Aumentare l’automazione dei sistemi industriali per ambienti difficili e potenzialmente esplosivi, comprese linee di produzione, sistemi di robotica industriale, infrastrutture energetiche, raffinerie e linee di produzione di semiconduttori. L'alimentatore industriale selezionato dal progettista del sistema non solo dovrà soddisfare i requisiti di potenza di picco elevata e protezione dal riflusso dell'alimentatore, ma soddisferà anche i requisiti di affidabilità, durata, sicurezza, elevata densità di potenza, alta efficienza e vari complessi requisiti di conformità normativa.
Questo articolo illustra le sfide affrontate dai progettisti di sistemi di alimentazione per applicazioni di automazione impegnative. Vengono quindi presentati gli alimentatori su guida DIN per TRACO Power, spiegando come aiutano i progettisti ad affrontare queste sfide.
Le sfide dell'alimentazione industriale
Le apparecchiature e i sistemi elettronici sono esposti ad ambienti industriali difficili per linee di produzione, sistemi di energia rinnovabile, magazzini di distribuzione e impianti di trattamento chimico. Le apparecchiature elettroniche possono essere esposte a temperature estreme, umidità, shock meccanici, interferenze elettromagnetiche (EMI), vibrazioni, polvere, contatto chimico e atmosfere esplosive. Poiché l'elettronica è ampiamente utilizzata nei settori dell'alimentazione, del controllo e del monitoraggio, tutte queste applicazioni devono essere progettate per garantire accuratezza, accuratezza, affidabilità e sicurezza.
L'alimentazione è fondamentale. Essendo il componente principale delle apparecchiature elettroniche industriali, l'alimentatore industriale supporta l'alimentazione regolata CA e CC. La sua uscita deve soddisfare i requisiti di consumo energetico di base delle apparecchiature collegate e deve essere riservato un margine di sicurezza sufficiente. Ad esempio, i sistemi elettromeccanici come motori, pompe e azionamenti per il controllo del movimento richiedono correnti di picco molto elevate all'avvio e gli alimentatori industriali devono essere in grado di fornire queste correnti. In generale, l'alimentatore industriale deve avere anche funzioni di protezione da sovratensione, sovracorrente e surriscaldamento.
L'alimentatore deve avere una buona capacità di regolazione della tensione al variare del carico o della linea e garantire un'elevata efficienza. Ciò è particolarmente importante per gli alimentatori installati in involucri compatti, dove una bassa efficienza può portare a un eccessivo accumulo di calore.
Sono importanti anche le specifiche generali per gli alimentatori industriali. L'alimentatore industriale deve poter essere installato in macchine o quadri elettrici con spazio limitato. Inoltre, le applicazioni industriali richiedono una rapida sostituzione delle apparecchiature difettose, pertanto le apparecchiature devono essere installate in modo da facilitarne la rimozione e la sostituzione. È essenziale che gli alimentatori industriali siano certificati per la sicurezza e la compatibilità elettromagnetica (EMC).
Certificazione per aree pericolose
Le aree pericolose (HazLoc) rappresentano un'area specifica di certificazione. Il National Electrical Code (NEC) definisce un'area pericolosa come un'area in cui la presenza di gas o vapori infiammabili, liquidi infiammabili, polvere infiammabile, fibre infiammabili o lanugine volanti potrebbe comportare un pericolo di incendio o esplosione. Gli alimentatori industriali e altre apparecchiature elettroniche devono essere specificamente certificati per funzionare in un ambiente HazLoc.
Underwriters Laboratories (UL), insieme alla Direttiva sulle apparecchiature per atmosfere esplosive (ATEX) dell'Unione Europea, stabilisce standard di prova per i componenti utilizzati in aree pericolose. Tale certificazione può dimostrare che l'apparecchiatura certificata ha soddisfatto gli standard minimi di sicurezza richiesti per l'uso nell'area pericolosa designata.
La certificazione considera due fattori: il tipo di materia volatile e la probabilità della sua presenza. Il tipo di potenziale esplosivo determina la categoria di certificazione. La Classe 1 comprende vapori e gas infiammabili; La categoria 2 comprende le polveri combustibili, come la farina; La categoria 3 riguarda le fibre combustibili e i volatili (piccoli volumi di particelle combustibili come i tessuti).
La probabilità dell'esistenza di sostanze pericolose volatili determina il tipo di zonizzazione delle aree pericolose. La Divisione 1 copre gli ambienti in cui sono normalmente presenti materiali pericolosi. La Divisione 2 copre gli ambienti in cui i materiali pericolosi non sono normalmente presenti, ma possono essere presenti in determinate condizioni.
