Struktura skříně a procesní charakteristiky nízkonapěťového spínacího zařízení

I. Úvod

Konstrukce skříně tvoří základ nízkonapěťového přístrojového zařízení, což dělá technologii výroby skříní základem všech základů. Jako strukturální obal musí skříň splňovat nejen funkční integrační požadavky různých elektrických jednotek (jako jsou standardizované typy, modulární kombinace a funkční rozdělení), ale také vlastní požadavky na skříň (jako je pevnost, spolehlivost, pěkný vzhled a snadná úprava). Vzhledem k rozdílným požadavkům na konstrukci skříně a výrobním schopnostem různých výrobců nelze výrobní procesy přísně standardizovat. Existují však určité univerzálně použitelné a klíčové technologické charakteristiky výroby skříní. Tyto klíčové prvky jsou dále stručně popsány v souvislosti s výběrem konstrukce skříně.

II. Konstrukce skříně a technologické charakteristiky

Konstrukce skříně a její výrobní procesy se obecně liší podle formy konstrukce, způsobu spojení a výběru materiálů.

1. Klasifikace podle formy konstrukce

(1) Pevné typy:

Tato konstrukce zajišťuje spolehlivé upevnění každého elektrického komponentu do jeho stanovené pozice uvnitř skříně. Tvar skříně bývá často kvádr (např. panelový nebo boxový typ), i když se používají i lichoběžníkové tvary (např. konzolový typ). Takové skříně mohou být uspořádány jako samostatné jednotky nebo ve řadách.

Pro zajištění rozměrové a geometrické přesnosti se komponenty obvykle montují etapicky – nejčastěji se nejdříve vyrobí dvě boční stěny nebo levá a pravá část, které jsou poté spojeny do celé skříně, nebo se nejdříve splní vnější rozměrové požadavky a postupně se spojují vnitřní komponenty. Délka částí tvořících okraje skříně musí být přesně správná (tolerance se berou jako záporné hodnoty), aby byly zajištěny celkové geometrické rozměry a vnější vzhled. Pro dvě boční stěny nesmí docházet k vypuknutí uprostřed, aby bylo možné správné zarovnání při uspořádání.

Z hlediska instalace nesmí být spodní plocha prohnutá. Při zarovnávání a instalaci je zásadní rovná základna, ale jak základna, tak sama skříň mají své vlastní tolerance. Při zarovnávání by se měly minimalizovat boční odchylky a nesmějí se kumulovat, protože kumulativní chyby mohou způsobit deformaci skříně, ovlivnit spojení sběrnic, způsobit nesprávnou instalaci komponentů, způsobit koncentraci napětí a dokonce i zkrátit životnost elektrického zařízení. Proto při zarovnávání se má použít nejvyšší bod základny jako referenční a následující jednotky se mají postupně rovnat a rozšiřovat. Pokud je rovnost základny ideální a předvídatelná, může být také použito rozšiřování od středu ven, aby se kumulativní chyby rovnoměrně rozdělily.

Pro usnadnění úprav a kompenzaci kumulativních tolerancí se šířkové tolerance skříně obvykle specifikují jako záporné hodnoty. Po sestavení všech komponentů skříně může být nutné provedení formování, aby byly splněny rozměrové a geometrické požadavky. Pro standardizovanou nebo velkosériovou výrobu skříní by měly být plně zohledněny vhodné montážní zařízení a staniola, aby byla zajištěna konstrukční konzistence. Referenční plocha stanioly by měla být ideálně spodní část skříně a umístění bloků v stanioli by mělo být uspořádáno pro snadný přístup a obsluhu. Externí dveře a podobné části, které jsou náchylné k deformaci během přepravy a instalace, jsou obvykle uniformně upraveny během konečné instalace.

