ساختار کابینت و مشخصات فرآیندی تجهیزات سوئیچگیری ولتاژ پایین

I. مقدمه

تشکیل کابینت، پایه اساسی تجهیزات سوئیچ پایین ولتاژ را تشکیل می‌دهد و فناوری ساخت کابینت، پایه تمامی پایه‌ها است. به عنوان یک پوشش سازنده، کابینت باید نه تنها نیازهای ادغام عملکردی واحدهای الکتریکی مختلف (مانند انواع استاندارد، ترکیب‌های ماژولار و توزیع عملکرد) را برآورده کند بلکه نیازهای ذاتی کابینت (مانند استحکام، قابلیت اطمینان، ظاهر مرتب و آسانی در تنظیم) را نیز برآورده کند. با توجه به تفاوت‌های موجود در نیازهای ساختاری کابینت و توانایی‌های تولیدی تولیدکنندگان مختلف، فرآیندهای تولید نمی‌توانند به صورت سخت و محکم استاندارد شوند. با این حال، خصوصیات فناوری جهانی و حیاتی در تولید کابینت وجود دارد. این ویژگی‌های کلیدی در ادامه به طور مختصر با توجه به انتخاب ساختار کابینت معرفی می‌شوند.

II. ساختار کابینت و ویژگی‌های فناوری

ساختار کابینت‌ها و فرآیندهای تولید آن‌ها معمولاً بر اساس شکل ساختاری، روش‌های اتصال و انتخاب مواد متمایز می‌شوند.

1. طبقه‌بندی بر اساس شکل ساختاری

(1) نوع ثابت:

این طراحی اطمینان می‌دهد که هر مولفه الکتریکی به طور مطمئن در موقعیت تعیین شده خود در کابینت ثابت شده است. شکل کابینت‌ها معمولاً مکعب مستطیل (مانند پنل یا جعبه) است، اگرچه اشکال ذوزنقه‌ای (مانند کنسول) نیز استفاده می‌شوند. این کابینت‌ها می‌توانند به صورت واحد یا در ردیف‌هایی قرار گیرند.

برای اطمینان از دقت ابعادی و هندسی، مولفه‌ها معمولاً به صورت مرحله‌ای مونتاژ می‌شوند—معمولاً ابتدا دو لایه جانبی یا بخش‌های چپ-راست تشکیل می‌شوند، سپس به کابینت کامل تبدیل می‌شوند یا ابتدا نیازهای ابعادی خارجی برآورده می‌شوند و سپس به صورت متوالی مولفه‌های داخلی متصل می‌شوند. طول قسمت‌های تشکیل‌دهنده لبه‌های کابینت باید دقیقاً صحیح باشد (با تolerans منفی) تا ابعاد هندسی کلی و ظاهر خارجی را تضمین کند. برای دو لایه جانبی، نباید در وسط برجستگی داشته باشند تا در زمان ترتیب‌دهی تناسب صحیحی داشته باشند.

از دیدگاه نصب، سطح پایه نباید هیچ انحنایی داشته باشد. در زمان تراز کردن و نصب، یک پایه تراز ضروری است، اما هر دو تراز پایه و خود کابینت دارای tolerans‌های ذاتی هستند. در زمان تراز کردن، انحراف‌های جانبی باید به حداقل رسیده و اجازه تجمع نداشته باشند، زیرا خطاهای تجمعی می‌توانند منجر به تغییر شکل کابینت، اتصالات میله‌های اصلی، نصب نادرست مولفه‌ها، تمرکز تنش و حتی کاهش عمر مفید تجهیزات الکتریکی شوند. بنابراین، در زمان تراز کردن، بالاترین نقطه پایه باید به عنوان مرجع استفاده شود و واحدهای بعدی به تدریج تراز و گسترش یابند. وقتی تراز پایه ایده‌آل و قابل پیش‌بینی است، گسترش از مرکز به بیرون نیز می‌تواند برای توزیع مساوی خطاهای تجمعی استفاده شود.

