Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Einführung und gängige Schaltertypen
3. Neueste technologische Fortschritte
4. Marktgröße
5. Auswahlempfehlungen
6. Zusammenfassung
Einleitung
Wir nutzen fast täglich eine Vielzahl von Schaltern, beispielsweise immer dann, wenn Sie ein Auto, eine Waschmaschine oder elektrisches Licht benutzen oder sogar den Bildschirm Ihres Mobiltelefons einschalten möchten. Schalter gehören zweifellos zu den häufigsten elektrischen Komponenten, denen wir in unserem täglichen Leben begegnen. Dabei handelt es sich um Geräte, die dazu dienen, Stromkreise automatisch oder manuell zu verbinden oder zu trennen, den Stromfluss zu unterbrechen oder die Stromrichtung in einem Stromkreis zu ändern und so den Start und Stopp elektrischer Geräte zu steuern, Programme auszuwählen oder die Stromübertragung zu steuern.
In diesem Artikel wird untersucht, wie Schalter funktionieren, gängige Typen, relevante Sicherheitszertifizierungsstandards und die neuesten technologischen Fortschritte auf diesem Gebiet.
Einführung und gängige Schaltertypen
Fast alle elektrischen und elektronischen Systeme verwenden mindestens einen Schalter, um den Ein- und Ausschaltvorgang des Geräts zu steuern. Einfach ausgedrückt steuert ein Schalter einen Stromkreis, indem er alle oder einige damit verbundene Teile oder Prozesse aktiviert oder deaktiviert.
Schalter dienen hauptsächlich zwei Funktionen: dem Öffnen oder Schließen von Stromkreisen und der Steuerung der Stromübertragung. Sie verfügen im Allgemeinen über einen oder mehrere Kontakte. Der „geschlossene“ Zustand eines Kontakts zeigt Leitfähigkeit an, sodass Strom fließen kann, während der „offene“ Zustand eines Schalters Nichtleitfähigkeit anzeigt, einen offenen Stromkreis bildet und den Stromfluss verhindert.
Obwohl diese Funktionalität einfach erscheinen mag, hat sie unzählige Versionen für verschiedene Anwendungsszenarien hervorgebracht. Im Folgenden stellen wir die gängigsten Arten von Schaltern vor und erläutern kurz deren Prinzipien.
Kippschalter und Druckschalter
Kippschalter und Druckschalter sind die gebräuchlichsten Arten elektrischer Schalter. Sie zeichnen sich durch einen Hebel- oder Knopfmechanismus aus, der zum Öffnen oder Schließen eines Stromkreises umgeschaltet werden kann. Sie verändern die Funktion und den Zustand eines elektrischen Systems durch Positionswechsel. Sie bestehen typischerweise aus zwei Kontakten, die geschlossen werden, wenn der Hebel oder Knopf in eine bestimmte Position bewegt wird, wodurch der Stromkreis geschlossen wird und Strom fließt. Wenn der Hebel oder Knopf in eine andere Position bewegt wird, öffnen sich die Kontakte, wodurch der Stromkreis unterbrochen und der Stromfluss verhindert wird. Diese Art von Schaltern findet man häufig in Geräten wie Lampen und Wasserkochern.
Drehschalter
Drehschalter verfügen normalerweise über einen Knopf, der gedreht werden kann, und jede Stufe oder Position des Schalters kann verschiedene Teile eines Systems steuern. Die Endposition des Knopfes bestimmt den Steuerbefehl des Schalters. Drehschalter können nicht nur das Öffnen oder Schließen des Stromkreises über Kontakte in verschiedenen Positionen auswählen, sondern auch den Stromfluss steuern, indem sie die Größe der eingebauten Widerstände anpassen. Dadurch eignen sie sich zur Steuerung von Programmänderungen oder zur Einstellung von Betriebsgeschwindigkeiten. Drehschalter werden häufig zur Lautstärkeregelung, Lüftergeschwindigkeitsregelung und Zeitsteuerung in Geräten wie Waschmaschinen, Öfen und Mikrowellen verwendet.
Reed-Schalter
A Reed-Schalter ist ein Magnetschalter, der häufig in elektronischen Schaltkreisen verwendet wird. Obwohl es nicht alltäglich ist, ist es ein wesentlicher Bestandteil der Schaltkreissteuerung für Anwendungen wie Automobile und Tür-/Fensteralarme.
