Alimentatori industriali che utilizzano la tecnologia DCL
Un alimentatore è un dispositivo elettrico che fornisce energia a un carico elettrico in diverse condizioni per diversi apparecchi e campi legati all'ingegneria. Tutto ciò che fornisce energia elettrica a qualsiasi circuito è definito come un alimentatore poiché alimenta il circuito.
Gli alimentatori possono essere classificati in tre tipi comuni: alimentatori di regolazione lineare, alimentatori a commutazione e alimentatori non regolati. Esiste anche un altro tipo di alimentazione: l'alimentazione regolata dall'ondulazione. Le fonti d'ingresso come gli alimentatori DC e gli alimentatori AC sono comuni a tutti gli alimentatori. L'alimentatore può pompare diverse tensioni e si può scegliere il tipo di ingresso. Un alimentatore standard comprende un trasformatore, circuiti integrati di regolazione della tensione, diodi raddrizzatori, filtri e altri componenti. La figura 1 mostra uno schema a blocchi di un alimentatore a commutazione monofase AC-DC (SMPS).
Gli alimentatori industriali (AC-DC, AC-AC, DC-AC, o DC-DC) alimentano le industrie, comprese le conversioni di energia eolica, i sistemi di alimentazione ininterrotta (UPS) e gli azionamenti dei motori elettrici, tra gli altri. Questi sono estremamente più potenti rispetto agli alimentatori da laboratorio, che possono offrire 30 volt al massimo. Al contrario, gli alimentatori industriali forniscono una potenza più consistente di 100 Watt e anche di più. L'efficienza è la chiave nei processi di produzione avanzati, insieme alle prestazioni elevate. Per maggiori informazioni sull'alimentazione industriale, clicca qui.
La sovratensione, l'alta corrente di spunto, la sovracorrente, la protezione termica e il blocco sottotensione sono essenziali in tali applicazioni per questi alimentatori. Una tecnica di controllo di limitazione dinamica della corrente (DCL) è utilizzata per proteggere gli alimentatori da specifici guasti di sovracorrente. Questo articolo si focalizza sull'alimentazione industriale integrata DCL, i suoi vantaggi e alcune applicazioni.
Figura 1: Schema a blocchi monofase AC-DC SMPS
La tecnologia DCL e i suoi vantaggi
Il concetto di DCL è tratto da un circuito di limite di corrente dinamico che definisce con precisione i suoi limiti superiore e inferiore. Il circuito assicura un comodo controllo dei limiti di corrente superiore e inferiore. Il limite normale di modulazione di frequenza degli impulsi (PFM) corrisponde al limite di corrente inferiore, e il limite di modulazione di larghezza degli impulsi (PWM) corrisponde al limite di corrente superiore. Tale implementazione offre molteplici benefici, come la realizzazione di un limite di corrente di picco senza errori nelle modalità di riposo dinamico e sincrono. Il limite di corrente dinamico di riposo di uno schema accuratamente progettato offre un'eccellente risposta transitoria del carico.
Gli alimentatori di fascia alta devono funzionare in modo affidabile ed efficiente, anche in ambienti industriali difficili. Tali prestazioni richiedono riserve di potenza adeguate, temperature estreme, schermatura ottimale contro i transitori di tensione, vibrazioni e lunga durata. Gli alimentatori industriali integrati con tecnologia DCL, con il loro resistente livello di ingresso di rete, sono immuni alle influenze meccaniche. Un funzionamento affidabile è quindi garantito anche in condizioni ostili come negli impianti eolici. La tecnologia DCL assicura un'alta riserva di impulsi 24 ore su 24, 7 giorni su 7. La gamma dinamica che ne deriva può essere impiegata per far scattare gli interruttori o avviare i motori potenti. Per esempio, circa il 300% di riserva di potenza è disponibile durante la coppia di avviamento di un motore per circa 100 ms e il 150% per circa 5 secondi. Anche il 600% può essere usato per 15 ms per un intervento affidabile degli interruttori di linea.
