Teollisuuden virtalähteet – DIN-kisko, DC/DC ja UPS

Miten hakkurivirtalähde toimii?

Lähes kaikki sähkökaappien virtalähteet ovat nykyään hakkurityyppisiä. Verkkojännite tasasuunnataan ja pilkotaan sitten suurella taajuudella, minkä ansiosta muuntaja voi olla pieni. Sen jälkeen jännite tasasuunnataan ja suodatetaan uudelleen, ja säädin pitää lähtöjännitteen vakaana.

Muuntaja erottaa lähdön galvaanisesti verkosta, joten 24 V:n puolta voidaan käsitellä pienoisjännitteenä (SELV tai PELV). Yleiseen sähköverkkoon kytkettävien laitteiden on täytettävä standardin EN 61000-3-2 yliaaltorajat, jotka koskevat laitteita 75 W:sta alkaen. Siksi suuremmissa virtalähteissä on tehokertoimen korjaus (PFC).

Kuinka suuren virtalähteen tarvitset?

Laske yhteen kaikkien 24 V:n kuormien virrat: PLC, I/O, anturit, venttiilit, releet ja paneelit. Lisää noin 20–30 % varaa laajennuksille ja viileämmälle käynnille.

Käynnistysvirrat ja tehovara

Kuormat, joissa on suuret tulokondensaattorit, kuten teollisuustietokoneet, ottavat kytkettäessä voimakkaan virtapulssin. DC-moottorit, magneettiventtiilit ja jarrut ottavat käynnistyessään moninkertaisen nimellisvirtansa.

Etsi datalehdeltä kaksi asiaa. Tehovara (boost) tarkoittaa, että virtalähde pystyy antamaan esimerkiksi 150 % nimellistehosta muutaman sekunnin ajan. Ylikuormituskäyttäytyminen ratkaisee loput: vakiovirtarajoitus syöttää täyttä virtaa, kunnes kuorma on käynnistynyt, kun taas virtalähde, joka katkaisee ja yrittää uudelleen (hiccup-tila), ei ehkä koskaan saa suurta kapasitiivista kuormaa käyntiin.

Yksi- vai kolmivaiheinen, ja mikä tulojännitealue?

Muutaman sadan watin tehoon asti yksivaiheinen riittää yleensä. Laaja tulojännitealue, kuten 85–264 V AC, toimii kaikkialla maailmassa, ja monet virtalähteet hyväksyvät myös tasajännitteen.

Suuremmilla tehoilla kolmivaiheinen on yleinen. Se kuormittaa vaiheita tasaisesti, ja 340–550 V AC:n tulojännite kattaa sekä 400 V:n että 480 V:n verkot.

24 V DC on automaation standardi, kun taas 48 V:ia käytetään tietoliikenteessä ja PoE:ssa. Pienissä koteloissa leveys lasketaan 17,5 mm:n moduuleina, ja yhden moduulin levyiset erittäin kapeat virtalähteet sopivat ryhmäkeskuksiin ja kiinteistöautomaatioon.

Hyötysuhde, lämpö ja asennus

480 W:n lähtöteholla ja 94 %:n hyötysuhteella häviöt ovat noin 31 W. 88 %:n hyötysuhteella ne ovat 65 W – kaksi kertaa enemmän lämpöä kaappiin.

Tietyn ympäristön lämpötilan yläpuolella, usein 50–60 °C:ssa, lähtötehoa on alennettava derating-käyrän mukaan. Nyrkkisääntönä elektrolyyttikondensaattorien käyttöikä puolittuu jokaista 10 °C:n nousua kohden.

DIN-kiskovirtalähteet ovat yleensä konvektiojäähdytteisiä. Asenna ne datalehden ilmoittamaan asentoon ja jätä vapaata tilaa ylä- ja alapuolelle. Kyljelleen asennettuna tai taajuusmuuttajan vieressä tehoa voi joutua alentamaan huomattavasti.

Redundanssi ja selektiivisyys – kun syöttö ei saa katketa

Prosessilaitoksissa, vedenpuhdistamoissa ja tunneleissa yhden virtalähteen vika ei saa katkaista syöttöä. Ratkaisu on N+1-redundanssi: kaksi virtalähdettä, joista kumpikin jaksaa kantaa koko kuorman, kytkettyinä redundanssimoduulin kautta. Moduuli erottaa lähdöt diodeilla tai MOSFETeilla (OR-kytkentä), joten vikaantunut virtalähde ei voi vetää ehjää alas. Kytke molempien DC OK -koskettimet, muuten kukaan ei huomaa, kun toinen vikaantuu.

Rinnankytkentä virranjaolla antaa enemmän tehoa, mutta ei varmuutta, jos kuorma tarvitsee jokaisen virtalähteen.

Selektiivisyys tarkoittaa, että vain viallisen piirin sulake laukeaa. B-käyräinen johdonsuojakatkaisija tarvitsee 3–5-kertaisen nimellisvirran lauetakseen välittömästi, C-käyräinen 5–10-kertaisen. 10 A:n virtalähde ei siis koskaan laukaise B6-katkaisijaa nopeasti, ja sillä välin jännite laskee kaikilta kuormilta. Käytä virtalähdettä, joka antaa lyhyen, moninkertaisen virtapulssin, tai elektronisia suojakatkaisijoita jokaiselle lähdölle.

