گواهینامه شمع شارژ استاندارد آمریکا (III) - جزئیات طراحی شمع‌های AC (قسمت جلویی خط ورودی و سر تفنگ خروجی)

از دیدگاه اصول محصول، ایستگاه‌های شارژ AC استاندارد آمریکایی هیچ تفاوتی با استانداردهای ملی و اروپایی ندارند - هر دو به عنوان سوئیچ‌های الکتریکی بزرگ عمل می‌کنند و برق AC را از شبکه به شارژر داخلی (OBC) در خودرو هدایت می‌کنند، که سپس برق AC را به برق DC تبدیل می‌کند تا باتری را شارژ کند.

اگرچه آنها به طور کلی یکسان هستند، اما در مقایسه با استانداردهای ملی و اروپایی، هنوز در بسیاری از جزئیات تفاوت‌های قابل توجهی وجود دارد. در غیر این صورت، فروش مستقیم آنها در ایالات متحده بدون هیچ گونه تغییری بسیار راحت خواهد بود.

(1)

قبل از بحث در مورد خطوط ورودی ایستگاه‌های شارژ AC آمریکای شمالی، ابتدا سیستم ولتاژ شبکه برق AC در ایالات متحده را معرفی می‌کنیم.

سیستم‌های شبکه برق اکثر کشورهای جهان با سیستم‌های اروپایی (استعمار و جنگ) هماهنگ شده‌اند، یعنی ولتاژ معمولی خانگی ۲۲۰ ولت تا ۲۳۰ ولت متناوب ۵۰ هرتز و ولتاژ سه فاز صنعتی ۳۸۰ تا ۴۰۰ ولت متناوب ۵۰ هرتز است. بدیهی است که ولتاژ برق صنعتی سه برابر جذر ولتاژ خانگی - تفاوت بین ولتاژ خط و ولتاژ فاز - است.

سیستم ولتاژ در ایالات متحده منحصر به فرد است، به طوری که ولتاژ اصلی خانگی ۱۲۰ ولت/۲۴۰ ولت ۶۰ هرتز و ولتاژ اصلی صنعتی ۴۸۰ ولت/۲۷۷ ولت متناوب ۶۰ هرتز برای مصارف صنعتی است. ولتاژ مورد استفاده برای مصارف تجاری یا مسکونی با تراکم بالا ۱۲۰ ولت/۲۰۸ ولت متناوب ۶۰ هرتز است، در حالی که برای برخی از صنایع سنگین بزرگ ۳۴۷/۶۰۰ ولت متناوب ۶۰ هرتز است.

آیا شما هم تعجب کرده‌اید که چرا سیستم ولتاژ در ایالات متحده اینقدر آشفته است؟

استفاده از ولتاژ ۱۱۰ ولت از ادیسون سرچشمه گرفته است. ادیسون کسی است که به خاطر اختراع لامپ شناخته شده است. پس از آزمایش‌ها و مقایسه‌های متعدد، او دریافت که لامپ وقتی ولتاژ ۱۱۰ ولت باشد، بالاترین بازده نوری و طولانی‌ترین عمر مفید را دارد. بنابراین، در سال ۱۸۸۲، ادیسون رسماً برق ۱۱۰ ولت DC را در نیروگاه خیابان پرل، اولین نیروگاه تجاری DC در ایالات متحده، به بازار معرفی کرد.

اما همه ما می‌دانیم که جریان مستقیم یک عیب بزرگ دارد و آن اتلاف شدید گرما در طول انتقال در مسافت‌های طولانی است که انرژی الکتریکی زیادی را هدر می‌دهد. نیکولا تسلا برای جلوگیری از اتلاف بیش از حد انرژی در طول انتقال در مسافت‌های طولانی، سیستم جریان متناوب (AC) خود را معرفی کرد. اگرچه جریان متناوب در نهایت جریان مستقیم را شکست داد، اما در آن زمان هزاران وسیله و دستگاه مختص به ۱۱۰ ولت در خانه‌ها و کارخانه‌های آمریکایی نصب شده بود.