Alimentatore industriale per applicazioni HazLoc
L'alimentatore ad alta efficienza serie TIB-EX su guida DIN di TRACO Power (Figura 1) è progettato per ambienti difficili e luoghi pericolosi. La guida DIN è un tipo di guida metallica ampiamente utilizzata per installare apparecchiature di controllo industriale in rack per apparecchiature o quadri elettrici. La serie offre anche opzioni di montaggio laterale per il profilo di montaggio inferiore per soddisfare i requisiti di montaggio a pannello. Questa serie di alimentatori è conforme agli standard di sicurezza UL HazLoc Classe 1, Divisione 2 (C1D2) e ATEX (EN60079-0, EN60079-7 e EN60079-15) ed è certificata EMC.
Alimentatore da guida DIN TIB-EX per TRACO Power
Figura 1: Gli alimentatori per guida DIN serie TIB-EX sono certificati HazLoc C1D2 e EMC, con potenza nominale di 80 W, 120 W, 240 W e 480 W (fonte: TRACO Power)
L'alimentatore HazLoc C1D2 è progettato per il funzionamento sicuro in aree che normalmente contengono gas o vapori infiammabili ma che potrebbero fuoriuscire in caso di condizioni anomale quali perdite, guasti alle apparecchiature o guasti al sistema di ventilazione.
La caratteristica più importante dell'apparecchiatura C1D2 è che non diventerà una fonte di ignizione in condizioni operative normali e accidentali. Tali apparecchiature devono essere progettate in modo da non emettere energia elettrica o calore sufficienti ad accendere un'atmosfera esplosiva volatile. Pertanto, tali apparecchiature non genereranno archi o scintille elettriche durante il normale funzionamento e la struttura dell'involucro può limitare il tasso di ingresso di sostanze pericolose volatili.
Oltre alla certificazione HazLoc, questi alimentatori raffreddati a convettore hanno un'efficienza dall'88% al 95% (a seconda del modello) e possono funzionare a temperature da -40°C a +60°C (pieno carico). Potenza nominale 80 W, 120 W, 240 W e 480 W, tensione di uscita 12 V, 24 V o 48 V, tensione operativa da 85 V CA a 264 V CA, frequenza 50/60 Hz.
L'alimentatore della serie TIB-EX è molto adatto per l'ambiente industriale, con funzioni complete di protezione del funzionamento, inclusa la protezione da sovratensione in uscita e da cortocircuito. All'estremità di ingresso, questa serie di alimentatori può impedire la caduta di tensione della linea di alimentazione, ovvero la tensione scende a meno del 90% del valore nominale, ma non verrà completamente disconnessa. La durata tipica è compresa tra 3 e 10 cicli o tra 50 ms e 167 ms. La serie di alimentatori è conforme alla specifica SEI F47 Sag Immunity.
L'alimentatore TIB-EX resiste anche a sovraccarichi di potenza a breve termine e mantiene l'uscita fino a 4 s con un sovraccarico del 150%. Questa serie è ideale per progetti di sistemi con motori passo-passo, elettrovalvole o attuatori, carichi che generano picchi di corrente elevati all'eccitazione iniziale.
Un altro fenomeno comune negli ambienti industriali è l'energia inversa, in cui carichi come induttori e motoriduttori restituiscono tensione all'alimentatore. Gli alimentatori della serie TIB-EX hanno l'importante funzione di protezione dal riflusso dell'alimentatore per aiutare a prevenire arresti o guasti causati da tali carichi.
L'alimentatore switching mode (SMPS) deve inizialmente caricare i suoi condensatori di ingresso, il che potrebbe provocare correnti di spunto elevate quando l'alimentatore viene collegato per la prima volta alla linea. La maggior parte degli alimentatori SMPS (come la serie TIB-EX) utilizzano limitatori di corrente di picco per controllare questa corrente di picco. Questi alimentatori sono classificati per correnti di picco di 30 A (ingresso 230 V CA), 15 A (115 V CA).
Tutti i modelli segnalano lo stato dell'uscita tramite la chiusura del contatto DC-OK e gli indicatori LED DC-OK sui pannelli anteriore e laterale.
L'alimentatore su guida DIN AC/DC da 80 W TIB 080-12EX (Figura 2) ha una tensione di uscita nominale di 12 V e una corrente massima di 6,7 A. L'alimentatore è compatto nelle dimensioni 3,71" x 1,26" x 4,50 mm".