Zasilacze przemysłowe – na szynę DIN, DC/DC i UPS

Jak działa zasilacz impulsowy?

Niemal każdy zasilacz w szafie sterowniczej jest dziś zasilaczem impulsowym. Napięcie sieci jest prostowane, a następnie kluczowane z wysoką częstotliwością, co pozwala zastosować mały transformator. Potem napięcie jest ponownie prostowane i filtrowane, a układ regulacji utrzymuje stabilne napięcie wyjściowe.

Transformator zapewnia galwaniczną izolację wyjścia od sieci, dzięki czemu strona 24 V może być traktowana jako obwód bardzo niskiego napięcia (SELV lub PELV). Urządzenia zasilane z sieci publicznej muszą spełniać limity harmonicznych z EN 61000-3-2, które obowiązują od 75 W. Dlatego większe zasilacze mają korekcję współczynnika mocy (PFC).

Jakiej wielkości zasilacz jest potrzebny?

Należy zsumować prąd wszystkich odbiorników zasilanych napięciem 24 V: PLC, I/O, czujników, zaworów, przekaźników i paneli. Do tego trzeba dodać ok. 20–30 % zapasu na rozbudowę i pracę w niższej temperaturze.

Prądy załączenia i rezerwa mocy

Odbiorniki z dużymi kondensatorami wejściowymi, takie jak komputery przemysłowe, pobierają przy włączeniu silny impuls prądu. Silniki DC, zawory elektromagnetyczne i hamulce pobierają przy rozruchu prąd kilkukrotnie wyższy od znamionowego.

W karcie katalogowej warto sprawdzić dwie rzeczy. Rezerwa mocy (boost) oznacza, że zasilacz może dostarczać np. 150 % mocy znamionowej przez kilka sekund. O reszcie decyduje zachowanie przy przeciążeniu: ograniczenie prądu na stałym poziomie zasila odbiornik pełnym prądem aż do jego uruchomienia, natomiast zasilacz, który się wyłącza i ponawia próbę (tryb hiccup), może nigdy nie uruchomić dużego obciążenia pojemnościowego.

Jednofazowy czy trójfazowy i jaki zakres napięcia wejściowego?

Poniżej kilkuset watów zwykle wystarcza zasilacz jednofazowy. Szeroki zakres wejściowy, np. 85–264 V AC, sprawdza się na całym świecie, a wiele zasilaczy akceptuje także napięcie stałe.

Przy większej mocy powszechne są zasilacze trójfazowe. Obciążają fazy równomiernie, a wejście 340–550 V AC obejmuje zarówno sieci 400 V, jak i 480 V.

Standardem w automatyce jest 24 V DC, a 48 V stosuje się w telekomunikacji i do PoE. W małych obudowach szerokość liczy się w modułach 17,5 mm, a ultracienkie zasilacze o szerokości od jednego modułu mieszczą się w rozdzielnicach i w automatyce budynkowej.

Sprawność, ciepło i montaż

Przy mocy wyjściowej 480 W i sprawności 94 % straty wynoszą ok. 31 W. Przy sprawności 88 % jest to 65 W – dwa razy więcej ciepła w szafie.

Powyżej określonej temperatury otoczenia, często 50–60 °C, moc wyjściową trzeba obniżać zgodnie z krzywą deratingu. Zgodnie z praktyczną regułą żywotność kondensatorów elektrolitycznych skraca się o połowę przy każdym wzroście temperatury o 10 °C.

Zasilacze na szynę DIN są zwykle chłodzone konwekcyjnie. Należy je montować w pozycji podanej w karcie katalogowej, z wolną przestrzenią powyżej i poniżej. Montaż na boku lub obok falownika może wymagać znacznego obniżenia mocy.

Redundancja i selektywność – gdy zasilanie nie może zawieść

W instalacjach procesowych, oczyszczalniach i tunelach awaria jednego zasilacza nie może przerwać zasilania. Rozwiązaniem jest redundancja N+1: dwa zasilacze, z których każdy może przenieść pełne obciążenie, połączone przez moduł redundancji. Moduł rozdziela wyjścia za pomocą diod lub tranzystorów MOSFET (OR-ing), dzięki czemu uszkodzony zasilacz nie pociągnie za sobą sprawnego. Oba styki DC OK należy podłączyć. W przeciwnym razie nikt nie zauważy awarii jednego z zasilaczy.

Połączenie równoległe z podziałem prądu daje większą moc, ale bez rezerwy, jeśli obciążenie wymaga pracy wszystkich zasilaczy.

Selektywność oznacza, że zadziała tylko zabezpieczenie uszkodzonego obwodu. Wyłącznik nadprądowy o charakterystyce B potrzebuje 3–5-krotności prądu znamionowego, aby zadziałać natychmiast, a o charakterystyce C 5–10-krotności. Zasilacz 10 A nigdy więc nie wyłączy szybko wyłącznika B6, a w tym czasie napięcie spada dla wszystkich odbiorników. Rozwiązaniem jest zasilacz, który dostarcza krótki impuls prądu kilkukrotnie większy od znamionowego, albo elektroniczne wyłączniki nadprądowe na każde wyjście.

