Tăng cường tự động hóa các hệ thống công nghiệp trong môi trường khắc nghiệt và có khả năng gây nổ, bao gồm dây chuyền sản xuất, hệ thống robot công nghiệp, cơ sở hạ tầng năng lượng, nhà máy lọc dầu và dây chuyền sản xuất chất bán dẫn. Bộ nguồn công nghiệp do nhà thiết kế hệ thống lựa chọn không chỉ đáp ứng các yêu cầu về công suất đỉnh cao và bảo vệ dòng điện ngược mà còn đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy, độ bền, an toàn, mật độ công suất cao, hiệu suất cao và các yêu cầu tuân thủ quy định phức tạp khác nhau.
Bài viết này thảo luận về những thách thức mà các nhà thiết kế hệ thống điện phải đối mặt đối với các ứng dụng tự động hóa đòi hỏi khắt khe. Sau đó, bộ nguồn đường ray DIN cho TRACO Power sẽ được trình bày, giải thích cách chúng giúp các nhà thiết kế đáp ứng những thách thức này.
Những thách thức của việc cung cấp điện công nghiệp
Các thiết bị và hệ thống điện tử phải tiếp xúc với môi trường công nghiệp khắc nghiệt dành cho dây chuyền sản xuất, hệ thống năng lượng tái tạo, kho phân phối và cơ sở xử lý hóa chất. Thiết bị điện tử có thể tiếp xúc với nhiệt độ, độ ẩm, sốc cơ học, nhiễu điện từ (EMI), rung, bụi, tiếp xúc hóa học và môi trường dễ cháy nổ. Bởi vì thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi trong năng lượng, điều khiển và giám sát nên tất cả các ứng dụng này phải được thiết kế để đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và an toàn.
Nguồn điện là rất quan trọng. Là thành phần cốt lõi của thiết bị điện tử công nghiệp, bộ nguồn công nghiệp hỗ trợ nguồn điện được điều chỉnh AC và DC. Đầu ra của nó phải đáp ứng các yêu cầu tiêu thụ năng lượng cơ bản của thiết bị được kết nối và phải có đủ giới hạn an toàn. Ví dụ, các hệ thống cơ điện như động cơ, máy bơm và bộ truyền động điều khiển chuyển động yêu cầu dòng điện cực đại rất cao khi khởi động và bộ nguồn công nghiệp phải có khả năng cung cấp những dòng điện này. Nhìn chung, nguồn điện công nghiệp cũng phải có chức năng bảo vệ quá áp, quá dòng và quá nhiệt.
Bộ nguồn phải có khả năng điều chỉnh điện áp tốt khi tải hoặc đường dây thay đổi và đảm bảo hiệu suất cao. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các bộ nguồn được lắp đặt trong các vỏ nhỏ gọn, nơi hiệu suất thấp có thể dẫn đến tích tụ nhiệt quá mức.
Thông số kỹ thuật phác thảo cho nguồn cung cấp năng lượng công nghiệp cũng rất quan trọng. Bộ nguồn công nghiệp phải có khả năng lắp đặt trong các máy móc hoặc tủ điều khiển có không gian hạn chế. Ngoài ra, các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi phải thay thế nhanh chóng các thiết bị bị lỗi nên thiết bị phải được lắp đặt để thuận tiện cho việc tháo lắp và thay thế. Điều cần thiết là các bộ nguồn công nghiệp phải được chứng nhận về độ an toàn và tương thích điện từ (EMC).
Chứng nhận vị trí nguy hiểm
Các vị trí nguy hiểm (HazLoc) là một lĩnh vực chứng nhận cụ thể. Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) định nghĩa vị trí nguy hiểm là khu vực có sự hiện diện của khí hoặc hơi dễ cháy, chất lỏng dễ cháy, bụi dễ cháy, sợi dễ cháy hoặc xơ vải bay có thể dẫn đến nguy cơ cháy hoặc nổ. Nguồn điện công nghiệp và các thiết bị điện tử khác phải được chứng nhận đặc biệt để hoạt động trong môi trường HazLoc.
Phòng thí nghiệm bảo lãnh (UL), kết hợp với Chỉ thị về thiết bị khí quyển nổ (ATEX) của Liên minh Châu Âu, thiết lập các tiêu chuẩn thử nghiệm cho các bộ phận được sử dụng ở những vị trí nguy hiểm. Chứng nhận như vậy có thể chứng minh rằng thiết bị được chứng nhận đã đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn tối thiểu liên quan cần thiết để sử dụng trong khu vực nguy hiểm được chỉ định.
Chứng nhận xem xét hai yếu tố: loại chất dễ bay hơi và khả năng xuất hiện của nó. Loại chất nổ tiềm năng xác định loại chứng nhận. Loại 1 bao gồm hơi và khí dễ cháy; Loại 2 bao gồm bụi dễ cháy, chẳng hạn như bột mì; Loại 3 là sợi dễ cháy và vật bay (một lượng nhỏ các hạt dễ cháy như vải).
Xác suất tồn tại của các chất độc hại dễ bay hơi quyết định loại phân vùng của khu vực nguy hiểm. Phần 1 bao gồm các môi trường thường có vật liệu nguy hiểm. Phần 2 bao gồm các môi trường mà các vật liệu nguy hiểm thường không xuất hiện nhưng có thể xuất hiện trong một số điều kiện nhất định.
