¿Cómo seleccionar conectores en diseño?

Los conectores eléctricos (en lo sucesivo denominados conectores), también conocidos como enchufes, se utilizan ampliamente en diversos circuitos eléctricos para conectar o desconectar circuitos. Mejorar la confiabilidad de los conectores es principalmente responsabilidad del fabricante. Sin embargo, debido a la amplia variedad y gama de aplicaciones de conectores, elegir el conector correcto también es un aspecto importante para mejorar la confiabilidad del conector.
Existen diferentes métodos de clasificación de conectores.
Según la frecuencia, existen conectores de alta-frecuencia y conectores de baja-frecuencia;
Según su apariencia, existen máquinas conectadas circulares y máquinas conectadas rectangulares;
Según su uso, existen conectores para placas impresas, gabinetes, equipos de audio, fuentes de alimentación, conectores de propósito especial, etc.
La discusión principal de hoy es sobre cómo elegir conectores de baja-frecuencia (con frecuencias inferiores a 3 MHz).
1, parámetros eléctricos
Un conector es un componente electromecánico que conecta circuitos eléctricos. Por lo tanto, los parámetros eléctricos del propio conector son la primera consideración a la hora de elegir un conector.
tensión nominal
La tensión nominal, también conocida como tensión de trabajo, depende principalmente del material aislante utilizado en el conector y del espacio entre los pares de contactos.
Es posible que algunos componentes o dispositivos no puedan realizar las funciones previstas por debajo de su voltaje nominal. En realidad, la tensión nominal de un conector debe entenderse como la tensión máxima de funcionamiento recomendada por el fabricante. En principio, los conectores pueden funcionar normalmente a tensiones inferiores a la tensión nominal.
Por lo tanto, debemos seleccionar el voltaje nominal de manera razonable en función del índice de voltaje soportado (resistencia eléctrica) del conector, el entorno de uso y los requisitos del nivel de seguridad.
corriente nominal
Corriente nominal, también conocida como corriente de funcionamiento. Al igual que la tensión nominal, los conectores generalmente pueden funcionar normalmente por debajo de la corriente nominal.
En el proceso de diseño de conectores, los requisitos de corriente nominal se cumplen mediante el diseño térmico del conector, porque cuando la corriente fluye a través del par de contactos, el par de contactos generará calor debido a la presencia de resistencia del conductor y resistencia de contacto. Cuando su generación de calor excede un cierto límite, dañará el aislamiento del conector y provocará que el revestimiento de la superficie se ablande debido al contacto, lo que provocará un mal funcionamiento.
Por lo tanto, para limitar la corriente nominal, es necesario limitar el aumento de temperatura dentro del conector para que no exceda el valor de diseño especificado. El problema a tener en cuenta al elegir es que, para los conectores multi-núcleos, la corriente nominal debe reducirse para su uso.
Se debe prestar más atención a esto en situaciones de alta corriente, como en el caso de un par de contactos de 3,5 mm con una corriente nominal de 50 A. Sin embargo, cuando se utilizan 5 núcleos, la corriente nominal debe reducirse en un 33 %, lo que significa que cada núcleo tiene una corriente nominal de sólo 38 A. Cuantos más núcleos haya, mayor será la reducción de la calificación.
resistencia de contacto
La resistencia de contacto se refiere a la resistencia generada por dos conductores en contacto en el área de contacto.
A la hora de seleccionar hay que tener en cuenta dos cuestiones:
En primer lugar, el índice de resistencia de contacto de un conector es en realidad el contacto con la resistencia, que incluye la resistencia de contacto y la resistencia de contacto con el conductor. Por lo general, la resistencia del conductor es relativamente pequeña, por lo que en muchas especificaciones técnicas la resistencia de contacto se denomina resistencia de contacto.
En segundo lugar, en los circuitos que conectan señales pequeñas, es importante tener en cuenta en qué condiciones se prueba el índice de resistencia de contacto dado, ya que la superficie de contacto puede adherirse a capas de óxido, manchas de aceite u otros contaminantes, lo que da como resultado una película de resistencia en las superficies de los dos componentes de contacto. A medida que aumenta el espesor de la capa de película, la resistencia aumenta rápidamente, lo que hace que la capa de película sea un mal conductor. Sin embargo, la capa de película puede sufrir una rotura mecánica bajo alta presión de contacto, o una rotura eléctrica bajo alto voltaje y alta corriente.
Blindaje (anti-interferencia)
En los equipos eléctricos y electrónicos modernos, la creciente densidad de componentes y sus funciones relacionadas plantea limitaciones estrictas a las interferencias electromagnéticas. Por eso, los conectores suelen estar encerrados con carcasas metálicas para evitar la radiación electromagnética interna o la interferencia de campos electromagnéticos externos.