تسلا برای تسهیل گذار آرام به دوران جریان متناوب، مصالحه‌ای کرد: او همچنین ولتاژ خانگی جریان متناوب را روی ۱۱۰ ولت تنظیم کرد. این کار نه تنها از سرمایه‌گذاری کاربران فعلی در تجهیزات محافظت می‌کرد، بلکه ترس عموم از جریان متناوب ولتاژ بالا (که در آن زمان تصور می‌شد برای سلامت انسان مضرتر است) را نیز از بین برد.

بنابراین، پذیرش برق ۱۱۰ ولت AC در ایالات متحده، محصول تطبیق با برق ۱۱۰ ولت DC است.

با ظهور عصر برق، مهندسان به تدریج متوجه شدند که در مقایسه با ولتاژ ۲۲۰/۲۴۰ ولت که بعداً در اروپا به کار گرفته شد، سیستم ۱۱۰ ولت در ایالات متحده هنگام انتقال برق پرقدرت تلفات بیشتری داشت و برای جلوگیری از گرم شدن به سیم‌های مسی ضخیم‌تری نیاز داشت. اما اگر به طور جامع به ۲۲۰ ولت متناوب ارتقا دهیم، هزینه آن بسیار زیاد است. لوازم خانگی، پریزها، فیوزها و حتی کل شبکه توزیع شهری در میلیون‌ها خانوار در سراسر ایالات متحده، همگی بر اساس ۱۱۰ ولت طراحی شده‌اند.

به همین دلیل، مهندسان برق در ایالات متحده یک «روش خاک» بسیار هوشمند - فناوری فاز تقسیم‌شده - اختراع کرده‌اند.

بین سیم فاز و سیم نول در وسط، ولتاژی با ولتاژ ۱۱۰/۱۲۰ ولت تشکیل می‌شود که به‌طور خاص برای لوازم خانگی کوچک مانند تلفن‌های همراه، تلویزیون‌ها و لامپ‌ها طراحی شده است (ایمن است و هنگام لمس داغ نمی‌شود).

وقتی دو سیم برق‌دار روی هم قرار می‌گیرند، فوراً به ۲۲۰/۲۴۰ ولت تبدیل می‌شوند که به‌طور خاص برای «ببرهای برقی» مانند کولرهای گازی، آبگرمکن‌های برقی و خشک‌کن‌ها (با راندمان بالا و مصرف سیم کم) طراحی شده است.

با درک منشأ ولتاژهای ۱۲۰ ولت متناوب و ۲۴۰ ولت متناوب، منشأ ولتاژ ۲۰۸ ولت متناوب نیز به راحتی قابل درک است. ۲۰۸ ولت ولتاژ خط ۱۲۰ ولت است (سه برابر جذر آن).

(دوم)

پس از آشنایی با سیستم ولتاژ در ایالات متحده، حال نگاهی به ولتاژ ورودی شمع AC آمریکایی می‌اندازیم.

سه نوع ولتاژ برای ایستگاه‌های شارژ AC معمولی که در ایالات متحده استفاده می‌شوند، یعنی ۱۲۰ ولت، ۲۰۸ ولت و ۲۴۰ ولت متناوب وجود دارد. اساساً، تبلیغ شرکت‌های شارژ باتری بر اساس باندهای ولتاژی که پشتیبانی می‌کنند، ۱۱۰ تا ۱۲۰ ولت متناوب یا ۲۰۰ تا ۲۴۰ ولت متناوب، خواهد بود.

لازم به ذکر است که ایستگاه شارژ با ورودی ۲۰۸ ولت نیز ورودی تک فاز دارد، نه ۱۶ کیلووات یا ۲۲ کیلووات، آنطور که ما می‌دانیم شبیه به ورودی سه فاز پنج سیمه اروپایی است. با این حال، ایستگاه‌های شارژ با ورودی سه فاز بسیار کمی در ایالات متحده وجود دارند که در بازار جستجو شده‌اند اما هنوز پیدا نشده‌اند.