UPS i moduły buforowe do 24 V DC

Standardowy zasilacz utrzymuje napięcie wyjściowe przez ok. 20 ms po zaniku zasilania. Dłuższe zaniki wymagają dodatkowych rozwiązań:

• Kondensatorowy moduł buforowy – bezobsługowy, do zaników trwających maksymalnie kilka sekund.
• DC UPS z akumulatorem – sterownik ładuje akumulator i załącza go przy zaniku zasilania. Wystarcza na minuty lub godziny, dzięki czemu PLC lub komputer może się wyłączyć w kontrolowany sposób.
• AC UPS (zasilacz bezprzerwowy) – do komputerów i urządzeń wymagających napięcia 230 lub 115 V AC.

Przetwornice DC/DC do pojazdów, kolei i zastosowań wojskowych

Przetwornica DC/DC zamienia zmienne napięcie akumulatora na stabilne, np. 24 V na 12 V do zasilania radiotelefonu.

• Pojazdy i maszyny mobilne – napięcie spada podczas rozruchu silnika i gwałtownie rośnie przy zrzucie obciążenia (load dump), jak opisano w ISO 16750-2. Należy wybrać szeroki zakres wejściowy, np. 9–36 V.
• Izolowana czy nieizolowana – przetwornica izolowana przerywa pętle masy. Nieizolowana jest mniejsza, ale ma wspólny biegun ujemny z akumulatorem.
• Kolej – EN 50155 określa wymagania dotyczące temperatury, wahań napięcia, przerw w zasilaniu, drgań i EMC przy 24, 72 lub 110 V DC.
• Wojsko i lotnictwo – przetwornice MIL do 28 V, zaprojektowane z uwzględnieniem stanów przejściowych z MIL-STD-1275 (pojazdy lądowe) i MIL-STD-704 (statki powietrzne), często chłodzone przez płytę bazową.

Jakie certyfikaty są potrzebne?

Przykłady zastosowań i częste błędy

• Fabryka – 24 V do PLC, I/O, czujników i zaworów.
• Pojazdy i maszyny mobilne – przetwornice DC/DC 12 i 24 V w maszynach leśnych, wózkach widłowych, autobusach i pojazdach uprzywilejowanych.
• Energetyka i infrastruktura – zasilacze z wejściem DC w podstacjach, DC UPS w przepompowniach i tunelach.
• Technika medyczna – zasilacze zgodne z IEC 60601-1.
• Wojsko – przetwornice MIL i zasilacze UPS do pojazdów i okrętów.

1. Dobór tylko pod obciążenie ciągłe. Prądy załączenia mogą powodować przeciążenie przy każdym włączeniu.
2. Pominięty derating. Zasilacz w szafie o temperaturze 60 °C może dostarczyć tylko część mocy znamionowej.
3. Połączenie równoległe uznane za redundancję. Bez modułu redundancji i rezerwy jedna usterka wyłącza wszystko.
4. Zabezpieczenie nie zadziała. Trzeba sprawdzić, czy zasilacz może dostarczyć prąd wystarczający do zadziałania zabezpieczenia.

Zasilacze w ofercie SCN

Dostarczamy jednofazowe i trójfazowe zasilacze na szynę DIN marek Mean Well i Mibbo oraz sterowniki DC UPS firmy Mean Well. Do zastosowań wojskowych, lotniczych i morskich oferujemy przetwornice DC/DC, moduły podtrzymania, zasilacze AC/DC i zasilacze UPS firmy Enercon.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Jakiej wielkości zasilacz jest potrzebny?

Należy zsumować prąd wszystkich odbiorników, uwzględnić prądy załączenia i dodać 20–30 % zapasu. Trzeba też sprawdzić, czy moc znamionowa obowiązuje w temperaturze panującej w szafie.

Czym różni się zasilacz liniowy od impulsowego?

Zasilacz liniowy zamienia nadmiar napięcia na ciepło. Jest elektrycznie cichy, ale mało sprawny. Zasilacz impulsowy jest mniejszy i znacznie sprawniejszy.

Czy można połączyć dwa zasilacze równolegle?

Tak, jeśli są do tego przystosowane i mają funkcję podziału prądu. Do redundancji potrzebny jest dodatkowo moduł redundancji, a każdy zasilacz musi samodzielnie przenieść pełne obciążenie.

Czym różni się DC UPS od modułu buforowego?

Moduł buforowy magazynuje energię w kondensatorach i bez konserwacji podtrzymuje zasilanie przez maksymalnie kilka sekund. DC UPS korzysta z akumulatora i wystarcza na minuty lub godziny, ale akumulator trzeba kontrolować i wymieniać.