(2) Vysouvací (typ s vysouvacími jednotkami):

Vysouvací přístrojové zařízení se skládá z pevné skříně a vysouvatelné jednotky obsahující hlavní elektrické komponenty, jako jsou přerušovače. Vysouvatelná jednotka musí být snadno manipulovatelná při vysouvání a zapouzdření, spolehlivě umístěna při instalaci a zaměnitelná s jinými jednotkami stejného typu a specifikace. Část skříně vysouvacího přístrojového zařízení se vyrábí podobně jako pevné skříně. Vzhledem k požadavkům na zaměnitelnost musí skříň mít vyšší přesnost a související konstrukční části musí umožňovat dostatečnou úpravu.

Technologické charakteristiky výroby vysouvacích nízkonapěťových přístrojových zařízení jsou: (1) pevné a pohyblivé části musí mít společnou referenční osu; (2) související komponenty musí být nastaveny do optimálních poloh pomocí speciálních standardních nástrojů, včetně standardních rámu skříní a standardních vysouvacích jednotek; (3) klíčové rozměry nesmějí přesáhnout povolené tolerance; (4) zaměnitelnost identických typů a specifikací vysouvacích jednotek musí být spolehlivá.

2. Klasifikace podle způsobu spojení

(1) Svařování:

Výhody zahrnují snadnou zpracovatelnost, vysokou pevnost a spolehlivost. Nevýhody zahrnují velké tolerance, náchylnost k deformaci, obtížnou úpravu, špatný vzhled a nemožnost predoplakování pracovních částí. Navíc svařovací stanioly mají specifické požadavky:

• Vysoká tuhost, není snadno ovlivněna deformací pracovních částí;

• Mírně větší než nominální rozměry pracovních částí, aby se kompenzovala srážení po svařování;

• Ploché, jednoduché a snadno obsluhovatelné, minimalizující otáčivé mechanismy, aby se zabránilo poškození;

• Podpory musí být pečlivě vybrány, aby se zabránilo korozí svařovacích částí a umožnilo snadné kontrolování a úpravu, s přidáním protikorozních podložek tam, kde je to nutné.

Deformace svařování je způsobena tepelným roztažením molekul v zóně svařování, což způsobuje mikroskopické posuny během ochlazování, což vede k reziduálnímu napětí. Aby se deformace zmírnila, musí být zohledněny formovací procesy. Běžné metody zahrnují:

• Predikce rozsahu deformace prostřednictvím testů a predformování pracovních částí opačným směrem před svařováním;

• Oprava přílišné úpravy po svařování;

• Kladivo nebo tlačení relativně zúžených oblastí, aby se vyrovnala napětí;

• Ohřev relativně vypuklých oblastí po svařování, aby došlo k rovnoměrnému srážení;

• Provádění celkové tepelné úpravy, pokud je to nutné.

Dále volba svařovacích bodů, orientace svařovacích švů, pořadí svařování a pozice bodového svařování všechno ovlivňuje deformaci po svařování. Správné zpracování může snížit deformaci, nicméně to závisí na konkrétních podmínkách.

(2) Spojení s použitím spojovacích prvků:

Výhody zahrnují vhodnost pro predoplakané části, snadnou úpravu a estetické dokončení, standardizovaný design komponentů, předprodukční inventarizaci a malé rozměrové tolerance v rámu. Nevýhody zahrnují nižší pevnost oproti svařování, vyšší přesnost požadovanou pro komponenty a relativně vyšší výrobní náklady. Spojejsou obvykle standardní části, včetně běžných šroubů, matiček, klestí, slepých klestí, regulačních držáků, přednatěžených tažných matiček a samodrticích šroubů. Speciální spoje (jako ty používané v mnoha importovaných nízkonapěťových skříních) jsou také dostupné.

