לציין אם המגע במצב פתוח או סגור. לעיתים נדרש לבצע מיתוג “רך” (התנגדות המגע הולכת ופוחתת עד למגע מלא, שימוש זה נפוץ בעיקר בהתנעת מנועים) – ממסר מכני תוכנן לבצע פעולת מיתוג “חדה” מנתק למגע מלא כמעט באפס זמן, כמובן לאחר סוף תגובת “ניתור המגע” CONTCAT BOUNCE הנוצר כתגובה פיזית של התנגשות שני גופים הנעים זה לקראת זה.

אחד הנתונים החשובים שעל המתכנן לשוקל הוא יכולת המיתוג. בממסר מכני נקוב ערך זרם המיתוג אולם זרם זה הנו הערך הנכון במידה ואופי הזרם הוא התנגדותי. לעומם אינדוקטיבי, מנוע או נורה קטנה יכולת זרם המיתוג משמעותית, מכונה בשפה המקצועית Derating. הסיבה לכך היא פרץ הזרם הראשוני Inrush שנוצר בעת המיתוג. בממסר אלקטרוני אין צורך לבצע כל הפרדה בין סוגי העומס השונים. קיימים ממסרים אלקטרוניים פשוטים לשימושים אזרחיים וכמובן גם גרסאות לשימוש צבאי עם זיווד אטום לתנאי סביבה ורכיבים המיועדים לטווח טמפרטורות נרחב. ערכי הזרם האופייניים לממסרים אלקטרוניים הם 2; 4; 10; 15; 25; 80 ואפילו 150 אמפר !.

חברה מארה”ב פיתחה כבר כיום את הדור הבא של ממסרים אלקטרוניים. מפאת היכולות הרחבות יותר המובנות לממסרים אלה הם מכונים גם בקרי כוח אלקטרוניים או Solid State Power Controller. בטבלה מספר 1 ניסיתי לעמוד על עיקרי ההבדלים. בינם לממסרים רגילים או מפסקים חצי אוטומטים.

מעבר להגדרות הנ”ל (בטבלה 1) להלן הקריטריונים בהם עדיף לבחור במיתוג אלקטרוני:

נדרש מספר (וקצב) מיתוגים גבוה במיוחד.
עבודה בתנאי סביבה קשים, רעידות או הלמים קיצוניים.
נדרשת תקשורת או יכולת מדידת נתונים למערכת הבקרה.
נדרש מערכת בדיקה עצמית.
חסכון במשקל או בנפח.
נדרש גמישות בתחזוקה – מעבר בין רמות עומס שונות לאותו מעגל מיתוג.

סוגי מארזים לממסרי אלקטרוניים:

מכיוון שמהנדסים מחפשים כיום לפשט את התכנון – יצרנים מציעים כיום “כרטיסי מיתוג” הבנויים ממסרים אלקטרונים המיועדים לעומסים שונים וכוללים מס’ ערוצי מיתוג. להלן תמונה לדוגמא של כרטיס מיתוג אלקטרוני הכולל שני ערוצים המיועדים לתכנות רמת העומס עד ל 40 אמפר, כולל תקשורת טורית, מעגלי הגנת עומס יתר מובנים.

למה כן לבחור בממסר אלקטרו-מכני

למרות היתרונות הנ”ל עדיין מוקדם להספיד את הממסר האלקטרו-מכני. היתרון הראשי הוא מגוון התצורות של המגעים. נתח השוק לממסר האלקטרוני מוגבל בשל היכולת לייצר אותו רק בתצורה של מגע בודד לרוב ב”מצב פתוח” וכמו כן מגבלות בידוד פיזי בין המגעים. היכולת למתג במקביל מספר ערוצי הספק (לדוגמא תלת פאזי) ומיתוג קל בין שני מקורות כוח, לדוגמא מיתוג בין פס צבירה ראשי לגנרטור או מצבר (Change Over), משאירים יתרון ברור לממסר האלקטרו-מכני. ממסרי LATCH בעלי שני סלילים אינם צורכים כול הספקים כדי שלמור מצב מסוים, וקונטקטורים יכולים למתג עוצמת זרם גבוהה ברמה שטרם הגיעו אליה הממסרים האלקטרוניים. מגבלה אחרת הקיימת בממסר אלקטרוני למיתוג זרם גבוה הנה הצורך לקרר את היחידה ולכן נפח המארז של ממסר אלקטרוני גדול יותר ממסר מכני לזרמים גבוהים. ולכן כל עוד אנו מודעים למגבלות הממסר המכני, ובעת התכנון בוחרים ממסר מתאים לדרישות המיתוג, הרי שגם ממסר אלקטרו-מכני יתפקד היטב ויוכיח עצמו לאורך שנים.

אם נבחן שני ממסרים בעלי יכולת מיתוג זהה, נמצא שיש גם הבדלים במבנה מנגנון המיתוג אותו תכנן כול יצרן. לדוגמא יצרן מסוים פיתח מנגנון ייחודי המכונה BALANCE FORCE המקנה לממסרים המכניים ביצועים ללא תחרות בעמידה בהלמים ורעידות תוך הפגנת יכולת מיתוג זרמים גבוהים בנפח קטן.

למה כן לבחור בממסר אלקטרו-מכני

סיכום

ברור שיש לכל סוג פתרון יתרונות וחסרונות. חשוב בכול מקרה לבחור באלמנט מיתוג מתאים הן לרמת וסוג העומס והן לתנאי הסביבה הנדרשים. אל תהססו להתייעץ עם הנציגים של היצרנים בארץ. הטובים שבהם נותנים ייעוץ ללא התחייבות, הם הרי עברו הכשרות אצל היצרנים ונחשפים בכול יום להרבה יותר יישומים הדורשים פתרון וכבר אמרו חכמים שאין תחליף לבעל ניסיון…