I progettisti o i progettisti di alimentatori CA/CC per l'automazione industriale, degli impianti, degli edifici e dei processi, la generazione e distribuzione di energia, le infrastrutture e le applicazioni di dati e telecomunicazioni devono affrontare numerose sfide elettriche, fisiche, di implementazione, manutenzione, sicurezza e conformità. Tuttavia, molte di queste difficoltà possono essere superate selezionando attentamente un alimentatore per guida DIN disponibile in commercio e fusibili progettati per le applicazioni di cui sopra.
Questo documento fornisce una breve panoramica delle difficoltà incontrate nell’utilizzo di questi prodotti. Vengono quindi descritti gli alimentatori AC/DC e DC/DC montati su guida DIN di RECOM Power e la linea di prodotti assortiti di fusibili. Questi prodotti consentono un'alimentazione CC di livello industriale affidabile e sicura.
Sfide con gli alimentatori industriali
L'alimentatore per applicazioni industriali deve soddisfare i seguenti requisiti: struttura compatta, in grado di adottare vari ingressi CA trifase o CC ad alta tensione, alta efficienza, conformità a molti requisiti normativi, supporto del funzionamento in parallelo per ridondanza, potenti funzioni di protezione dell'utente e del sistema. Inoltre, tali alimentatori devono soddisfare le specifiche prestazionali in un ampio intervallo di temperature con solo raffreddamento passivo, essere robusti, avere un tempo medio di guasto (MTBF) lungo ed essere convenienti in termini di implementazione e manutenzione.
Le condizioni operative richieste per queste applicazioni precludono la fattibilità di progetti personalizzati e specifiche di contorno, e sono preferibili alimentatori e fusibili montati su guida DIN. Le difficoltà attuali si sono rivolte ad una selezione prudente per ottenere l'ottimizzazione delle applicazioni.
Alimentazione: da confezione
Il ruolo fondamentale degli alimentatori per l'integrità del sistema viene spesso trascurato. Il punto di partenza principale della progettazione di un alimentatore è l'imballaggio, che influisce direttamente sulle sue prestazioni elettriche, meccaniche e termiche in ambiente industriale. Pertanto, nella quasi totalità dei casi, l'alimentatore industriale è progettato per l'installazione su guida DIN standard (Fig. 1).
Armadio elettrico industriale con vari moduli montati su guida DIN
Figura 1: Armadio elettrico industriale con vari moduli montati su guida DIN, facilmente rimovibile dalla parte anteriore e cablabile in qualsiasi momento. Fonte immagine: Hakaday)
Le guide DIN sono fissate sul pannello posteriore o sulla custodia dell'armadio di controllo dell'apparecchiatura. Tutti i moduli elettrici come azionamenti motore, controller di loop, alimentatori, interfacce di segnale, sottosistemi di sicurezza e interfacce di comunicazione sono montati su questa guida e tutti i collegamenti di alimentazione e segnale sono accessibili dalla parte anteriore.
La soluzione su guida DIN contrasta bene con il rack da 19", che è dotato di porte di cablaggio anteriori e posteriori per il collegamento dei moduli. Questo rack è ampiamente utilizzato nella strumentazione di laboratorio e nei sistemi di test/misurazione. Al contrario, le guide DIN sono più comode e pratiche perché spesso è necessario installare un gran numero di moduli in un armadio, il che si traduce in una situazione scomoda a causa dello spazio limitato.
Molti alimentatori CA/CC nelle applicazioni industriali utilizzano ingressi di linea trifase da 320 V CA a 575 V CA e devono fornire una tensione pulita, stabile e resistente ai transitori di 24 V CC o 48 V CC a carichi come i controller dei motori. Inoltre, molte applicazioni odierne richiedono alimentatori CC ad alta tensione da 430 V a 815 V. L'uso di alimentatori CC è ideale per applicazioni di automazione di impianti basati su microreti e soluzioni di energia rinnovabile, comprese apparecchiature per biogas, fotovoltaico ed energia eolica.
Per soddisfare i severi requisiti di alimentazione industriale tramite alimentatore montato su guida DIN, i progettisti possono utilizzare l'alimentatore CA/CC trifase serie RACPRO1 di RECOM Power. Questa serie di alimentatori può essere utilizzata anche per ingressi CC ad alta tensione.
Ad esempio, RAC1-T240/24, RAC PRO1-T480/24 e RAC PRO1-T960/24 (Figura 2, da sinistra a destra) hanno una potenza di uscita rispettivamente di 240 W, 480 W e 960 W e una tensione di uscita di 24 V. Oltre a queste versioni, sono disponibili versioni con uscita a 48 V, ma per il resto sono identiche. Inoltre, la tensione di uscita nominale dell'alimentatore di serie può essere regolata da 24 V a 28 V e da 48 V a 56 V.
