如果你曾在工厂车间的控制柜前待过一段时间，你可能已经注意到，继电器、接触器以及其他自动化设备的控制和供电都使用24伏直流电。自动化行业将24伏直流电作为低压电源和信号传输的标准，但为什么是这个电压？为什么是直流电？是什么让24伏直流电如此特殊，可以应用于如此多的不同领域？在本文中，我们将探讨使用 24 VDC 的不同原因，并将此标准与我们在控制面板中可能遇到的其他电压进行比较。控制柜内的安全不仅操作人员的安全至关重要，就连控制柜内的设备也必须安全。确保这些设备安全的一种方法是使用超低电压（ELV）电压范围。超低电压是指低于 120VDC 或低于 50VAC 的电压。在这个电压范围内，即使有人用身体接触电路，造成触电的可能性也较小。超低电压的分类由 IEC 60038 和英国工程技术学会 (IET) 制定。因此，选择 24VDC 的第一个原因是：它提供了更安全的工作环境。电压降如果你在学校上过电学理论课或者看过相关的在线视频，你很可能了解过欧姆定律，它定义了电压、电流和电阻之间的关系。电压降是指电流流过电阻时电压的损耗，而电缆长度本身就是一个常见的电阻来源。电缆越长，电路中的电阻就越大，因此电压降也就越大。为了降低电缆阻力，我们需要增加电缆的横截面积（本质上就是使用更大直径的电缆），但这成本很高，而且在高弯曲情况下也不实用。另一种方法是提高电压。这样可以降低负载所需的电流（瓦特定律证明了这一点，该定律解释了电压、电流和功率之间的关系），从而降低电压降（欧姆定律证明了这一点）。通过研究，工程师们确定 24 伏是能够满足相对较长电缆线路需求而无需使用大直径电线的完美电压。嘈杂的环境嘈杂的工业环境指的不是可听见的噪音，而是电噪音。任何带有变频器、伺服驱动器或大型接触器的设备都会在电气系统中产生显著的电噪声或电磁干扰。如果您的控制电压较低，例如 5V 直流，这种电噪声可能会导致接收设备将其误判为触发信号。以 24 伏作为控制电平，电噪声不太可能达到足以模拟控制信号的幅度。那么，有人可能会问：“为什么不把控制电压调得更高，这样就能降低它对噪声和电压降的敏感性呢？” 这没错，但是当电压接近不安全的（非极低电压）120VDC 水平时，就会开始面临触电的风险。一个 24V 直流电源连接到继电器板。图片由 Unsplash 提供。为什么选择华盛顿特区？在电力系统中，电压有两种类型：交流电（AC）和直流电（DC）。在交流电系统中，电流方向会在正负极之间切换，而直流电则始终沿一个方向流动，即从正极到负极（传统意义上的直流电）。交流电压的交变频率使其在触电时具有危险性。即使在较低的电压水平下，交流电压也会引起肌肉痉挛或干扰心律。交流电压的另一个问题是，大多数现代控制设备（PLC、VFD 等）都使用半导体器件，而这些器件只能在直流下工作。如果机柜电源是交流电，那么每个控制设备内部都必须配备一个交流-直流转换器，这会增加成本。而直流转换只需进行一次，就能使所有半导体器件受益。出于安全性和设计效率的考虑，直流电压被选为低压控制和信号的行业标准。何时使用交流电虽然直流电是一种标准电压，但这并不意味着交流电就没有用武之地。大负载设备在某些需要控制大负载的情况下，24V直流电会消耗过大的电流，因此需要使用不同的控制电压。一些大型电机接触器正是出于这个原因而使用120V甚至220V交流电。电机控制柜中已经提供了这种电压，因此将其用于这些大型控制是合理的。节省空间和成本使用交流控制电压的另一个原因是控制柜空间不足以容纳电源。主电源需要转换为 24V 直流电，如果物理空间不足以安装电源，则可能需要考虑使用交流接触器。此外，如果没有需要直流电的控制设备，则省略电源而使用交流继电器和电磁阀可能更经济。标准化就像软件或编程语言一样，标准化是成功的关键。电气行业已将控制电压标准化为 24VDC。这意味着您可以从一家中国公司购买 PLC，再从另一家巴西公司购买 I/O 模块，它们都能与 24VDC 兼容。通过标准化，设计师和工程师可以节省时间，因为他们不必再寻找不同的电源或确保使用正确的电压。测量控制柜内接触器两端的电压。图片由 Unsplash 提供。电压：并非任意数字如您所见，我们使用 24 伏电压进行设备信号传输和控制的原因有很多。24 伏直流电使用安全，在嘈杂的环境中也能可靠工作，并且能够远距离传输。虽然有些情况下可能需要使用交流电压，但通常首选的方法是使用控制电压，例如 24V 直流电压。与以往一样，在使用电子元件时，请务必阅读相关文档，并了解您的设备所需的供电电压。
