Guida alla selezione dei connettori industriali: classificazioni IP, meccanismi di blocco e resistenza chimica

Nella scelta dei connettori industriali, i progettisti dei sistemi di distribuzione dell'alimentazione devono considerare specifiche di base come tensione, corrente, temperatura di esercizio e requisiti di resistenza di base agli urti e alle vibrazioni. Devono inoltre tenere conto di fattori come i gradi di protezione dell'ingresso (IP), i meccanismi di blocco, la resistenza agli agenti chimici e alla corrosione e la collegabilità a caldo.

I gradi di protezione IP dei connettori industriali sono progettati per garantire un funzionamento affidabile in condizioni ambientali specifiche. Sono composti da due cifre. La prima cifra indica il livello di protezione contro l'ingresso di oggetti solidi e polvere nel connettore e la seconda cifra rappresenta il grado di protezione contro l'ingresso di liquidi all'interno. Uno «0" in entrambe le posizioni indica che non c'è protezione.

La classificazione più alta nelle classificazioni IP standard è IP69. Le apparecchiature classificate IP69 sono resistenti alla polvere e possono resistere alla pulizia con liquidi e vapore ad alta pressione. Il livello successivo è l'IP68, che è adatto per apparecchiature antipolvere e può resistere all'immersione in acqua fino a 1,5 metri di profondità per un massimo di 30 minuti.

Esempi di connettori con grado di protezione IP68 includono i connettori sigillati e impermeabili Samtec ACR-16 e SBSX-75A di Anderson Power Products. L'ACR-16 è un connettore a 10 pin con una corrente nominale di 11,6 A e l'SBSX-75A ha due pin di alimentazione con una corrente nominale fino a 135 A e fino a quattro pin di segnale. Entrambi i connettori includono anche meccanismi di blocco, sebbene gli stili dei meccanismi di bloccaggio siano diversi (Figura 1).

Figura 1: I connettori ACR-16 (a sinistra) e SBSX-75A (a destra) hanno un grado di protezione ambientale IP68 e meccanismi di blocco (non scalabili). (Immagine: Sager)

Meccanismi di blocco

I connettori bloccati o bloccabili sono progettati per prevenire la disconnessione accidentale e fornire una connessione sicura e affidabile. Sono ampiamente utilizzati in applicazioni automobilistiche, di accumulo di energia, industriali, mediche e di altro tipo. Ad esempio:

La serie ACR-16 è costituita da connettori a baionetta che si bloccano quando vengono accoppiati e attorcigliati. Possono essere collegati e scollegati con un giro di 1/3.

La serie SBSX-75A utilizza chiusure, con chiusure a molla in acciaio inossidabile sui lati che si agganciano saldamente in posizione.

Sono disponibili una serie di altri meccanismi di blocco/blocco, tra cui:

Il bloccaggio a leva è un meccanismo molto comune sui connettori industriali. Può impedire l'apertura del connettore e aumentare la tenuta della connessione. La chiusura push-pull Hirose utilizza chiusure interne nella spina. Quando le due metà vengono premute insieme, queste chiusure si ritraggono e si inseriscono nelle apposite scanalature all'interno della presa. Per disconnetterlo, è necessario schiacciare il corpo del connettore mentre si separano le due metà del connettore.

Il bloccaggio a vite utilizza giunti filettati per migliorare le prestazioni in caso di urti e vibrazioni. Il bloccaggio a vite viene utilizzato sia per i connettori rettangolari che per quelli circolari.

Resistenza chimica e alla corrosione

Anche per i connettori bloccati e sigillati, l'esposizione a idrocarburi e solventi nelle applicazioni di trasporto, industriali e mobili può ridurre il degrado dei materiali di alloggiamento standard. Per queste applicazioni, gli alloggiamenti dei connettori possono essere realizzati con materiali resistenti alla corrosione chimica.

Il policarbonato (PC) ha una buona resistenza chimica agli acidi diluiti, alle soluzioni saline neutre, ai grassi, agli oli e ai detergenti.

Il polibutilentereftalato (PBT) è adatto per applicazioni in cui è prevista l'esposizione a solventi organici, benzina e oli.

La miscela PC/PBT combina le migliori proprietà dei due polimeri, con elevata resistenza chimica, elevate prestazioni agli urti ed eccellente resistenza agli agenti atmosferici.

La serie di connettori SB di Anderson Power Products offre alloggiamenti resistenti agli agenti chimici che utilizzano una miscela PC/PBT. Questi connettori hanno una corrente nominale fino a 280 A, un intervallo di temperatura di esercizio esteso da -40 °C a 105 °C e un grado di protezione ambientale IP64 (Figura 2).