A bajas frecuencias, sólo los materiales magnéticos pueden proporcionar un blindaje significativo contra los campos magnéticos. En este punto existen ciertas regulaciones respecto a la continuidad eléctrica de la carcasa metálica, concretamente la resistencia de contacto de la carcasa.
2, parámetros de seguridad
resistencia de aislamiento
La resistencia de aislamiento se refiere al valor de resistencia presentado al aplicar voltaje a la parte de aislamiento de un conector, lo que resulta en una corriente de fuga en o dentro de la superficie de la parte de aislamiento.
Se ve afectado principalmente por los materiales aislantes, la temperatura, la humedad, las incrustaciones y otros factores. Los valores de resistencia de aislamiento proporcionados en las muestras de conectores son generalmente indicadores en condiciones atmosféricas estándar y, bajo ciertas condiciones ambientales, los valores de resistencia de aislamiento pueden disminuir en diversos grados.
Además, preste atención al valor del voltaje de prueba de la resistencia de aislamiento. La aplicación de diferentes voltajes según la resistencia de aislamiento (M Ω)=voltaje aplicado al aislador (V)/corriente de fuga (μ A) da como resultado diferentes resultados. En las pruebas de conectores, el voltaje aplicado generalmente se divide en tres niveles: 10 V, 100 V y 500 V.
resistencia a la presión
La resistencia de voltaje se refiere al voltaje crítico que un par de contactos puede soportar dentro de un tiempo específico entre partes mutuamente aisladas o entre partes aisladas y tierra, que es mayor que el voltaje nominal sin causar fallas. Se ve afectado principalmente por la distancia de contacto, la distancia de fuga, la forma geométrica, el material aislante, la temperatura y humedad ambiental y la presión atmosférica.
inflamabilidad
Ningún conector puede funcionar sin corriente, lo que supone un riesgo de incendio. Por lo tanto, los conectores no sólo son necesarios para evitar la ignición, sino también para poder autoextinguirse en un corto período de tiempo en caso de ignición o incendio. Al seleccionar, se debe prestar atención a elegir conectores eléctricos hechos de materiales aislantes -ignífugos y autoextinguibles.
3, parámetros mecánicos
Presión de contacto (fuerza de separación de una sola pierna y fuerza de separación total)
La presión de contacto en el conector es un indicador importante que afecta directamente el tamaño de la resistencia del contacto y el desgaste del par de contactos.
En la mayoría de las estructuras, medir directamente la presión de contacto es bastante difícil. Por lo tanto, la presión de contacto a menudo se mide indirectamente mediante la fuerza de separación de un solo pie. Para los pares de contactos circulares, generalmente se utilizan pasadores estándar con pesos específicos para probar la capacidad de la pieza de contacto hembra para sostener el peso. Generalmente, el diámetro del pasador estándar es -5 μm, que es el límite inferior del diámetro de la pieza de contacto macho.
La fuerza de separación total es generalmente el doble de la suma de las fuerzas de separación de la línea superior de un solo pie. Cuando la fuerza de separación total supera los 50 N, ya resulta bastante difícil enchufar y desenchufar manualmente. Por supuesto, para algunos equipos de prueba o requisitos especiales, se pueden utilizar conectores de fuerza de inserción cero, conectores de desconexión automática, etc.
vida mecánica
La vida útil mecánica de los conectores se refiere a la vida útil de inserción y extracción, generalmente especificada entre 500 y 5000 veces.
Al alcanzar la vida útil mecánica especificada, la resistencia de contacto, la resistencia de aislamiento y la tensión soportada del conector no deben exceder los valores especificados.
Estrictamente hablando, la vida útil mecánica actual es un concepto vago. La vida útil mecánica debería tener una cierta relación con el tiempo, con 500 usos cada 10 años y 500 usos cada 1 año, obviamente la situación es diferente. Sin embargo, actualmente no existe ningún método más económico y científico para medirlo.
Contacto con propiedades numéricas y estenopeicas
El número de pares de contactos se puede seleccionar según las necesidades del circuito, considerando el volumen del conector y la fuerza total de separación. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos, mayor será su volumen y relativamente mayor será la fuerza de separación total. En algunos casos donde se requiere una alta confiabilidad y el volumen lo permite, se puede utilizar el método de conexión en paralelo de dos pares de contactos para mejorar la confiabilidad de la conexión.
En las clavijas y tomas de conectores, las clavijas (contactos macho) y las tomas (contactos hembra) son generalmente intercambiables para su montaje. En el uso real, la elección se puede realizar en función del estado activo del enchufe y del zócalo en ambos extremos. Si el enchufe necesita cargarse constantemente, puede elegir un enchufe con un orificio para enchufe-, porque los contactos activos del enchufe con un orificio para enchufe- están enterrados en el aislamiento, lo que hace que sea relativamente seguro para el cuerpo humano tocar los contactos activos.