Reed-Schalter bestehen aus einem versiegelten Glasgehäuse, das zwei ferromagnetische Reed-Schalter enthält. Der Kontakt oder die Trennung der Zungen wird durch ein externes Magnetfeld gesteuert, das von einem Permanentmagneten oder einer elektromagnetischen Spule erzeugt wird, wodurch der Stromfluss gesteuert wird.
Reed-Schalter werden typischerweise verwendet, um zu erkennen, ob etwas offen oder in Bewegung ist, beispielsweise um den Offen-/Geschlossen-Zustand eines Zylinders zu erkennen oder um die Sicherheit von Türen und Fenstern zu überwachen. Das Glasgehäuse des Reed-Schalters ermöglicht den Einsatz in nahezu jeder Umgebung. Im normalerweise geöffneten Zustand verbraucht es keinen Strom. Die magnetische Steuerungsmethode gewährleistet einen nahezu verlustfreien Betrieb und ermöglicht Milliarden von Schaltkreisöffnungs- und -schließvorgängen. Infolgedessen haben Reed-Schalter schnell Anwendungen in Prüf- und Messgeräten, Sicherheitssystemen und Haushaltsgeräten entwickelt. In Zukunft könnten sie einen bedeutenden Markt für verschiedene Anwendungen haben.
Darüber hinaus können Schalter auch anhand ihrer Funktion klassifiziert werden, einschließlich des zuvor erwähnten Schließerschalters (NO), der in seiner normalen Standardposition keinen Stromfluss durch seine Kontakte zulässt. Wenn der Schalter aktiviert wird (z. B. durch Drücken einer Taste), lässt er Strom fließen. Auf der anderen Seite gibt es den Öffnerschalter (NC), bei dem sich die Kontakte in ihrer normalen Standardposition befinden und den Stromfluss ermöglichen. Bei Aktivierung unterbricht der Schalter die Stromversorgung der Kontakte und verhindert so den Durchgang von Strom. NC-Schalter werden üblicherweise in Not-Aus-Schutzschaltungen verwendet.
Basierend auf dem Prinzip elektromagnetischer Relais, die die Zeit steuern, können Verzögerungsschalter weiter in klanggesteuerte, lichtgesteuerte, berührungsgesteuerte usw. unterteilt werden. Diese werden häufig in Eingabe-/Ausgabe-Berührungsschaltern verwendet, die auf der Kraft eines Metalls basieren Feder zum Verbinden und Trennen des Stromkreises. Wenn der Schalter leicht gedrückt wird, wird der Schalter eingeschaltet, und wenn der Knopf losgelassen wird, wird der Schalter ausgeschaltet. Unabhängig davon, ob Sie einen Mausklick oder einen Touchscreen auf einem Smartphone verwenden, verwenden Sie derzeit einen Berührungsschalter.
Neueste technologische Fortschritte
Die neuesten technologischen Fortschritte in der elektrischen Schalttechnologie konzentrieren sich hauptsächlich auf die Verbesserung des Intelligenzniveaus bei gleichzeitiger kontinuierlicher Weiterentwicklung in den Bereichen Miniaturisierung, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit.
Als Steuerungsterminal, das direkt mit Menschen interagiert, haben Schalter mit der Entwicklung der Internet-of-Things-Technologie (IoT) und künstlicher Intelligenz in puncto Intelligenz rasante Fortschritte gemacht. Touchscreens und Programmierbarkeit sind häufiger geworden, was den Interaktionsprozess der manuellen Steuerung reibungsloser macht. In Kombination mit Fernüberwachungstechnologie und KI können Benutzer den Status elektrischer Schalter in Echtzeit überwachen und steuern und durch Programmierung eine personalisierte Steuerung von Smart-Home-Geräten erreichen. Smart-Home-Systeme kann die Lebensgewohnheiten und die Kontrolle der Benutzer erlernen intelligente Schalter um Funktionen wie Klimaanlage oder Beleuchtung zu automatisieren.
Neue Arten von Schaltern können an komplexe Stromnetze und Industriesysteme angepasst werden und ermöglichen durch die Integration von Technologien wie Hochspannungsgleichstrom (HGÜ) eine effizientere Energienutzung. Digitale Schutzschalter können die Sicherheit von Elektrogeräten erhöhen. Praktische, fortschrittliche Materialien ermöglichen einen geringen Stromverbrauch sowie umweltfreundliche und nachhaltige Designs. Es wird erwartet, dass mit der Popularisierung von Smart Homes der Markt für intelligente Schalter schrittweise wachsen wird.
