Morsettiere, un utile ripasso

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Composte da un alloggiamento modulare e da un corpo isolato, le morsettiere sono utilizzate per fissare due o più fili (wire) nei sistemi elettrici che richiedono connessioni sicure. Note anche come terminali a vite, connettori terminali o terminali di connessione, le morsettiere mettono a disposizione dei progettisti connessioni semi-permanenti per i fili che permettono di effettuare ispezioni in modo semplice e strutturato o riparazioni direttamente sul campo. Sebbene si tratti di componenti ampiamente utilizzati in un gran numero di applicazioni, è importante disporre di una conoscenza di base delle tipologie di morsettiere e delle relative specifiche prima di effettuare la scelta finale. Gli argomenti trattati in questo articolo, che spaziano dalle principali considerazioni di natura elettrica e meccanica alle valutazioni relative alla sicurezza e molti altri ancora, rappresentano una valida guida per il progettista nel processo di selezione.

Uno sguardo alle tipologie

Tre dei più comuni tipi di morsettiere utilizzati in un progetto sono quelli per montaggio su PCB, a barriera e passante.  Nelle morsettiere per montaggio su scheda PCB i fili nudi vengono inseriti nel modulo dove un morsetto fissa il conduttore nell’alloggiamento.  Quest’ultimo viene quindi saldato alla scheda PCB ed è proprio per questa ragione che morsettiere di questo tipo vengono denominate wire-to-board (filo-scheda). Definite anche morsettiere Eurostyle, sono disponibili in configurazioni a una, due o più righe.

Le morsettiere a barriera sono spesso impiegate in applicazioni dove sono presenti vibrazioni. Esse si distinguono per la presenza di di un terminale a vite in grado di ospitare un filo nudo oppure con un anello o una forcella a una sua estremità. In questo caso il filo viene semplicemente posizionato sulla vite e serrato nell’alloggiamento per consentire un collegamento sicuro. Anche questo tipo di morsettiere è disponibile in configurazioni a singola o a doppia riga.

Utilizzate per le connessioni filo-filo, le morsettiere passanti sono caratterizzate da un ingresso e un’uscita dove due fili separati sono inseriti sui lati opposti dell’alloggiamento per poi essere collegati insieme. Come nel caso delle morsettiere per schede PCB, quelle di tipo passante sono disponibili in configurazioni a riga singola, doppia o multipla.

Principali specifiche elettriche

Anche se è verosimile che un progettista conosca i requisiti complessivi del sistema in termini di tensione e corrente, nel momento in cui  deve decidere quale tipo di morsettiera adottare, vi sono anche i seguenti aspetti da tenere in considerazione durante la fase di progetto:

Corrente nominale: solitamente la specifica più importanti da prendere in considerazione nel progetto delle morsettiere, la corrente nominale deve tener conto di tre aspetti: conduttività dei terminali, sezione trasversale e il relativo incremento del calore. Il surriscaldamento e il conseguente danneggiamento di una morsettiera si può verificare durante il funzionamento con una corrente di intensità troppo elevata, fatto questo che può comportare l’insorgere di problemi in termini di sicurezza. In linea generale, è consigliabile scegliere una morsettiera con una corrente nominale pari ad almeno il 150% della massima corrente prevista per il sistema.

Tensione nominale: come nel caso della corrente nominale, la tensione nominale di una morsettiera deve essere maggiore della tensione massima del sistema e deve tener conto di ogni sovratensione che potrebbe interessare il sistema. Il valore della tensione nominale è in parte determinato dalla rigidità dielettrica e dal passo dell’alloggiamento della morsettiera.

Numero di poli: il numero di poli viene utilizzato per specificare il numero dei singoli circuiti che la morsettiera è in grado di ospitare in funzione delle esigenze della particolare applicazione considerata. Il numero di poli di una morsettiera varia in genere da 1 a 24.

Passo: questo parametro è definito come la distanza tra i centri di due poli successivi e ha solitamente valori pari a 2,54, 3,8, 5 mm e così via. Il passo di una morsettiera viene determinato in base a una valutazione complessiva che tiene conto di diversi fattori tra cui creepage (distanza superficiale), tensione/corrente e clearance (distanza in aria).

Tipo/dimensione del filo: Per garantire che i fili possano essere fisicamente montati nell’alloggiamento della morsettiera, le specifiche delle morsettiere riportano un elenco delle dimensioni o spessori che il modulo è in grado di ospitare, specificati utilizzando il sistema di misura AWG (American Wire Gauge) in vigore in Nord America. In genere ciascuna morsettiera sarà in grado di accettare fili di diverse dimensioni, ad esempio da 26 a 12 AWG. Nella scelta della morsettiera più adatta è necessario tener conto del tipo di filo utilizzato. I fili a nucleo singolo, ad esempio, richiedono morsettiere con connessioni di tipo push-in (a pressione), mentre per i fili intrecciati o a più nuclei la soluzione ideale è rappresentata dai terminali a vite.