Alimentatori per guida DIN RACPRO1-T240/24 (a sinistra), RACPRO1-T480/24 (al centro) e RACPRO1-T960/24 (a destra) di RECOM Power
Figura 2: Gli alimentatori compatti su guida DIN RACPRO1-T240/24 (a sinistra), RACPRO1-T480/24 (al centro) e RACPRO1-T960/24 (a destra) forniscono rispettivamente 240 W, 480 W e 960 W. Fonte immagine: RECOM Power)
Una caratteristica importante di questa serie di moduli di potenza è la loro forma compatta. Nello specifico, ciascun modulo di potenza ha una larghezza di 43 mm, 52 mm e 80 mm (1,69", 2,05" e 3,15"). Ciascuno di questi tre moduli ha un'altezza di 135 mm (5,31") e una profondità da 140 mm a 156 mm (da 5,51" a 6,14") a seconda del modello. Una caratteristica importante di questi moduli per installatori e tecnici è l'utilizzo di morsetti a gabbia con connettori a innesto +25° per una rimozione facile e veloce senza la necessità di alcun attrezzo.
La serie RACPRO1 ha un'elevata efficienza, che può ridurre i costi operativi e il riscaldamento elettrico. Pertanto, un radiatore e una superficie di raffreddamento più piccoli possono soddisfare i requisiti di raffreddamento.
Questi alimentatori non necessitano di raffreddamento ad aria forzata tramite ventole o altri sistemi attivi; Un altro vantaggio negli ambienti industriali è l'uso di un design con raffreddamento a convezione completamente naturale. Ogni modulo di potenza è dotato di due condotti di flusso d'aria indipendenti per massimizzare l'effetto stack per il raffreddamento.
Grazie al layout ingegnoso e alla selezione dei dispositivi, la serie realizza dimensioni ridotte ed alta efficienza. L'efficienza dell'alimentatore RACPRO1-T960/24 è del 96%; Le efficienze degli alimentatori RACPRO1-T240/24 e RACPRO1-T480/24 sono rispettivamente del 94,1% e del 95%. Inoltre, sebbene questi alimentatori possano produrre centinaia di watt, richiedono solo circa 1 W senza carico.
Grazie all'eccellente efficienza e al raffreddamento, questi alimentatori possono resistere a temperature di esercizio elevate. L'alimentatore W RACPRO1-T960/24 può fornire potenza di uscita nominale a pieno carico a temperature fino a +60 ° C; L'alimentatore RACPRO1-T240/24 da 240 W funziona a una temperatura leggermente superiore di +70 °C nelle stesse condizioni di uscita.
L'alta temperatura non è l'unico problema da considerare e per molte apparecchiature, come quelle HVAC per esterni, sono anche soggette a freddo estremo. Per eliminare questo effetto, la temperatura operativa nominale dell'alimentatore RACPRO1 è -40°C.
Prestazioni elettriche e funzionamento
Gli alimentatori negli ambienti industriali non devono solo fornire tensioni nominali a una varietà di tensioni di ingresso e carichi diversi, ma hanno anche più funzioni. Altri indicatori di prestazione essenziali includono l'immunità all'elevata tensione di impulso posteriore, una maggiore immunità ai picchi e la capacità di ascensione di potenza:
Quando si alimentano o diseccitano carichi non resistivi come i motori, viene generato un ritorno di corrente (noto anche come alimentazione inversa) che entra nell'uscita dell'alimentatore. L'immunità alla tensione di backflush si riferisce alla capacità dell'alimentatore di resistere alla tensione di backflush. Nell'alimentatore RACPRO1, l'uscita a 24 V ha un'immunità alla tensione di backshoot di 35 V e l'uscita a 48 V ha un'immunità alla tensione di backshoot di 63 V.
Questi alimentatori hanno un'immunità potenziata alle sovratensioni da 6 kV contro le sovratensioni in ingresso sulla rete e sono conformi agli standard normativi e di settore.
Questi alimentatori hanno una capacità di ascesa della potenza per soddisfare la richiesta di carico per un breve periodo fino a superare la potenza di uscita nominale. Ad esempio, l'alimentatore ad alta potenza RACPRO1-T960/24 può aumentare la potenza al 150% per 6 secondi (s), evitando così numerose interruzioni dovute a condizioni di carico transitorio.
Un'altra caratteristica intuitiva degli alimentatori RACPRO1 da 480 W e 960 W è l'uso di semplici strisce LED disposte verticalmente (Figura 3) per indicare la potenza di uscita effettiva dell'alimentatore come percentuale della sua potenza di uscita nominale.