Zunehmende Automatisierung industrieller Systeme für raue und potenziell explosive Umgebungen, einschließlich Produktionslinien, Industrierobotiksystemen, Energieinfrastruktur, Raffinerien und Halbleiterfertigungslinien. Das vom Systemdesigner ausgewählte Industrienetzteil muss nicht nur die Anforderungen an hohe Spitzenleistung und den Rückflussschutz der Stromversorgung erfüllen, sondern auch die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, Sicherheit, hohe Leistungsdichte, hohe Effizienz und verschiedene komplexe Compliance-Anforderungen erfüllen.
In diesem Artikel werden die Herausforderungen erörtert, denen sich Energiesystementwickler bei anspruchsvollen Automatisierungsanwendungen gegenübersehen. Anschließend werden die DIN-Schienen-Netzteile für TRACO Power vorgestellt und erklärt, wie sie Designern dabei helfen, diese Herausforderungen zu meistern.
Herausforderungen der industriellen Stromversorgung
Elektronische Geräte und Systeme sind rauen industriellen Umgebungen für Fertigungslinien, Systeme für erneuerbare Energien, Vertriebslager und chemische Verarbeitungsanlagen ausgesetzt. Elektronische Geräte können extremen Temperaturen, Feuchtigkeit, mechanischen Stößen, elektromagnetischen Störungen (EMI), Vibrationen, Staub, chemischem Kontakt und explosiven Atmosphären ausgesetzt sein. Da Elektronik in der Stromversorgung, Steuerung und Überwachung weit verbreitet ist, müssen alle diese Anwendungen so konzipiert sein, dass Genauigkeit, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit gewährleistet sind.
Die Stromversorgung ist entscheidend. Als Kernkomponente industrieller elektronischer Geräte unterstützt die industrielle Stromversorgung eine geregelte AC- und DC-Stromversorgung. Seine Leistung muss den grundlegenden Energieverbrauchsanforderungen der angeschlossenen Geräte entsprechen und es muss ein ausreichender Sicherheitsspielraum vorgesehen sein. Beispielsweise erfordern elektromechanische Systeme wie Motoren, Pumpen und Bewegungssteuerungsantriebe beim Start sehr hohe Spitzenströme, und industrielle Stromversorgungen müssen in der Lage sein, diese Ströme bereitzustellen. Generell muss die Industriestromversorgung auch über Überspannungs-, Überstrom- und Überhitzungsschutzfunktionen verfügen.
Das Netzteil muss über eine gute Spannungsregulierungsfähigkeit bei Last- oder Leitungsänderungen verfügen und einen hohen Wirkungsgrad gewährleisten. Dies ist besonders wichtig für Netzteile, die in kompakten Gehäusen installiert sind, wo ein geringer Wirkungsgrad zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung führen kann.
Wichtig sind auch Rahmenspezifikationen für Industriestromversorgungen. Die Industriestromversorgung muss in Maschinen oder Schaltschränken mit begrenztem Platzangebot eingebaut werden können. Darüber hinaus erfordern industrielle Anwendungen einen schnellen Austausch defekter Geräte. Daher müssen die Geräte so installiert werden, dass der Ausbau und Austausch erleichtert wird. Es ist wichtig, dass Industriestromversorgungen hinsichtlich Sicherheit und elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) zertifiziert sind.
Zertifizierung für Gefahrenbereiche
Gefahrenbereiche (HazLoc) sind ein spezieller Zertifizierungsbereich. Der National Electrical Code (NEC) definiert einen Gefahrenbereich als einen Bereich, in dem die Anwesenheit von brennbaren Gasen oder Dämpfen, brennbaren Flüssigkeiten, brennbarem Staub, brennbaren Fasern oder herumfliegenden Flusen zu einer Brand- oder Explosionsgefahr führen könnte. Industrielle Netzteile und andere elektronische Geräte müssen speziell für den Betrieb in einer HazLoc-Umgebung zertifiziert sein.
Underwriters Laboratories (UL) legt in Verbindung mit der Richtlinie über Geräte für explosionsgefährdete Bereiche (ATEX) der Europäischen Union Prüfnormen für Komponenten fest, die in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden. Eine solche Zertifizierung kann nachweisen, dass die zertifizierte Ausrüstung die relevanten Mindestsicherheitsstandards erfüllt, die für den Einsatz in dem ausgewiesenen Gefahrenbereich erforderlich sind.
Bei der Zertifizierung werden zwei Faktoren berücksichtigt: die Art der flüchtigen Stoffe und die Wahrscheinlichkeit ihres Vorhandenseins. Die Art des potenziellen Sprengstoffs bestimmt die Zertifizierungskategorie. Klasse 1 umfasst brennbare Dämpfe und Gase; Zur Kategorie 2 gehören brennbare Stäube wie Mehl; Kategorie 3 umfasst brennbare Fasern und Flugabfälle (kleine Mengen brennbarer Partikel wie Stoffe).
Die Existenzwahrscheinlichkeit flüchtiger Gefahrstoffe bestimmt die Zoneneinteilung der Gefahrenbereiche. Abteilung 1 umfasst Umgebungen, in denen normalerweise gefährliche Stoffe vorhanden sind. Division 2 deckt Umgebungen ab, in denen gefährliche Stoffe normalerweise nicht vorhanden sind, unter bestimmten Bedingungen jedoch vorhanden sein können.