Principali caratteristiche meccaniche

Oltre alle specifiche elettriche, vi sono numerosi fattori di natura meccanica che possono influenzare l’ingombro di una morsettiera, il suo orientamento e l’accessibilità delle connessioni all’interno di un progetto. Tra le principali specifiche meccaniche si possono annoverare le seguenti:

Orientamento dell’ingresso del filo: i tre più comuni orientamenti delle morsettiere sono orizzontale, verticale e a 45° (Fig. 1). Gli orientamenti orizzontale e verticale possono essere specificati rispettivamente a 90° e a 180°. La scelta di uno specifico orientamento sarà definita in ultima analisi dalle specifiche di progetto e dalla configurazioni in grado di assicurare le migliori caratteristiche in termini  di accessibilità e di montaggio.

Fig. 1 – I tre più comuni tipi di orientamento di una morsettiere

Metodo di fissaggio del filo: come nel caso dell’orientamento, anche per il fissaggio del filo vengono utilizzate tre differenti metodologie: terminali a vite, a pulsante e a pressione (Fig. 2). Come dice il loro stesso nome, le morsettiere a vite utilizzano appunto una vite che serra un morsetto per fissare il filo nella sua posizione. Nelle morsettiere a pulsante, nel momento in cui viene premuto il pulsante si apre un morsetto a molla in modo da consentire l’inserimento del filo che viene agganciato al conduttore una volta rilasciato il pulsante. Per quanto riguarda le morsettiere a pressione, infine, è prevista l’inserzione diretta dei fili senza ricorre a una vite o a un pulsante per aprire il punto di connessione.

Fig. 2 – I tre metodi più comunemente utilizzati per il fissaggio del filo

Pezzo singolo o a incastro: le morsettiere possono essere realizzate come un unico pezzo (monoblocco) oppure a incastro (Fig. 3). Le morsettiere a incastro sono di solito fornite in versioni con 2 o 3 poli, in modo da garantire al progettista la massima flessibilità per quel che concerne sia il numero di poli, sia la possibilità di mescolare differenti colori dello stesso tipo di modulo semplicemente agganciando tra di loro le singole unità come se fossero i mattoncini di un gioco di costruzioni. I moduli formati da un pezzo unico, come si evince dal nome stesso, contengono tutti i poli nel medesimo alloggiamento. Ciò conferisce doti di maggior rigidità e robustezza nei progetti che prevedono correnti di elevata intensità o alte temperature.

Fig. 3 – Le morsettiere sono disponibili nelle versioni a incastro (a sinistra) e a blocco singolo (a destra)

“Wire-to-Housing” (filo-alloggiamento): come illustrato in questo articolo, i più comuni connettori della morsettiera hanno i fili inseriti direttamente nei loro alloggiamenti. Le morsettiere a innesto (Fig. 4) si propongono come una valida opzione alternativa nei casi in cui sono previste numerose operazioni di connessione/disconnessione dal collegamento principale. Nelle morsettiere di questo tipo i fili vengono inseriti in un alloggiamento modulare dotato di spina che quindi si collega a un alloggiamento fisso che prevede la relativa presa sulla scheda PCB. In questo modo non è più necessario gestire i singoli fili ogni volta che è richiesta una disconnessione.

Fig. 4 –  Esempio di morsettiera a innesto

Valutazioni sulla sicurezza

La maggior parte delle morsettiere sarà sicuramente certificata oppure progettata per garantire la conformità agli standard UL e IEC. Poiché ciascun Ente utilizza uno standard differente al quale una morsettiera deve uniformarsi, i progettisti spesso possono trovano sui datasheet le condizioni limite previste dai due Enti caratterizzate da valori differenti. I progettisti devono quindi conoscere i requisiti di sicurezza complessivi del sistema al fine di selezionare una morsettiera in grado di soddisfarli.

Altre considerazioni di progetto possono includere la personalizzazione del colore dell’alloggiamento della morsettiera o dei pulsanti. Ciò può contribuire a differenziare le varie connessioni della morsettiera in sistemi particolarmente complessi, semplificando la diagnosi dei punti di connessione sul campo.

Considerazioni conclusive

Come illustrato nel corso di questo articolo, le morsettiere sono disponibili in una vasta gamma di forme e dimensioni per soddisfare le esigenze di una molteplicità di connessioni di sistemi elettrici complessi. L’esame delle principali specifiche elettriche e meccaniche e dei differenti tipi di moduli, permette ai progettisti di scegliere la morsettiera più adatta alle loro esigenze. Per semplificare il processo di selezione CUI Devices propone un ampio portafoglio di morsettiere  disponibili in svariati colori e configurazioni.

Ryan Smoot (CUI Devices)

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