Questa tecnologia migliora le prestazioni delle applicazioni a spunto elevato come lo scatto degli interruttori a valle e permette all'alimentatore di gestire una corrente di spunto elevata per un breve periodo o una corrente di spunto media per un periodo prolungato. Può configurare parametri di spegnimento o cortocircuiti continui. Il 2466920000 della serie PROtop di Weidmuller è un ottimo esempio di un alimentatore di fascia alta efficiente e affidabile, in grado di funzionare anche in ambienti industriali difficili. Il prodotto ha un'elevata riserva di potenza e una lunga durata di vita. Offre una protezione ottimale contro condizioni di temperatura estreme, sovratensione e vibrazioni. Per maggiori informazioni sulla gamma di alimentatori industriali con DCL, clicca qui
Figura 2: Alimentatore su guida DIN AC/DC Serie 2466920000 PRO TOP1, 1 uscita, 960 W, 48 V, 20 A
Applicazione
Adesso affronteremo alcune applicazioni in cui il ruolo di un alimentatore con DCL può essere facilmente compreso.
Avviamento di motori a corrente continua
I macchinari di produzione devono essere affidabili in situazioni difficili. Un ottimo esempio è quando il motore a corrente continua viene acceso per un evento standard del processo di azionamento industriale. Un tipico funzionamento del motore a corrente continua è caratterizzato da alte correnti di avviamento o di spunto, determinate dall'applicazione, che spesso superano il pieno carico nominale. La maggior parte degli alimentatori DC non sono in grado di offrire questa potenza extra per gestire le correnti di spunto. La soluzione standard a tale problema prevedeva l'uso di un alimentatore sovradimensionato per sostenere tali correnti di spunto, il quale offre una protezione affidabile per evitare una caduta di tensione (quando il motore si avvia) a tutti gli altri carichi collegati all'alimentatore. L'uso di un alimentatore sovradimensionato, tuttavia, comporta alcuni svantaggi. Oltre al costo aggiuntivo, un alimentatore sovradimensionato aumenta l'ingombro - un probabile problema per gli armadi compatti dei pannelli di controllo.
Figura 3: Il limite di corrente dinamico del PROtop fa scattare magneticamente un interruttore a valle (colonna grigia nel grafico precedente), alimenta i motori DC con corrente di spunto (linea bianca nel grafico precedente) e mantiene la tensione agli altri carichi.
Una soluzione alternativa è quella di utilizzare un alimentatore DC simile alla tecnologia DCL incorporata PROtop, che assicura una tensione di uscita persistente anche se il carico richiede sei volte la corrente nominale (per un breve periodo), o il 130% della corrente nominale (continuamente), o qualsiasi valore entro questi limiti. L'affidabilità della macchina è garantita dall'elevata riserva di impulsi necessaria per avviare il motore. L'alimentatore PROtop, in caso di correnti di spunto, possiede elevate riserve di energia, limitate nella potenza trasportata al carico (quadrato della corrente elettrica x tempo), ma non limitate nel tempo. Ciò significa che carichi diversi o motori con curve dissimili richiederanno la loro rispettiva corrente di spunto e l'alimentatore si regolerà dinamicamente per soddisfare ogni richiesta.
Protezione del circuito durante il guasto di cortocircuito
Un altro problema da risolvere è l'attivazione degli interruttori nelle linee DC. In caso di cortocircuito in qualsiasi punto della rete di alimentazione DC, i circuiti di protezione interromperanno tutta l'alimentazione alla linea difettosa, salvando così il dispositivo collegato alle linee protette. Tuttavia, perché questi circuiti di protezione funzionino correttamente, è necessaria una certa potenza extra per un breve periodo. La maggior parte degli alimentatori non è in grado di fornire tale riserva di potenza extra. La soluzione tradizionale consisteva nell’installare un alimentatore più grande. Tuttavia, il sovradimensionamento di qualsiasi alimentatore aumenta l'ingombro dell'armadio elettrico e aumenta il costo totale. Al contrario, la tecnologia DCL di un alimentatore industriale PROtop mantiene una tensione di uscita costante anche se quel carico ha bisogno di sei volte la corrente nominale (per un breve periodo), il 130% della corrente nominale continua, o qualsiasi altro valore entro questi limiti.
Durante un cortocircuito, la tecnologia DCL può sostenere il funzionamento dell'alimentazione anche se il cortocircuito danneggia il sistema di automazione. Il limite dell’alimentatore descrive l'energia immagazzinata nei condensatori interni e nei trasformatori. Supponiamo che una tecnologia DCL permetta all'alimentatore PROtop di impiegare tutta la corrente disponibile se un ramo DC richiede una corrente elevata. Questa condizione perdura per alcuni millisecondi per fornire tempo ed energia sufficienti a proteggere le responsabilità operative della linea danneggiata. L'alimentazione ritornerà alla corrente nominale se la linea non è protetta o si spegne a seconda della scelta dell'utente.
