Projektanci lub specyfikatorzy zasilaczy AC/DC do zastosowań w przemyśle, zakładach, budynkach i procesach, wytwarzaniu i dystrybucji energii, infrastrukturze oraz zastosowaniach związanych z przetwarzaniem danych i telekomunikacją stoją przed licznymi wyzwaniami elektrycznymi, fizycznymi, związanymi z wdrażaniem, konserwacją, bezpieczeństwem i zgodnością. Jednakże wiele z tych trudności można przezwyciężyć poprzez ostrożny wybór gotowego zasilacza na szynę DIN i bezpieczników przeznaczonych do powyższych zastosowań.
W artykule przedstawiono krótki przegląd trudności napotykanych podczas korzystania z tych produktów. Następnie opisano zasilacze AC/DC i DC/DC montowane na szynie DIN firmy RECOM Power oraz asortyment bezpieczników. Produkty te umożliwiają niezawodne i bezpieczne zasilanie prądem stałym klasy przemysłowej.
Wyzwania związane z zasilaczami przemysłowymi
Zasilacz do zastosowań przemysłowych musi spełniać następujące wymagania: zwarta konstrukcja, możliwość przyjęcia różnych trójfazowych wejść prądu przemiennego lub wysokiego napięcia prądu stałego, wysoka wydajność, zgodność z wieloma wymogami regulacyjnymi, obsługa pracy równoległej w celu zapewnienia redundancji, wydajne funkcje ochrony użytkownika i systemu. Ponadto takie zasilacze muszą spełniać specyfikacje wydajności w szerokim zakresie temperatur przy jedynie pasywnym chłodzeniu, być wytrzymałe, charakteryzować się długim średnim czasem do awarii (MTBF) oraz być opłacalne we wdrażaniu i konserwacji.
Warunki pracy wymagane w tych zastosowaniach wykluczają możliwość tworzenia niestandardowych projektów i specyfikacji ogólnych, dlatego preferowane są zasilacze i bezpieczniki montowane na szynie DIN. Obecne trudności zmieniły się w ostrożną selekcję w celu osiągnięcia optymalizacji aplikacji.
Zasilanie: z opakowania
Często pomija się kluczową rolę zasilaczy w integralności systemu. Podstawowym punktem wyjścia przy projektowaniu zasilacza jest opakowanie, które bezpośrednio wpływa na jego parametry elektryczne, mechaniczne i termiczne w środowisku przemysłowym. Dlatego też zasilacz przemysłowy niemal we wszystkich przypadkach jest przeznaczony do montażu na standardowej szynie DIN (rys. 1).
Przemysłowa szafa sterownicza z różnymi modułami montowana na szynie DIN
Rysunek 1: Przemysłowa szafa sterownicza z różnymi modułami zamontowanymi na szynie DIN, którą można łatwo zdjąć z przodu i w dowolnym momencie okablować. Źródło zdjęcia: Hakaday)
Szyny DIN mocowane są na panelu tylnym lub obudowie szafy sterowniczej urządzenia. Wszystkie moduły elektryczne, takie jak napędy silników, sterowniki pętli, zasilacze, interfejsy sygnałowe, podsystemy bezpieczeństwa i interfejsy komunikacyjne są montowane na tej szynie, a wszystkie połączenia zasilania i sygnału są dostępne od przodu.
Rozwiązanie na szynę DIN dobrze kontrastuje z szafą 19-calową, która jest wyposażona w porty okablowania z przodu i z tyłu do łączenia modułów. Szafa ta jest szeroko stosowana w oprzyrządowaniu laboratoryjnym oraz systemach testowych/pomiarowych. Z kolei szyny DIN są wygodniejsze i praktyczne, ponieważ często trzeba instalować dużą liczbę modułów w szafie, co powoduje niewygodną sytuację związaną z ograniczoną przestrzenią.
Wiele zasilaczy AC/DC do zastosowań przemysłowych wykorzystuje trójfazowe wejścia liniowe od 320 VAC do 575 VAC i musi zapewniać czyste, stabilne, odporne na stany przejściowe napięcie 24 VDC lub 48 VDC do obciążeń takich jak sterowniki silników. Ponadto wiele współczesnych zastosowań wymaga zasilaczy wysokiego napięcia prądu stałego o napięciu od 430 V do 815 V. Zastosowanie zasilaczy prądu stałego jest idealne w zastosowaniach związanych z automatyzacją instalacji opartych na mikrosieciach i rozwiązaniach w zakresie energii odnawialnej, w tym w urządzeniach wykorzystujących biogaz, fotowoltaikę i energię wiatrową.
Aby sprostać wymagającym wymaganiom zasilania przemysłowego poprzez zasilacz montowany na szynie DIN, projektanci mogą zastosować trójfazowe zasilacze AC/DC serii RACPRO1 firmy RECOM Power. Ta seria zasilaczy może być również używana do wejść prądu stałego o wysokim napięciu.
