Aumento da automação de sistemas industriais para ambientes agressivos e potencialmente explosivos, incluindo linhas de produção, sistemas robóticos industriais, infraestrutura energética, refinarias e linhas de fabricação de semicondutores. A fonte de alimentação industrial selecionada pelo projetista do sistema não deve apenas atender aos requisitos de alta potência de pico e proteção contra refluxo da fonte de alimentação, mas também atender aos requisitos de confiabilidade, durabilidade, segurança, alta densidade de potência, alta eficiência e vários requisitos complexos de conformidade regulatória.
Este artigo discute os desafios enfrentados pelos projetistas de sistemas de energia para aplicações de automação exigentes. As fontes de alimentação em trilho DIN para TRACO Power são então apresentadas, explicando como elas ajudam os projetistas a enfrentar esses desafios.
Desafios do fornecimento de energia industrial
Equipamentos e sistemas eletrônicos estão expostos a ambientes industriais agressivos para linhas de fabricação, sistemas de energia renovável, armazéns de distribuição e instalações de processamento químico. Equipamentos eletrônicos podem ser expostos a temperaturas extremas, umidade, choques mecânicos, interferência eletromagnética (EMI), vibração, poeira, contato químico e atmosferas explosivas. Como a eletrônica é amplamente utilizada em energia, controle e monitoramento, todas essas aplicações devem ser projetadas para garantir exatidão, exatidão, confiabilidade e segurança.
A fonte de alimentação é crítica. Como componente principal do equipamento eletrônico industrial, a fonte de alimentação industrial suporta fonte de alimentação regulada CA e CC. Sua saída deve atender aos requisitos básicos de consumo de energia do equipamento conectado e deve ser reservada margem de segurança suficiente. Por exemplo, sistemas eletromecânicos como motores, bombas e unidades de controle de movimento exigem correntes de pico muito altas na inicialização e as fontes de alimentação industriais devem ser capazes de fornecer essas correntes. Em geral, a fonte de alimentação industrial também deve ter funções de proteção contra sobretensão, sobrecorrente e superaquecimento.
A fonte de alimentação deve ter boa capacidade de regulação de tensão quando a carga ou linha muda e garantir alta eficiência. Isto é particularmente importante para fontes de alimentação instaladas em gabinetes compactos, onde a baixa eficiência pode levar ao acúmulo excessivo de calor.
As especificações gerais para fontes de alimentação industriais também são importantes. A fonte de alimentação industrial deve poder ser instalada em máquinas ou quadros de controle com espaço limitado. Além disso, as aplicações industriais exigem a substituição rápida de equipamentos defeituosos, por isso o equipamento deve ser instalado para facilitar a remoção e substituição. É essencial que as fontes de alimentação industriais sejam certificadas quanto à segurança e compatibilidade eletromagnética (EMC).
Certificação de locais perigosos
Locais perigosos (HazLoc) são uma área específica de certificação. O Código Elétrico Nacional (NEC) define um local perigoso como uma área onde a presença de gases ou vapores inflamáveis, líquidos inflamáveis, poeira inflamável, fibras inflamáveis ou fiapos voadores pode resultar em risco de incêndio ou explosão. As fontes de alimentação industriais e outros equipamentos eletrônicos devem ser certificados especificamente para operar em um ambiente HazLoc.
O Underwriters Laboratories (UL), em conjunto com a Diretiva de Equipamentos para Atmosferas Explosivas (ATEX) da União Europeia, estabelece padrões de teste para componentes usados em locais perigosos. Essa certificação pode provar que o equipamento certificado atendeu aos padrões mínimos de segurança relevantes exigidos para uso na área perigosa designada.
A certificação considera dois fatores: o tipo de matéria volátil e a probabilidade de sua presença. O tipo de explosivo potencial determina a categoria de certificação. A classe 1 inclui vapores e gases inflamáveis; A categoria 2 inclui poeiras combustíveis, como farinha; A categoria 3 são fibras e resíduos combustíveis (pequenos volumes de partículas combustíveis, como tecidos).
A probabilidade de existência de substâncias perigosas voláteis determina o tipo de zoneamento das áreas perigosas. A Divisão 1 cobre ambientes onde normalmente estão presentes materiais perigosos. A Divisão 2 cobre ambientes onde materiais perigosos normalmente não estão presentes, mas podem estar presentes sob certas condições.
