Obținerea celor mai bune performanțe de la sursele de alimentare CA la CC în medii abuzive Magna-Power
Introducere
Sursele de curent alternativ la curent continuu pot fi găsite în aplicații în care energia trebuie procesată de la rețeaua de curent alternativ la sarcini care necesită o tensiune sau curent continuu fix sau variabil. În timp ce astfel de echipamente au puține conexiuni de intrare și ieșire, inginerii se luptă frecvent să obțină performanțe fiabile în mediile lor particulare. Problemele dificile pot varia de la calitatea sursei de curent alternativ, constrângerile de răcire, cablarea de control, calitatea aerului sau înțelegerea de către utilizator a produsului de conversie a energiei. Acest articol descrie câteva capcane comune și oferă informații despre cum să obțineți performanțe maxime pentru anumite aplicații.
Calitatea liniei de alimentare
Rețea de curent alternativ
Conectarea unei surse de curent alternativ la curent continuu la rețeaua de alimentare este în mod ciudat o sursă obișnuită de probleme. Tensiunile la nivel mondial variază în diferite părți ale cuvântului, variind de la 200 VAC în Japonia la 696 VAC în Olanda. Frecvența de linie variază, de asemenea, între 50 și 60 Hz, dar cu sursele de comutare de astăzi, frecvența are, în general, un efect redus asupra performanței.
În fiecare an, Magna-Power Electronics primește apeluri de asistență, conform cărora alimentarea cu energie a unui client a eșuat din cauza conexiunii la o tensiune de rețea CA greșită. Citirea etichetei de specificații de pe capacul posterior al sursei de alimentare și măsurarea tensiunii aplicate pot preveni defecțiuni catastrofale și costisitoare.
Calitatea energiei sau puritatea tensiunii aplicate sursei de alimentare pot fi sursa unui comportament surprinzător. Sistemele de distribuție a energiei, cu transformatoare asociate și impedanțe de distribuție, pot produce căderi de tensiune sau supratensiuni cu alte sarcini din rețeaua de alimentare; aceste sarcini pot circula curenți armonici și rezonanțe interesante între componentele inductive și capacitive. Sursele de alimentare industriale cu forme de undă cu 6 impulsuri au componente armonice puternice de 5 și 7. Sursele de energie regenerabile cu echipamentele lor de conversie a puterii pot afecta, de asemenea, tensiunea aplicată unei surse de alimentare.
Armonicile, așa cum s-a descris mai sus, și tranzitorii de tensiune pe rețeaua de curent alternativ pot deteriora capătul frontal al circuitelor de conversie a puterii. Tranzitorii de tensiune pot fi suprimați cu varistori sau alte dispozitive de prindere a tensiunii, dar și aceste dispozitive au limitările lor; pot absorbi doar cantități limitate de energie. Armonicele liniilor electrice pot fi mai distructive, deoarece aceste excursii de tensiune au loc pentru perioade mai lungi de timp. Pentru a depăși aceste tipuri de probleme, Magna-Power Electronics folosește componente frontale nominale la 1600V Această tensiune nominală este suficientă pentru a trece de majoritatea condițiilor liniei de alimentare, cu excepția trăsnetelor.
Rotația de fază este relația de fază a tensiunii de linie a unei surse de alimentare trifazate. Deși există standarde, relațiile de fază în instalațiile industriale pot varia. Cu o fază incorectă, motoarele pot funcționa înapoi și sursele de alimentare care utilizează SCR-urile pot da greș. Echipamentele moderne de procesare a puterii SCR ocolesc problemele circuitului de tragere SCR prin detectarea și corectarea variațiilor de rotație a fazei.