Technologické charakteristiky: Používají se stanioly pro formování a nástroje pro umístění. Podle potřeby se mohou použít tlakové myčky. Klestění obvykle vyžaduje předchozí vrtání a je třeba se postarat o ochranu predoplakaných částí. Pro komponenty obráběné s precizními CNC centry nebo speciálními zařízeními, pokud průměry spojovacích otvorů udržují mírnou mezera s průměry spojů, lze montáž provést bez staniol v jednom kroku. Pro spojovací a umisťovací komponenty by měly být nejprve stanoveny pozice pomocí speciálních měřicích nástrojů, následované kontrolou pomocí standardních nástrojů.

(3) Hybridní spojení (svařování a spojování):

Tento způsob kombinuje výhody obou výše uvedených metod. Svařování se obvykle používá na spojovacích místech skříně, zatímco spoje se používají pro proměnné nebo upravitelné sekce. Velké skříně jsou obtížné na predoplakování po svařování, takže se povrchy často barví. Pro venkovní skříně vyrobené z predoplakaných materiálů, které vyžadují svařování, lze svařované oblasti léčit tepelným metalickým sprejem.

3. Klasifikace podle materiálů komponentů

(1) Profilové materiály:

Zahrnují L-ový profil, U-ový profil, speciální ocelové trubky a speciální U-ové profily. Komponenty vyrobené z L-ového nebo U-ového profilu jsou obvykle spojeny svařováním. Během zpracování musí spojovací konce těsně sedět s minimálními mezerami, jinak bude ovlivněna kvalita svařování a deformace.

Speciální ocelové trubky mohou být spojeny buď svařováním, nebo spoji. Spojovací části obvykle vyžadují speciální příslušenství, které musí být silné a přesné, jinak bude ovlivněn vzhled skříně. Použití uniformních speciálních ocelových trubek s rovnoměrně rozprostřenými (modulárními) otvory a standardními spoji umožňuje modulární sestavování skříně, což zjednodušuje návrh, přípravu komponentů a plánování výroby. Tento způsob však zahrnuje mnoho otvorů, z nichž většina zůstane nepoužita, a omezí prostorovou flexibilitu.

Výrobní charakteristiky: Zajištěte univerzálnost a přesnost komponentů a spojů. Základní konstrukce skříně je často posílena panely. Kromě speciálních ocelových trubek se také používají C-ové profily nebo profilované obdélníkové trubky z plechu. C-ové profily jsou vhodné pro predoplakování, zatímco profilované obdélníkové trubky mohou po predoplakování zrezivět kvůli zbytku kyseliny z piklování, takže je třeba být opatrný při výběru.

(2) Plechové komponenty (vyloučené C-ové profily a profilované obdélníkové trubky)

Tyto mohou být kompletně tvarovány podle požadavků, bez omezení ze strany předformovaných profilů. Tento strukturní návrh vyžaduje vyšší inženýrské úsilí, ale jakmile je standardizován, variace jsou minimální. Hlavní strukturní části jsou obvykle svařeny, zatímco proměnné nebo upravitelné oblasti používají spoje (např. nízkonapěťové řídící skříně a konzoly).

Protože plechové struktury jsou většinou svařeny a tvarovány v jednom kusu, musí být zohledněno svařovací srážení nebo vypuknutí. Svařovací body by měly být rovnoměrně rozmístěny, svařovací švy hladké, po svařování by mělo být provedeno formování, okraje by měly být rovné a prostředek obou stran nesmí vystupovat nad přední a zadní okraje. Pokud existují vnitřní dělicí stěny, by měly být svařeny až po tom, co jsou správně tvarovány obě strany.

Konzolové řídící skříně jsou nejvhodnější pro plechové komponenty. Pokud jsou více jednotek uspořádány ve řadě, stolní deska by měla být zarovnána a umístěna až po umístění celé řady.

III. Závěr

Jak bylo analyzováno, výběr konstrukce skříně musí být určen nejen funkcionalními požadavky přístrojového zařízení, ale také omezeními výrobního procesu. Úroveň výrobní technologie přímo ovlivňuje návrh konstrukce skříně a výběr materiálů.