برای تسهیل تنظیم و جبران تجمع tolerans، tolerans‌های عرض کابینت معمولاً به صورت مقادیر منفی مشخص می‌شوند. پس از مونتاژ تمامی مولفه‌های کابینت، شکل‌دهی ممکن است برای برآورده کردن نیازهای ابعادی و هندسی لازم باشد. برای تولید استاندارد یا حجم بالای کابینت، ابزارهای مناسب و قطعات باید به طور کامل در نظر گرفته شوند تا سازگاری ساختاری تضمین شود. سطح مرجع ابزار باید بهترین گزینه سطح پایه کابینت باشد و بلوک‌های موقعیت‌یابی درون ابزار باید به گونه‌ای تنظیم شوند که دسترسی و عملیات آن‌ها آسان باشد. دروازه‌های خارجی و قطعات مشابه که در حمل و نصب آسیب‌پذیر به تغییر شکل هستند، معمولاً در نصب نهایی به صورت یکنواخت تنظیم می‌شوند.

(2) قابل خروج (نوع جعبه‌ای):

تجهیزات سوئیچ قابل خروج شامل بدنه کابینت ثابت و واحد قابل خروجی حاوی مولفه‌های الکتریکی اصلی مانند قطعات برق است. واحد قابل خروجی باید در زمان ورود و خروج آسان به کار گرفته شود، در زمان نصب به طور مطمئن موقعیت یابد و با واحدهای دیگری از همان نوع و مشخصات قابل تعویض باشد. بخش کابینت تجهیزات سوئیچ قابل خروج به صورت مشابه با کابینت‌های ثابت ساخته می‌شود. با این حال، با توجه به نیازهای تعویض‌پذیری، کابینت باید دقت بیشتری داشته باشد و قطعات ساختاری مربوطه باید اجازه تنظیم کافی داشته باشند.

ویژگی‌های ساخت تجهیزات سوئیچ پایین ولتاژ قابل خروج عبارتند از: (1) بخش‌های ثابت و متحرک باید دارای یک مرجع مشترک باشند؛ (2) مولفه‌های مربوطه باید با استفاده از ابزارهای استاندارد اختصاصی به موقعیت‌های بهینه تنظیم شوند، از جمله قاب‌های استاندارد کابینت و جعبه‌های استاندارد؛ (3) ابعاد مهم نباید از tolerans‌های مجاز فراتر روند؛ (4) تعویض‌پذیری انواع و مشخصات یکسان جعبه‌ها باید مطمئن باشد.

2. طبقه‌بندی بر اساس روش اتصال

(1) ساختار جوش:

مزایا شامل سهولت پردازش، قدرت بالا و قابلیت اطمینان است. معایب شامل tolerans‌های بزرگ، آسیب‌پذیری به تغییر شکل، سختی در تنظیم، ظاهر بد و عدم امکان پیش‌پوشش قطعات کاری است. علاوه بر این، ابزارهای جوش دارای نیازهای خاصی هستند:

• سختی بالا، کمترین تأثیر از تغییر شکل قطعات کاری؛

• کمی بزرگتر از ابعاد اسمی قطعات کاری برای جبران انقباض پس از جوش؛

• سطح صاف، ساده و آسان برای عملیات، کمترین مکانیزم‌های چرخشی برای جلوگیری از آسیب؛

• پشتیبانی‌ها باید به دقت انتخاب شوند تا از فرسودگی جوش جلوگیری شود و برای انجام بازرسی و تنظیم آسان باشند، با افزودن پد ضد فرسودگی در صورت نیاز.