Größe des Marktes
Als wesentliche Steuerungskomponente im Elektronikbereich nehmen Schalter eine bedeutende Marktgröße ein. Laut Präzedenzforschung erreichte der weltweite Markt für elektrische Schalter im Jahr 14.1 2022 Milliarden US-Dollar und wird bis 23.8 voraussichtlich rund 2032 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5.37 % im Prognosezeitraum von 2023 bis 2032.
Laut Dataintelo wird der weltweite Markt für intelligente Schalter in bestimmten Segmenten voraussichtlich von 1.02 Milliarden US-Dollar im Jahr 2017 auf 2.48 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 10.5 % von 2017 bis 2030. Das Wachstum des Marktes ist auf den Anstieg zurückzuführen Nachfrage nach Smart-Home-Geräten, wachsendes Bewusstsein für Energieeinsparung und die zunehmende Verbreitung des Internets der Dinge (IoT) in Wohn- und Gewerbeanwendungen.
Allerdings könnten hohe Installationskosten und ein Mangel an technischem Fachwissen das Marktwachstum im Prognosezeitraum bremsen. Es wird erwartet, dass der weltweite Markt für Reed-Schalter bis 1427.05 2028 Millionen US-Dollar erreichen wird, gegenüber 888.7 Millionen US-Dollar im Jahr 2021, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7 % im Prognosezeitraum (2021–2028). Dieses Wachstum wird durch die steigende Nachfrage nach Reed-Schaltern in verschiedenen Automobilanwendungen wie Airbag-Sensoren und Tempomatsystemen, das wachsende Bedürfnis nach Sicherheit und Schutz sowie die hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit dieser Produkte in rauen Umgebungen wie extremer Kälte oder Hitze vorangetrieben.
Auswahlempfehlungen
Nachdem Sie das Grundwissen über elektrische Schalter verstanden haben, ist es dennoch wichtig, bei der Auswahl elektrischer Schalter auf bestimmte Parameter zu achten, um die Kompatibilität mit Ihrer spezifischen Anwendung sicherzustellen. Zu den Hauptparametern elektrischer Schalter gehören:
- Nennspannung: Bezieht sich auf die sichere Spannung, die für den Schalter im Normalbetrieb zulässig ist.
- Nennstrom: Gibt den maximalen sicheren Strom an, der beim Einschalten durch den Schalter fließen darf. Bei Überschreitung dieses Wertes kann es zu Lichtbögen zwischen den beiden Kontakten kommen.
- Isolationswiderstand: Bezieht sich auf den Widerstandswert zwischen dem Leiter und den Isolationsteilen des Schalters. Der Isolationswiderstandswert sollte über 100 MΩ liegen.
- Kontakt Widerstand: Bezieht sich auf den Widerstandswert zwischen jedem Kontaktpaar, wenn sich der Schalter im geöffneten Zustand befindet. Im Allgemeinen muss er unter 0.1–0.5 Ω liegen, ein kleinerer Wert wird bevorzugt.
- Spannung standhalten: Gibt die maximale Spannung an, der der Schalter zwischen Leiter und Erde standhalten kann
- Auf Lebenszeit: Bezieht sich auf die Häufigkeit, mit der der Schalter unter normalen Arbeitsbedingungen betätigt werden kann. Im Allgemeinen muss es etwa 5,000 bis 35,000 Mal sein.
- Kompatibilität: Stellen Sie die Kompatibilität zwischen dem Switch und der vorhandenen Schaltkreisumgebung sicher.
- Sicherheitszertifizierung: Bei der Herstellung und dem Kauf von Schaltern ist es wichtig, Produkte auszuwählen, die entsprechende Sicherheitszertifizierungen durchlaufen haben, darunter die Norm IEC 60669-1:2017 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) und die internationale Norm IEC 60947-3 für Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte :2018, die internationale Norm für die elektrische und thermische Koordination elektrischer Geräte. IEC 61140:2016, die allgemeine Norm für elektrische Schalter, veröffentlicht von den Underwriters Laboratories (UL). UL 61058-1, die europäische Norm EN 60669-1, die chinesische nationale Norm GB 16915.1-2017 und der japanische Industriestandard JIS C 4520-1:2014 usw. Bitte beachten Sie auch die Richtlinienanforderungen Ihrer Region.
Zusammenfassung
Elektrische Schalter sind entscheidende Komponenten für die Steuerung des Betriebs von Energiesystemen. Dieser Artikel bietet einen Überblick über das Grundwissen, gängige Typen, aktuelle Forschungsergebnisse, Marktgröße und Auswahlempfehlungen für Schalter. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihr Verständnis für diese wichtige Komponente erweitern kann, so wie ein Schalter einen Stromkreis öffnet.
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