Împământare
Probleme de împământare sunt frecvent întâlnite în instalațiile industriale. Împământarea corectă este slab înțeleasă de mulți antreprenori electrici și, în multe cazuri, pot fi găsite frecvent conexiuni de masă necontigue. Scopul principal pentru împământarea sursei de alimentare este siguranța și suprimarea EMI. Împământarea plasează carcasa de protecție la o diferență de tensiune sigură sau aproape de zero față de orice echipament din jur. Intern la sursa de alimentare, o conexiune la masă este utilizată cu filtre EMI pentru a îndepărta componentele de curent de înaltă frecvență de conexiunile de intrare și ieșire și de a rămâne în limitele carcasei sursei de alimentare.
Prin cod electric și din punct de vedere al siguranței, ar trebui să existe o singură conexiune la pământ; legătura la sol trebuie să se facă la intrarea electrică a clădirii, la locul echipamentului de măsurare. În acest moment, solul și neutrul sunt conectate între ele și o tijă de masă este condusă în pământ. Dacă echipamentul instalației este cablat corect, ar trebui să existe doar un curent mic care curge pe calea solului. În caz de trăsnet, întreaga instalație se ridică la același potențial de tensiune, protejând astfel obiectele sau personalul de diferențiale de tensiune periculoase.
Din păcate, nu toate sistemele de alimentare sunt conectate la cod și o problemă comună este că terenurile utilizate pentru computere și echipamente de instrumentare nu sunt la același potențial de tensiune ca și echipamentele de alimentare. În timp ce sursele de alimentare Magna-Power Electronics încearcă să se adapteze la astfel de condiții, uneori o conexiune la pământ slabă între utilizator și echipamentele de alimentare poate provoca un comportament ciudat de alimentare. Cea mai frecventă problemă este pierderea comunicării între sursa de alimentare și echipamentele de calculator. În cele mai multe cazuri, legăturile între echipamentele de interfață cu utilizatorul și sursa de alimentare corectează această problemă.
Unele aplicații necesită conectarea la circuite de monitorizare sau control externe. Multe surse de alimentare, dacă nu chiar majoritatea, au circuite de eroare și feedback referitoare la bornele de ieșire. Fără o izolare adecvată, cum ar fi izolatoarele optice, buclele de masă se pot dezvolta dacă circuitele externe și sarcina sursei de alimentare sunt împământate. Pot apărea erori de control dacă circuitul extern este împământat și sarcina sursei de alimentare este lăsată plutitoare. În acest caz, EMI condus este direcționat către cablurile de împământare ale circuitelor externe.
Magna-Power Electronics a ocolit multe probleme de împământare, plasând tot controlul său la potențial aproape de sol. Referința la masă este stabilită printr-o conexiune a unui rezistor și a unui condensator conectat în paralel. Aceste componente permit protejarea sursei de alimentare și a circuitelor conectate externe împotriva mediilor de împământare deficitare, dar oferă o impedanță adecvată pentru suprimarea EMI.
Chiar și cu un sistem de alimentare corect legat la pământ, problemele se pot dezvolta de la o sursă producătoare de EMI creând un potențial de tensiune în circuitul de împământare. Impedanța circuitului de împământare crește odată cu frecvența, iar sursa EMI, în funcție de locația sa în sistemul de alimentare, poate introduce tensiuni între circuitele externe de monitorizare și control. La fel ca condițiile de împământare precare, legarea echipamentului extern la sursa de alimentare atenuează astfel de probleme de zgomot electric.
Mediu inconjurator
Sursele de alimentare conțin componente producătoare de căldură: transformatoare, inductoare, semiconductoare de putere și altele asemenea. Oricât de eficiente sunt, toate aceste componente necesită răcire. Sursele de alimentare mai mici se bazează uneori pe convecție naturală, dar echipamentele mai mari necesită răcire forțată cu aer sau apă. Unitățile răcite cu apă sunt potrivite în mod ideal pentru aplicații cu o calitate slabă a aerului sau pentru instalații de montare pe rack cu densitate mai mare care nu pot îndeplini cerințele privind fluxul de aer. Problemele de răcire introduse de utilizator reprezintă cauza dominantă a returnărilor de eșec pe câmp la Magna-Power Electronics.