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Vibración, impacto, colisión.
La consideración principal es la continuidad eléctrica de los pares de contactos durante la vibración, el impacto y la colisión del conector en condiciones específicas de frecuencia y aceleración.
El fenómeno de rotura instantánea del circuito se produce al entrar en contacto con esta condición de tensión dinámica. El tiempo de pausa instantáneo prescrito generalmente incluye 1 μs, 10 μs, 100 μs, 1 ms y 10 ms. Es importante prestar atención a cómo determinar la aparición de fallos de rotura instantánea en pares de contactos.
Ahora se cree generalmente que cuando la caída de voltaje a través de un par de contactos cerrados (contacto) excede el 50% de la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación, se puede determinar que el par de contactos cerrados (contacto) ha fallado. Es decir, existen dos condiciones para determinar si se ha producido una interrupción transitoria: la duración y la caída de tensión, ambas indispensables.
método de conexión
Un conector generalmente se compone de un enchufe y un enchufe, donde el enchufe también se conoce como conector de extremo libre y el enchufe también se conoce como conector fijo. La conexión y desconexión de circuitos se consigue mediante la inserción y desconexión de clavijas y tomas, dando lugar así a diversos métodos de conexión de clavijas y tomas.
Para los conectores circulares, existen principalmente tres métodos: conexión roscada, conexión de bayoneta y conexión auto-con bloqueo (pin).
Entre ellas, las conexiones roscadas son las más comunes, que tienen las ventajas de una tecnología de procesamiento simple, un bajo costo de fabricación y una amplia aplicabilidad. Sin embargo, la velocidad de conexión lenta no es adecuada para situaciones que requieren una inserción frecuente y una conexión rápida.
Debido al paso más largo de sus tres ranuras de bayoneta, la conexión de bayoneta tiene una velocidad de conexión más rápida, pero su fabricación es más compleja y el coste también es mayor.
La conexión con bloqueo automático (PIN) es la más rápida entre los tres métodos de conexión. No requiere movimiento de rotación, sino solo movimiento lineal para lograr las funciones de conexión, separación y bloqueo. Debido a su método de conexión push-pull, solo es adecuado para conectores con fuerza de separación total baja. Generalmente es más común en conectores pequeños.
Método de instalación y apariencia.
La instalación de conectores incluye instalación frontal e instalación trasera, y los métodos de instalación y fijación incluyen remaches, tornillos, anillos de presión o bloqueo rápido del propio conector. También hay un tipo de enchufe y enchufe que son conectores de extremo libre, conocidos como conectores de relé.
La apariencia de los conectores varía mucho y los usuarios eligen principalmente entre alambres o cables rectos, curvos, diámetro exterior, requisitos de fijación a la carcasa, volumen, peso y si se conectan mangueras metálicas. Para los conectores utilizados en paneles, los usuarios también deben elegir entre la estética, la forma, el color y otros aspectos.
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4, parámetros ambientales
Los parámetros ambientales incluyen principalmente temperatura ambiente, humedad, cambios bruscos de temperatura, presión atmosférica y ambiente corrosivo. El entorno en el que se utilizan, almacenan y transportan los conectores tiene un impacto significativo en su rendimiento, por lo que es necesario seleccionar conectores apropiados en función de las condiciones ambientales reales.
temperatura ambiente
El metal y los materiales aislantes del conector determinan la temperatura ambiente de trabajo del conector. Las altas temperaturas pueden dañar el material del borde, provocando una disminución de la resistencia del aislamiento y del rendimiento de la tensión soportada; Para los metales, las altas temperaturas pueden hacer que el contacto pierda elasticidad, acelere la oxidación y provoque el deterioro del recubrimiento. La temperatura ambiente habitual es de -55 a 100 grados, que puede ser mayor en situaciones especiales.
húmedo
La humedad relativa superior al 80% es la principal causa de averías eléctricas. El ambiente húmedo provoca la absorción y difusión de vapor de agua en la superficie de los aisladores, lo que puede reducir fácilmente la resistencia del aislamiento por debajo del nivel M Ω. La exposición prolongada a ambientes de alta humedad puede causar deformación física, descomposición y liberación de productos, lo que resulta en efectos respiratorios, electrólisis, corrosión y grietas. Especialmente para los conectores externos de equipos, a menudo es necesario considerar condiciones ambientales como la humedad, la infiltración de agua y la contaminación, en cuyo caso se deben seleccionar conectores sellados. Para conectores herméticos al agua y al polvo, generalmente se utiliza el nivel de protección de la carcasa GB4208 para indicarlo.