تغییر شکل جوش به دلیل گسترش حرارتی مولکول‌ها در ناحیه جوش، باعث جابجایی میکروسکوپی در زمان خنک شدن می‌شود که منجر به تنش باقی‌مانده می‌شود. برای کاهش تغییر شکل، باید فرآیندهای شکل‌دهی در نظر گرفته شوند. روش‌های معمول عبارتند از:

• پیش‌بینی محدوده تغییر شکل از طریق تست و پیش‌تغییر شکل قطعه کاری در جهت مخالف قبل از جوش؛

• اصلاح بیش‌تنظیم پس از جوش؛

• ضرب یا فشار به ناحیه‌های که تقلص یافته‌اند برای توازن تنش‌ها؛

• گرم کردن ناحیه‌های که پس از جوش برجسته شده‌اند برای رسیدن به انقباض یکنواخت؛

• اجرای درمان حرارتی کلی در صورت لزوم.

علاوه بر این، انتخاب نقاط جوش، جهت خط جوش، ترتیب جوش و موقعیت جوش نقطه‌ای همه بر تغییر شکل پس از جوش تأثیر می‌گذارند. مدیریت صحیح می‌تواند تغییر شکل را کاهش دهد، اگرچه این به شرایط خاص بستگی دارد.

(2) اتصال با پیچ و مهره:

مزایا شامل مناسب بودن برای قطعات پیش‌پوششی، سهولت در تنظیم و تکمیل ظاهری، طراحی مولفه‌های استاندارد، موجودی قبل از تولید و tolerans‌های ابعادی کوچک در قاب. معایب شامل قدرت کمتر نسبت به جوش، نیاز به دقت بالاتر در مولفه‌ها و هزینه تولید نسبتاً بالاتر است. پیچ‌ها معمولاً قطعات استاندارد هستند، از جمله پیچ‌ها و مهره‌های معمولی، پیچ‌های مهره‌ای، پیچ‌های مهره‌ای نامرئی، مهره‌های کلیمپ قابل تنظیم، مهره‌های پیش‌تنش و پیچ‌های خودکار. پیچ‌های تخصصی (مانند آن‌هایی که در بسیاری از کابینت‌های پایین ولتاژ وارداتی استفاده می‌شوند) نیز موجود هستند.

ویژگی‌های فناوری: از ابزارهای شکل‌دهی و ابزارهای موقعیت‌یابی استفاده می‌شود. ممکن است از واشرهای فشاری نیز استفاده شود. ریوتینگ معمولاً نیازمند سوراخ‌کاری پیشین است و باید دقت کرد تا پوشش پیش‌پوششی قطعات کاری محافظت شود. برای مولفه‌های ساخته شده با مراکز CNC دقیق یا تجهیزات اختصاصی، اگر قطر سوراخ‌های اتصال کمی با قطر پیچ‌ها تفاوت داشته باشد، مونتاژ می‌تواند بدون استفاده از ابزارها در یک مرحله انجام شود. برای مولفه‌های هدایت و موقعیت‌یابی، ابزارهای اندازه‌گیری اختصاصی باید ابتدا موقعیت را تعیین کنند و سپس با استفاده از ابزارهای استاندارد بازرسی شوند.

(3) اتصال ترکیبی (جوش و پیچ و مهره):

این روش مزایای هر دو روش فوق را ترکیب می‌کند. معمولاً جوش در نقاط اتصال کابینت استفاده می‌شود، در حالی که پیچ‌ها و مهره‌ها برای بخش‌های متغیر یا قابل تنظیم استفاده می‌شوند. کابینت‌های بزرگ پس از جوش پوشش دادن دشوار است، بنابراین سطوح معمولاً نقاشی می‌شوند. برای کابینت‌های خارجی که از مواد پیش‌پوششی ساخته شده‌اند و نیاز به جوش دارند، مناطق جوش می‌توانند با پوشش فلزی حرارتی درمان شوند.