Cung cấp năng lượng công nghiệp cho các ứng dụng HazLoc
Bộ nguồn hiệu suất cao dòng DIN Rail TIB-EX của TRACO Power (Hình 1) được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt và những vị trí nguy hiểm. Ray DIN là loại ray kim loại được sử dụng rộng rãi để lắp đặt các thiết bị điều khiển công nghiệp trên giá đỡ thiết bị hoặc tủ bảng điều khiển. Dòng sản phẩm này cũng cung cấp các tùy chọn lắp bên hông cho cấu hình lắp thấp hơn để phù hợp với yêu cầu lắp đặt bảng điều khiển. Loạt bộ nguồn này tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn UL HazLoc Class 1, Division 2 (C1D2) và ATEX (EN60079-0, EN60079-7 và EN60079-15) và được chứng nhận EMC.
Bộ nguồn đường ray TIB-EX DIN cho TRACO Power
Hình 1: Bộ nguồn DIN ray dòng TIB-EX được chứng nhận HazLoc C1D2 và chứng nhận EMC, công suất định mức 80 W, 120 W, 240 W và 480 W (nguồn: TRACO Power)
Bộ nguồn HazLoc C1D2 được thiết kế để vận hành an toàn ở những khu vực thường chứa khí hoặc hơi dễ cháy nhưng có thể thoát ra trong trường hợp có điều kiện bất thường như rò rỉ, hỏng thiết bị hoặc hỏng hệ thống thông gió.
Đặc điểm quan trọng nhất của thiết bị C1D2 là nó sẽ không trở thành nguồn gây cháy trong điều kiện vận hành bình thường và ngẫu nhiên. Thiết bị như vậy phải được thiết kế sao cho không phát ra năng lượng điện hoặc nhiệt đủ để đốt cháy bầu không khí dễ nổ dễ bay hơi. Do đó, thiết bị như vậy sẽ không tạo ra hồ quang hoặc tia lửa điện trong quá trình hoạt động bình thường và cấu trúc vỏ bọc có thể hạn chế tốc độ xâm nhập của các chất độc hại dễ bay hơi.
Ngoài chứng nhận HazLoc, các bộ nguồn làm mát bằng bộ đối lưu này có hiệu suất từ 88% đến 95% (tùy thuộc vào kiểu máy) và có thể hoạt động ở nhiệt độ từ - 40 ° C đến +60 ° C (đầy tải). Công suất định mức 80 W, 120 W, 240 W và 480 W, điện áp đầu ra 12 V, 24 V hoặc 48 V, điện áp hoạt động 85 VAC đến 264 VAC, tần số 50/60 Hz.
Bộ nguồn dòng TIB-EX rất phù hợp với môi trường công nghiệp, có chức năng bảo vệ vận hành toàn diện, bao gồm bảo vệ quá áp đầu ra và bảo vệ ngắn mạch. Ở đầu vào, dãy nguồn điện này có thể ngăn ngừa hiện tượng sụt áp của đường dây điện, tức là điện áp giảm xuống dưới 90% giá trị định mức nhưng sẽ không bị ngắt hoàn toàn. Khoảng thời gian điển hình là từ 3 đến 10 chu kỳ hoặc 50 ms đến 167 ms. Chuỗi bộ nguồn tuân thủ Thông số kỹ thuật miễn dịch SEI F47 Sag.
Bộ nguồn TIB-EX cũng chịu được tình trạng quá tải điện trong thời gian ngắn và duy trì công suất đầu ra lên đến 4 giây ở mức quá tải 150%. Dòng sản phẩm này lý tưởng cho các thiết kế hệ thống có động cơ bước, van điện từ hoặc bộ truyền động - tải tạo ra dòng điện tăng vọt khi cấp điện ban đầu.
Một hiện tượng phổ biến khác trong môi trường công nghiệp là nguồn điện ngược, trong đó các tải như cuộn cảm và động cơ giảm tốc sẽ phản hồi điện áp về nguồn điện. Bộ nguồn dòng TIB-EX có chức năng quan trọng là bảo vệ dòng điện ngược dòng giúp ngăn chặn tình trạng tắt máy hoặc hỏng hóc do tải như vậy gây ra.
Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch (SMPS) ban đầu phải sạc các tụ điện đầu vào của nó, điều này có thể tạo ra dòng điện khởi động lớn khi nguồn điện lần đầu tiên được kết nối với đường dây. Hầu hết các bộ nguồn SMPS (chẳng hạn như dòng TIB-EX) đều sử dụng bộ hạn chế dòng điện đột biến để kiểm soát dòng điện đột biến này. Những nguồn cung cấp này được định mức cho dòng điện đột biến 30 A (đầu vào 230 VAC), 15 A (115 VAC).
Tất cả các model đều báo cáo trạng thái đầu ra thông qua việc đóng tiếp điểm DC-OK và đèn chỉ báo LED DC-OK ở mặt trước và mặt bên.
Bộ nguồn đường ray DIN AC/DC TIB 080-12EX 80 W (Hình 2) có điện áp đầu ra định mức là 12 V và dòng điện tối đa là 6,7 A. Bộ nguồn có kích thước nhỏ gọn 3,71"x 1,26" x 4,50 mm".