Basse tension, courant élevé : le côté électrique des cartouches chauffantes 9 V

Lorsque vous examinez une cartouche chauffante à tête unique de 9 V-, les spécifications thermiques en matière de température et de puissance ne sont qu'une partie de l'image. Les propriétés électriques, qui sont limitées par le besoin fondamental de basse tension, sont tout aussi importantes et déterminent la conception de l'ensemble du système de support. La loi d'Ohm (P=V²/R) n'est pas qu'une théorie ; c'est la loi qui contrôle le fonctionnement de la pièce.

Le principal défi de conception : une très faible résistance

Le principal problème technique est représenté par l'équation P=V²/R. La résistance interne (R) doit être très faible pour que la puissance soit utile à seulement 9 volts. Par exemple:

Un radiateur de 50 W à 9 V a besoin d'une résistance de R=V²/P=81/50=1.62 ohms​ et consomme I=P/V=5.6 ampères.

Un radiateur de 150 W à 9 V n'a besoin que de 0,54 ohms de résistance et consomme beaucoup d'énergie, 16,7 ampères.

En raison de cette très faible résistance, un fil de résistance de calibre-épais (ou des alliages spécifiques à faible-résistivité) et un enroulement précis sont nécessaires pour s'insérer dans une petite gaine sans créer de courts-circuits ou de points chauds. Cela rend le radiateur très différent d'un radiateur haute -tension qui a la même taille et la même puissance.

Effets système : faire fonctionner les choses avec un courant élevé

La basse tension provoque un courant élevé qui affecte tous les domaines du système électrique :

Alimentation et câblage : L’alimentation doit être capable de fournir le courant continu nécessaire sans chute de tension importante. Non seulement la tension, mais également le courant admissible, doivent être pris en compte lors du dimensionnement du câblage et des connecteurs. L'utilisation de fils trop petits (par exemple, 22 AWG pour une charge de 10 A) entraînera une chute dangereuse de la tension et une surchauffe des câbles, ce qui volera l'énergie du radiateur et en fera un risque d'incendie. Vous devez utiliser des câbles courts et épais (16 AWG ou plus).

Changer et contrôler les pièces : le critère de choix du changement. Lorsque vous choisissez un relais, un contacteur ou un-relais statique (SSR), vous devez examiner son courant nominal continu, et non sa tension nominale ou la puissance totale du système. Un radiateur fonctionnant à 9 V et 200 W (22,2 A) consomme plus d'énergie qu'un radiateur fonctionnant à 230 V et 3 000 W (13 A). Les relais statiques CC à faible-courant ou les pièces à courant alternatif-ne sont pas suffisants.

Sensibilité aux chutes de tension : Le système est assez sensible à une résistance supplémentaire. Si le câblage et les connexions perdent ne serait-ce que 0,5 V, la tension aux bornes du chauffage chute de plus de 5,5 %. Cela signifie que la puissance de chauffage est inférieure d'environ 11 % car la puissance de sortie est liée au carré de la tension (P ∝ V²). Il est très important de limiter le nombre de points de connexion et d'utiliser des terminaisons de haute-qualité.

Méthodologie de contrôle :​ L'étape de commutation de puissance doit être effectuée avec beaucoup de soin, même si les algorithmes PID restent les mêmes. La modulation de largeur d'impulsion (PWM) via un MOSFET est le moyen habituel et le plus efficace de le faire pour les systèmes DC. Pour réduire les pertes de commutation et la génération de chaleur, le MOSFET doit avoir une très faible résistance à l'état passant (R_DS(on)). Le circuit de commande doit également prendre en compte la possibilité d'un courant d'appel provoqué par le coefficient de température positif du fil de résistance. Cela peut conduire le courant de démarrage à froid-à être plusieurs fois supérieur au courant de régime permanent-.

Conclusion : un système électrique passe avant tout

Pour réussir l'installation d'une cartouche chauffante 9 V, vous devez comprendre que vous créez un système électrique CC à courant élevé-avec un chauffage comme charge. La conception électrique, qui comprend le calibre des fils, le calibre des connexions, la capacité de l'appareillage de commutation et l'électronique de commande, doit être réalisée avec le même niveau de soin que l'intégration thermique. Si vous ne faites pas attention aux besoins de courant élevés-, le système ne fonctionnera pas aussi bien, des pièces tomberont en panne et la sécurité sera menacée. Les ingénieurs peuvent s’assurer que le radiateur reçoit la puissance stable et forte dont il a besoin pour fonctionner correctement et efficacement en suivant dès le départ les règles de base de l’électricité.