Figura 2: L'alloggiamento di questo connettore di alimentazione è costituito da una miscela PC/PBT e presenta un'elevata resistenza chimica. (Immagine: Anderson Power Products)

Collegabilità a caldo

I sistemi modulari possono migliorare l'affidabilità utilizzando connettori inseribili a caldo. In altri casi, i connettori a spina di servizio (noti anche come connettori a freddo) sono necessari per disconnettere i circuiti e garantire la sicurezza dei lavoratori nelle aree ad alta tensione.

La funzionalità hot pluggability supporta l'inserimento e la rimozione di connettori sotto tensione per massimizzare la disponibilità del sistema. Sono disponibili due configurazioni hot-plug:

Sequenza prematoria o make-first/break-last dei contatti in modo che si innestino prima dei contatti di alimentazione principali. Il premating viene utilizzato per prevenire sovracorrenti, cortocircuiti e guasti a terra.

Postmating o make-last/break-first sequenzia i contatti utilizzati per le posizioni del segnale o dell'alimentazione ausiliaria per garantire che la comunicazione non si avvii o che i circuiti di alimentazione non si accendano finché i contatti di alimentazione non sono completamente inseriti.

I connettori Powerpole di Anderson Power Products hanno una potenza nominale di 600 V, con una corrente fino a 350 A e dispongono di una funzione di preconnessione. Il sistema di contatto a pulizia piatta ha una grande forza normale e un'ampia area conduttiva per ridurre al minimo la resistenza di contatto. La punta sacrificale limita i danni alle superfici non conduttive quando viene collegata o rotta sotto carico. Una volta collegato, il design pulente pulisce le superfici di accoppiamento, indipendentemente dal fatto che siano sotto carico o meno.

Collegabilità a freddo

Le applicazioni ad alta tensione (1.500 V+) di solito riguardano più la sicurezza dell'operatore che la durata del sistema. In questi casi, è possibile utilizzare spine di servizio collegabili a freddo per scollegare manualmente l'alimentazione e proteggere l'operatore dall'alta tensione.

La spina di servizio Hirose EM30MSD include terminali di alimentazione da 1.500 V e 200 A e linee di segnale da 250 V e 1 A. Queste linee di segnale vengono interrotte per impedire l'inserimento a caldo quando il meccanismo di bloccaggio a baionetta viene ruotato per disconnettersi. Una volta accoppiato, il sistema di bloccaggio offre anche resistenza agli urti per ridurre al minimo la possibilità di disconnessione accidentale (Figura 3).

Figura 3: Quando il connettore collegabile a freddo EM30MSD è scollegato, le linee di alimentazione e di segnale vengono aperte per proteggere l'operatore. (Immagine: Hirose)

Il design a contatto multipunto riduce la resistenza di contatto. L'alloggiamento in PBT della spina di servizio EM30MSD è resistente agli agenti chimici, ha un grado di protezione IP68 quando è accoppiato ed è adatto per la protezione ambientale.

Quando è scollegata, la parte della presa ha una funzione di protezione delle dita IPX2, che riduce il rischio di scosse elettriche per l'operatore. Il design IPX2 impedisce l'ingresso di oggetti solidi (come le dita) con un diametro superiore a 12,5 mm e una lunghezza superiore a 80 mm.

Configuratore di cavi personalizzato

La selezione dei connettori è un compito importante. Lo stesso vale per la progettazione di assemblaggi di cavi utilizzando questi connettori. Il Custom Cable Configurator di Molex semplifica questo processo.

I progettisti possono utilizzare questo strumento online per progettare rapidamente assemblaggi di cavi personalizzati. Una volta completata la progettazione, lo strumento fornisce disegni concettuali, modelli 3D, campioni e quotazioni di Sager Electronics. Le caratteristiche e le funzioni includono:

Selezione dei connettori di alimentazione e di segnale

Opzioni di cavi con classificazione UL

Supporto per progetti dual-ended e single-ended

Opzioni per raggruppare accessori ed etichette personalizzate

Le funzionalità avanzate includono un configuratore di pinout e disegni e modelli 3D generati automaticamente.

La selezione dei connettori industriali e la progettazione di cavi assemblati in grado di fornire alimentazione, protezione e affidabilità è un processo dettagliato. Implica considerazioni sui gradi di protezione IP dei connettori, sui meccanismi di blocco/blocco e sulla resistenza agli agenti chimici e alla corrosione.