UPS ja puskurimoduulit 24 V DC:lle

Tavallinen virtalähde pitää lähtönsä noin 20 ms sähkökatkon jälkeen. Pidemmät katkokset vaativat jotain lisää:

• Kondensaattoripohjainen puskurimoduuli – huoltovapaa, enintään muutaman sekunnin katkoksiin.
• DC-UPS akulla – ohjain lataa akkua ja kytkee sen käyttöön katkon aikana. Kestää minuutteja tai tunteja, joten PLC tai tietokone ehtii sammua hallitusti.
• AC-UPS (keskeytymätön virransyöttö) – tietokoneille ja laitteille, jotka tarvitsevat 230 tai 115 V AC.

DC/DC-muuntimet ajoneuvoihin, raideliikenteeseen ja puolustukseen

DC/DC-muunnin muuttaa vaihtelevan akkujännitteen vakaaksi, esimerkiksi 24 V:sta 12 V:iin radiota varten.

• Ajoneuvot ja liikkuvat koneet – jännite notkahtaa käynnistyksen aikana ja nousee jyrkästi kuorman irrotessa (load dump), kuten ISO 16750-2 kuvaa. Valitse laaja tulojännitealue, esimerkiksi 9–36 V.
• Erotettu vai erottamaton – galvaanisesti erotettu muunnin katkaisee maasilmukat. Erottamaton on pienempi, mutta sillä on yhteinen miinus akun kanssa.
• Raideliikenne – EN 50155 asettaa vaatimukset lämpötilalle, jännitevaihteluille, katkoksille, tärinälle ja EMC:lle 24, 72 tai 110 V DC:n järjestelmissä.
• Puolustus ja ilmailu – MIL-muuntimet 28 V:lle, suunniteltu kestämään MIL-STD-1275:n (maa-ajoneuvot) ja MIL-STD-704:n (ilma-alukset) transientit, usein pohjalevyjäähdytteisiä.

Mitä hyväksyntöjä tarvitset?

Käyttöesimerkkejä ja yleisiä virheitä

• Tehdas – 24 V PLC:ille, I/O:lle, antureille ja venttiileille.
• Ajoneuvot ja liikkuvat koneet – DC/DC-muuntimet 12 ja 24 V:lle metsäkoneisiin, trukkeihin, linja-autoihin ja hälytysajoneuvoihin.
• Energia ja infrastruktuuri – DC-tuloiset virtalähteet sähköasemilla, DC-UPS pumppaamoissa ja tunneleissa.
• Lääkintätekniikka – IEC 60601-1 -standardin mukaiset virtalähteet.
• Puolustus – MIL-muuntimet ja UPS-laitteet ajoneuvoihin ja aluksiin.

1. Mitoitus vain jatkuvalle kuormalle. Käynnistysvirrat voivat aiheuttaa ylikuorman jokaisella kytkentäkerralla.
2. Tehon alenema unohtuu. 60 °C:n kaapissa oleva virtalähde pystyy antamaan vain osan nimellistehostaan.
3. Rinnankytkentä luullaan redundanssiksi. Ilman redundanssimoduulia ja varaa yksi vika kaataa kaiken.
4. Sulake ei laukea. Tarkista, että virtalähde pystyy antamaan riittävästi virtaa sulakkeen laukaisemiseen.

SCN:n virtalähteet

Toimitamme Mean Wellin ja Mibbon yksi- ja kolmivaiheisia DIN-kiskovirtalähteitä sekä Mean Wellin DC-UPS-ohjaimia. Puolustus-, ilmailu- ja merikäyttöön tarjoamme Enerconin DC/DC-muuntimia, hold-up-moduuleja, AC/DC-virtalähteitä ja UPS-laitteita.

Esimerkkejä valikoimastamme

Usein kysyttyä

Kuinka suuren virtalähteen tarvitsen?

Laske yhteen kaikkien kuormien virrat, huomioi käynnistysvirrat ja lisää 20–30 % varaa. Tarkista, että nimellisarvo pätee kaapin lämpötilassa.

Mikä ero on lineaarisella virtalähteellä ja hakkurivirtalähteellä?

Lineaarinen virtalähde muuttaa ylimääräisen jännitteen lämmöksi. Se on sähköisesti hiljainen mutta hyötysuhteeltaan heikko. Hakkurivirtalähde on pienempi ja hyötysuhteeltaan paljon parempi.

Voiko kaksi virtalähdettä kytkeä rinnan?

Kyllä, jos ne on suunniteltu siihen ja niissä on virranjako. Redundanssiin tarvitaan lisäksi redundanssimoduuli, ja kummankin virtalähteen on jaksettava kantaa koko kuorma yksin.

Mikä ero on DC-UPS:lla ja puskurimoduulilla?

Puskurimoduuli varastoi energiaa kondensaattoreihin ja kattaa enintään muutaman sekunnin katkokset ilman huoltoa. DC-UPS käyttää akkua ja kestää minuutteja tai tunteja, mutta akku on tarkistettava ja vaihdettava.