Fonte de alimentação industrial para aplicações HazLoc
A fonte de alimentação de alta eficiência da série TIB-EX em trilho DIN da TRACO Power (Figura 1) foi projetada para ambientes agressivos e locais perigosos. O trilho DIN é um tipo de trilho metálico amplamente utilizado para instalar equipamentos de controle industrial em racks de equipamentos ou gabinetes de painéis. A série também oferece opções de montagem lateral para perfil de montagem inferior para atender aos requisitos de montagem em painel. Esta série de fontes de alimentação está em conformidade com os padrões de segurança UL HazLoc Classe 1, Divisão 2 (C1D2) e ATEX (EN60079-0, EN60079-7 e EN60079-15) e possui certificação EMC.
Fonte de alimentação em trilho DIN TIB-EX para TRACO Power
Figura 1: As fontes de alimentação em trilho DIN da série TIB-EX têm certificação HazLoc C1D2 e certificação EMC, classificadas em 80 W, 120 W, 240 W e 480 W (fonte: TRACO Power)
A fonte de alimentação HazLoc C1D2 foi projetada para operação segura em áreas que normalmente contêm gases ou vapores inflamáveis, mas que podem escapar no caso de condições anormais, como vazamento, falha do equipamento ou falha do sistema de ventilação.
A característica mais importante do equipamento C1D2 é que ele não se tornará uma fonte de ignição sob condições normais e acidentais de operação. Tais equipamentos deverão ser projetados de modo a não emitir energia elétrica ou calor suficiente para inflamar uma atmosfera explosiva volátil. Portanto, esse equipamento não gerará arco ou faísca elétrica durante a operação normal, e a estrutura do invólucro pode limitar a taxa de entrada de substâncias perigosas voláteis.
Além da certificação HazLoc, essas fontes de alimentação resfriadas por convector têm eficiência de 88% a 95% (dependendo do modelo) e podem operar em temperaturas de -40°C a+60°C (carga total). Potência nominal 80 W, 120 W, 240 W e 480 W, tensão de saída 12 V, 24 V ou 48 V, tensão operacional 85 VAC a 264 VAC, frequência 50/60 Hz.
A fonte de alimentação da série TIB-EX é muito adequada para ambientes industriais, com funções abrangentes de proteção de operação, incluindo sobretensão de saída e proteção contra curto-circuito. Na extremidade de entrada, esta série de fontes de alimentação pode evitar a queda de tensão da linha de alimentação, ou seja, a tensão cai para menos de 90% do valor nominal, mas não será completamente desconectada. A duração típica é de 3 a 10 ciclos ou de 50 ms a 167 ms. A série de fontes de alimentação está em conformidade com a especificação SEI F47 Sag Immunity.
A fonte de alimentação TIB-EX também suporta sobrecargas de energia de curto prazo e mantém a saída por até 4 s com sobrecarga de 150%. Esta série é ideal para projetos de sistemas com motores de passo, válvulas solenóides ou atuadores - cargas que geram altos picos de corrente na energização inicial.
Outro fenômeno comum em ambientes industriais é a energia reversa, onde cargas como indutores e motores de redução realimentam tensão para a fonte de alimentação. As fontes de alimentação da série TIB-EX têm a importante função de proteção contra refluxo da fonte de alimentação para ajudar a evitar desligamentos ou falhas causadas por tais cargas.
A fonte de alimentação comutada (SMPS) deve inicialmente carregar seus capacitores de entrada, o que pode resultar em grandes correntes de partida quando a fonte de alimentação é conectada pela primeira vez à linha. A maioria das fontes de alimentação SMPS (como a série TIB-EX) usa limitadores de corrente de surto para controlar essa corrente de surto. Essas fontes são classificadas para correntes de surto de 30 A (entrada de 230 VCA), 15 A (115 VCA).
Todos os modelos relatam o status da saída por meio de fechamento de contato DC-OK e indicadores LED DC-OK nos painéis frontal e lateral.
A fonte de alimentação TIB 080-12EX AC/DC em trilho DIN de 80 W (Figura 2) possui tensão de saída nominal de 12 V e corrente máxima de 6,7 A. A fonte de alimentação é compacta em tamanho 3,71" x 1,26" x 4,50 mm".