Na przykład RAC1-T240/24, RAC PRO1-T480/24 i RAC PRO1-T960/24 (rysunek 2, od lewej do prawej) mają moc wyjściową odpowiednio 240 W, 480 W i 960 W oraz napięcie wyjściowe 24 V. Oprócz tych wersji dostępne są wersje wyjściowe 48 V, ale poza tym są identyczne. Ponadto znamionowe napięcie wyjściowe zasilacza szeregowego można regulować w zakresie od 24 V do 28 V i od 48 V do 56 V.
RACPRO1-T240/24 (po lewej), RACPRO1-T480/24 (po środku) i RACPRO1-T960/24 (po prawej) Zasilacze RECOM Power na szynę DIN
Rysunek 2: Kompaktowe zasilacze RACPRO1-T240/24 (po lewej), RACPRO1-T480/24 (w środku) i RACPRO1-T960/24 (po prawej) na szynę DIN zapewniają odpowiednio 240 W, 480 W i 960 W. Źródło obrazu: RECOM Power)
Ważną cechą tej serii modułów mocy jest ich kompaktowy kształt. W szczególności każdy moduł zasilania ma szerokość 43 mm, 52 mm i 80 mm (1,69”, 2,05” i 3,15”). Każdy z tych trzech modułów ma wysokość 135 mm (5,31”) i głębokość od 140 mm do 156 mm (5,51” do 6,14”), w zależności od modelu. Ważną cechą tych modułów dla instalatorów i techników jest zastosowanie wciskanych zacisków klatkowych ze złączami wciskanymi +25°, umożliwiających szybki i łatwy demontaż bez użycia jakichkolwiek narzędzi.
Seria RACPRO1 charakteryzuje się wysoką wydajnością, co może obniżyć koszty operacyjne i moc ogrzewania. Dlatego mniejszy grzejnik i powierzchnia chłodząca mogą spełnić wymagania dotyczące chłodzenia.
Zasilacze te nie wymagają wymuszonego chłodzenia powietrzem przez wentylatory lub inne aktywne systemy; Kolejną zaletą w środowiskach przemysłowych jest zastosowanie w pełni naturalnej konstrukcji chłodzonej konwekcyjnie. Każdy moduł mocy ma dwa niezależne kanały przepływu powietrza, aby zmaksymalizować „efekt kominowy” podczas chłodzenia.
Dzięki pomysłowemu układowi i doborowi urządzeń seria zapewnia niewielkie rozmiary i wysoką wydajność. Sprawność zasilacza RACPRO1-T960/24 wynosi 96%; Sprawność zasilaczy RACPRO1-T240/24 i RACPRO1-T480/24 wynosi odpowiednio 94,1% i 95%. Ponadto, chociaż te zasilacze mogą generować setki watów, wymagają tylko około 1 W bez obciążenia.
Dzięki doskonałej wydajności i chłodzeniu zasilacze te wytrzymują wysokie temperatury robocze. W Zasilacz RACPRO1-T960/24 może zapewnić znamionową moc wyjściową przy pełnym obciążeniu w temperaturze do +60°C; Zasilacz RACPRO1-T240/24 o mocy 240 W pracuje w nieco wyższej temperaturze +70°C przy tych samych warunkach wyjściowych.
Wysoka temperatura nie jest jedyną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę, a wiele urządzeń, takich jak zewnętrzne urządzenia HVAC, jest również narażonych na ekstremalne zimno. Aby wyeliminować ten efekt, znamionowa temperatura pracy zasilacza RACPRO1 wynosi - 40°C.
Wydajność i funkcja elektryczna
Zasilacze w środowiskach przemysłowych muszą nie tylko zapewniać napięcia nominalne przy różnych napięciach wejściowych i obciążeniach, ale także spełniać więcej funkcji. Inne istotne wskaźniki wydajności obejmują wysoką odporność na napięcie wsteczne, większą odporność na przepięcia i zdolność do wznoszenia mocy:
Podczas zasilania lub odłączania zasilania od obciążeń nierezystancyjnych, takich jak silniki, generowany jest prąd zwrotny (znany również jako zasilanie zwrotne), który jest wprowadzany na wyjście zasilacza. Odporność na napięcie zwrotne odnosi się do zdolności zasilacza do wytrzymania napięcia wstecznego. W zasilaczu RACPRO1 wyjście 24 V jest odporne na napięcie wsteczne 35 V, a wyjście 48 V jest odporne na napięcie wsteczne 63 V.
Zasilacze te mają zwiększoną odporność na przepięcia 6 kV i są zgodne z normami branżowymi i regulacyjnymi.
Zasilacze te mają zdolność zwiększania mocy, aby sprostać zapotrzebowaniu na obciążenie przez krótki czas przekraczający znamionową moc wyjściową. Na przykład zasilacz RACPRO1-T960/24 o dużej mocy może zwiększyć moc do 150% na 6 sekund, unikając w ten sposób wielu przestojów spowodowanych przejściowymi warunkami obciążenia.
Kolejną przyjazną dla użytkownika cechą zasilaczy RACPRO1 o mocy 480 W i 960 W jest zastosowanie prostych, pionowo ułożonych pasków LED (rysunek 3), które wskazują rzeczywistą moc wyjściową zasilacza jako procent jego znamionowej mocy wyjściowej.