در میان آنها، ۱۱۰ تا ۱۲۰ ولت متناوب (Vac) یک اتصال دوشاخه معمولی است که می‌تواند حداکثر جریان ورودی ۱۶ آمپر را پشتیبانی کند.

برای ایستگاه‌های شارژ AC با ورودی ۲۰۰ تا ۲۴۰ ولت AC (۲۰۸ یا ۲۴۰ ولت AC)، انتهای جلویی خط ورودی می‌تواند به شکل یک دوشاخه یا یک ترمینال کابل باشد. سوکت «ولتاژ بالا» با ورودی ۲۴۰ ولت AC در ایالات متحده (شامل چهار سیم: دو سیم فاز، یک سیم نول و یک سیم اتصال به زمین) باید توسط یک برقکار حرفه‌ای تکمیل شود.

ضمناً، سوکت اتصال دوشاخه ورودی ایستگاه شارژ AC با ولتاژ ۲۴۰ ولت متناوب باید با الزامات NEMA14-50 مطابقت داشته باشد. حداکثر جریان عبوری آن ۵۰ آمپر است. طبق الزامات استاندارد نصب برق آمریکا NFPA 70، حداکثر جریان مورد استفاده توسط وسایل برقی نباید از ۸۰٪ سوکت نامی تجاوز کند. بنابراین، حداکثر جریان یک ایستگاه شارژ AC با ورودی ۲۴۰ ولت با دوشاخه فقط می‌تواند به ۴۰ آمپر با توان ۹.۶ کیلووات برسد.

(3)

پس از بحث در مورد الزامات مربوط به سمت ورودی ایستگاه شارژ AC استاندارد آمریکایی، بیایید از حاشیه بگذریم و مستقیماً به سمت خروجی بپردازیم.

قسمت خروجی ایستگاه شارژ ارتباطی بسیار ساده است، فقط نگهدارنده اسلحه و کابل اسلحه که با نگهدارنده اسلحه مطابقت دارد.

اگر در وب‌سایت ایستگاه‌های ارتباطی در ایالات متحده جستجو کنید، متوجه خواهید شد که هر ایستگاه شارژ دو نوع سوکت تفنگ ارائه می‌دهد، یعنی رابط TYPE1 که با SAE J1772 مطابقت دارد و رابط NACS که با Tesla SAE J3400 مطابقت دارد.

جزئیات ساختار و اندازه خاص سر تفنگ و نگهدارنده تفنگ با دو رابط را می‌توان در استانداردهای مربوطه یافت.

از نظر داخلی، هیچ تفاوتی بین رابط NACS تسلا و رابط TYPE1 SAE J 1772 وجود ندارد، هر دو از پنج سیم تشکیل شده‌اند – L/N/PE/CP/PP. البته، طراحی تسلا بسیار هوشمندانه است، زیرا هر دو رابط DC و AC از یک مجموعه هستند.

از نظر بازار شمع ارتباطی آمریکای شمالی، رابط شارژ خروجی در حال گذار از رابط قدیمی TYPE1 به رابط NACS است و در آینده خودروهای بیشتری از رابط‌های تسلا پشتیبانی خواهند کرد. ایستگاه‌های شارژ AC اولیه مجهز به رابط‌های TYPE1 قادر به شارژ NACS جدید نبودند.

البته نیازی به نگرانی زیاد نیست، آداپتورهای زیادی در بازار وجود دارند که می‌توانند به شما کمک کنند.

آداپتورهای سر تفنگی در استاندارد اروپایی IEC 61851-1:2017 اکیداً ممنوع هستند، اما چنین بندهایی در UL 2594 در ایالات متحده یافت نمی‌شوند. طبق قانون ممنوع نیست، فقط مستقیماً از آن استفاده کنید.

این تمام چیزی بود که در مورد ورودی و خروجی‌های ایستگاه شارژ AC استاندارد آمریکایی گفته شد. در مقاله بعدی، جزئیات طراحی «محفظه» را به اشتراک خواهیم گذاشت.