3. طبقه‌بندی بر اساس مواد مولفه

(1) مواد بخشی:

این شامل فولاد زاویه‌ای، فولاد U-شکل، لوله‌های فولادی شکل خاص و فولاد U-شکل خاص است. مولفه‌های ساخته شده از فولاد زاویه‌ای یا U-شکل معمولاً با جوش اتصال می‌یابند. در زمان پردازش، انتهای اتصال باید بدون فاصله بوده و فاصله‌های کمی داشته باشد؛ در غیر این صورت، کیفیت جوش و تغییر شکل تحت تأثیر قرار می‌گیرد. 

لوله‌های فولادی شکل خاص می‌توانند با جوش یا پیچ و مهره اتصال یابند. بخش‌های اتصال معمولاً نیازمند اتصالات اختصاصی هستند که باید قوی و دقیق باشند؛ در غیر این صورت، ظاهر کابینت تحت تأثیر قرار می‌گیرد. استفاده از لوله‌های شکل خاص یکسان با سوراخ‌های یکنواخت (ماژولار) و اتصالات استاندارد امکان مونتاژ ماژولار کابینت را فراهم می‌کند، طراحی، آماده‌سازی مولفه‌ها و برنامه‌ریزی تولید را ساده می‌کند. با این حال، این روش شامل تعداد زیادی سوراخ است که بیشتر آن‌ها استفاده نمی‌شوند و انعطاف‌پذیری فضایی را محدود می‌کند.

ویژگی‌های ساخت: تضمین عمومیت و دقت مولفه‌ها و اتصالات. ساختار کابینت پایه معمولاً با صفحات تقویت می‌شود. علاوه بر لوله‌های شکل خاص، کانال‌های C-شکل یا لوله‌های مستطیلی با سپر از فولاد صفحه‌ای نیز استفاده می‌شوند. کانال‌های C-شکل برای پوشش مناسب هستند، در حالی که لوله‌های مستطیلی با سپر ممکن است پس از پوشش به دلیل اسید باقی‌مانده از پیکلینگ زنگ بخورد، بنابراین انتخاب آن‌ها باید با دقت انجام شود.

(2) مولفه‌های فلزی (به استثنای کانال‌های C-شکل و لوله‌های مستطیلی با سپر)

این می‌توانند به طور کامل بر اساس نیازها شکل گیرند، بدون محدودیت‌های ناشی از پروفیل‌های پیش‌ساخته. این طراحی ساختاری شامل تلاش مهندسی بالاتر است، اما پس از استانداردسازی، تغییرات کمی دارد. بخش‌های ساختاری اصلی معمولاً با جوش اتصال می‌یابند، در حالی که بخش‌های متغیر یا قابل تنظیم از پیچ و مهره استفاده می‌کنند (مانند جعبه‌های کنترل پایین ولتاژ و کنسول‌ها).

از آنجا که ساختارهای فلزی معمولاً با جوش و در یک قطعه شکل گرفته‌اند، باید تغییر شکل یا برجستگی ناشی از جوش را در نظر گرفت. نقاط جوش باید به طور یکنواخت توزیع شوند، خط جوش صاف باشد، شکل‌دهی پس از جوش انجام شود، لبه‌ها مستقیم باشند و وسط هر دو طرف نباید از لبه‌های جلو و عقب بیشتر بیرون بیاید. اگر جداکننده‌های داخلی وجود دارد، باید پس از شکل‌دهی صحیح دو طرف جوش داده شوند.

کنسول‌های کنترلی بهترین گزینه برای مولفه‌های فلزی هستند. وقتی چند واحد در یک ردیف قرار گیرند، میز باید فقط پس از قرار گرفتن کل ردیف تراز و موقعیت یابد.

III. نتیجه‌گیری

همان‌طور که در بالا تحلیل شد، انتخاب ساختار کابینت‌ها نه تنها باید بر اساس نیازهای عملکردی تجهیزات سوئیچ تعیین شود بلکه باید محدودیت‌های فرآیند تولید نیز در نظر گرفته شود. سطح فناوری تولید مستقیماً تأثیرگذار بر طراحی ساختاری و انتخاب مواد کابینت است.