Industrielle Stromversorgung für HazLoc-Anwendungen
Das hocheffiziente DIN-Schienen-Netzteil der TIB-EX-Serie (Abbildung 1) von TRACO Power ist für raue Umgebungen und Gefahrenbereiche konzipiert. Bei der DIN-Schiene handelt es sich um eine Art Metallschiene, die häufig zur Installation industrieller Steuerungsgeräte in Geräteracks oder Schalttafelschränken verwendet wird. Die Serie bietet auch seitliche Montageoptionen für ein niedrigeres Montageprofil, um den Anforderungen der Schalttafelmontage gerecht zu werden. Diese Netzteilserie entspricht den Sicherheitsstandards UL HazLoc Class 1, Division 2 (C1D2) und ATEX (EN60079-0, EN60079-7 und EN60079-15) und ist EMV-zertifiziert.
TIB-EX DIN-Schienen-Netzteil für TRACO Power
Abbildung 1: DIN-Schienen-Netzteile der TIB-EX-Serie sind HazLoc C1D2-zertifiziert und EMV-zertifiziert und haben eine Nennleistung von 80 W, 120 W, 240 W und 480 W (Quelle: TRACO Power)
Das HazLoc C1D2-Netzteil ist für den sicheren Betrieb in Bereichen konzipiert, die normalerweise brennbare Gase oder Dämpfe enthalten, bei anormalen Bedingungen wie Leckagen, Geräteausfällen oder Lüftungssystemausfällen jedoch austreten können.
Das wichtigste Merkmal von C1D2-Geräten besteht darin, dass sie unter normalen und zufälligen Betriebsbedingungen nicht zu einer Zündquelle werden. Solche Geräte müssen so konstruiert sein, dass sie weder elektrische Energie noch Wärme abgeben, die ausreicht, um eine flüchtige explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. Daher erzeugen solche Geräte im Normalbetrieb keinen Lichtbogen oder elektrischen Funken, und die Gehäusestruktur kann die Eintrittsrate flüchtiger Gefahrstoffe begrenzen.
Zusätzlich zur HazLoc-Zertifizierung verfügen diese konvektorgekühlten Netzteile über einen Wirkungsgrad von 88 % bis 95 % (je nach Modell) und können bei Temperaturen von -40 °C bis +60 °C (Volllast) betrieben werden. Nennleistung 80 W, 120 W, 240 W und 480 W, Ausgangsspannung 12 V, 24 V oder 48 V, Betriebsspannung 85 VAC bis 264 VAC, Frequenz 50/60 Hz.
Das Netzteil der TIB-EX-Serie eignet sich sehr gut für industrielle Umgebungen und verfügt über umfassende Betriebsschutzfunktionen, einschließlich Ausgangsüberspannungs- und Kurzschlussschutz. Auf der Eingangsseite kann diese Netzteilserie den Spannungsabfall der Stromleitung verhindern, d. h. die Spannung sinkt auf weniger als 90 % des Nennwertes, es erfolgt jedoch keine vollständige Abschaltung. Die typische Dauer beträgt 3 bis 10 Zyklen oder 50 ms bis 167 ms. Die Netzteilserie entspricht der SEI F47 Sag Immunity Specification.
Das TIB-EX-Netzteil widersteht auch kurzzeitigen Stromüberlastungen und hält die Leistung bis zu 4 s lang bei 150 % Überlast aufrecht. Diese Serie ist ideal für Systemdesigns mit Schrittmotoren, Magnetventilen oder Aktoren – Lasten, die bei der ersten Einspeisung hohe Stromstöße erzeugen.
Ein weiteres häufiges Phänomen in Industrieumgebungen ist die Rückspeisung, bei der Lasten wie Induktoren und Untersetzungsmotoren Spannung in die Stromversorgung zurückspeisen. Netzteile der TIB-EX-Serie verfügen über die wichtige Funktion eines Netzteil-Rückflussschutzes, um Abschaltungen oder Ausfälle durch solche Lasten zu verhindern.
Das Schaltnetzteil (SMPS) muss zunächst seine Eingangskondensatoren aufladen, was zu großen Einschaltströmen führen kann, wenn das Netzteil zum ersten Mal an die Leitung angeschlossen wird. Die meisten SMPS-Netzteile (z. B. die TIB-EX-Serie) verwenden Stoßstrombegrenzer, um diesen Stoßstrom zu kontrollieren. Diese Netzteile sind für Stoßströme von 30 A (230 VAC Eingang) bzw. 15 A (115 VAC) ausgelegt.
Alle Modelle melden den Ausgangsstatus über den DC-OK-Kontaktschluss und die DC-OK-LED-Anzeigen an der Vorder- und Seitenwand.
Das 80-W-AC/DC-DIN-Schienen-Netzteil TIB 080-12EX (Abbildung 2) hat eine Nennausgangsspannung von 12 V und einen maximalen Strom von 6,7 A. Das Netzteil hat eine kompakte Größe von 3,71 x 1,26 x 4,50 mm.