Projektowanie

Utrzymanie jakości energii elektrycznej w systemach zautomatyzowanych

Istnieje kilka problemów z jakością energii - udary napięciowe, przerwy w dostawie, niestabilności częstotliwości i szumy - które mogą wynikać z wahań w lokalnej sieci energetycznej. Na szczęście istnieją komponenty, które rozwiązują takie problemy.

Ilustracja jednofazowego zasilacza PULS serii CP

Ilustracja 1: Jednofazowy zasilacz PULS serii CP montowany na powszechnie stosowanej w automatyce przemysłowej szynie DIN. Niektóre z jego cech to m.in. wysoka odporność na stany nieustalone i udary zasilania, a także niska emisja elektromagnetyczna, styk przekaźnikowy DC-OK, 20% rezerwy mocy wyjściowej (o tym mowa w dalszej części tego artykułu) oraz minimalny udar prądu rozruchowego. Specjalnie powlekany zasilacz ma również funkcje aktywnej korekcji współczynnika mocy (PFC). (Źródło ilustracji: © EE World)

Jak omówiono w innym artykule Digi-Key dotyczącym specyfiki 'brudnej' energii sieciowej, istnieje kilka problemów z jakością energii (w tym udary napięciowe, przerwy w dostawie, niestabilności częstotliwości i szumy), które mogą wynikać z wahań w lokalnej sieci energetycznej. Kolejną komplikacją jest to, że wahania mogą również mieć źródło w poszczególnych elementach urządzeń automatyki z zasilaniem elektrycznym. Na szczęście istnieje wiele elementów, które rozwiązują takie problemy ze stabilnością energii elektrycznej. Prezentowane zasilacze i inne elementy układów zasilania zapewniają najlepsze działanie maszyn i zapobiegają ich negatywnemu wpływowi na lokalną sieć elektroenergetyczną.

Dwa główne typy problemów związanych z jakością energii wynikające z samych urządzeń to szumy i zakłócenia harmoniczne.

Szum elektryczny w energii elektrycznej odnosi się do zmian napięcia o wysokiej częstotliwości. Wysoka częstotliwość to pojęcie względne - ale zawsze oznacza częstotliwości znacznie przewyższające częstotliwość instalacji prądu zmiennego. W dziedzinie czasu, prąd zmienny powinien wyglądać jak gładka fala sinusoidalna. Szum sprawia, że fala jest nierówna i chropowata.

W zasilaczach elektrycznych maszyn zawsze występuje szum spowodowany opornością przewodów. Taki szum nazywa się szumem termicznym i generalnie stanowi zakłócenie pomijalne. Bardziej znaczący i potencjalnie szkodliwy jest szum powodowany przez lokalne odbiorniki, takie jak spawarki i silniki elektryczne. Szum z takich elementów i układów może być często trudny do oszacowania i stanowi największe ryzyko spowodowania przegrzania, zużycia, a nawet awarii podzespołów.

Zakłócenia harmoniczne to zakłócenia napięcia lub prądu o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości prądu zmiennego instalacji. Są one spowodowane obciążeniem odbiornikami nieliniowymi, takimi jak prostowniki, zasilacze komputerowe, oświetlenie fluorescencyjne i niektóre typy silników elektrycznych o zmiennej prędkości. Harmoniczne prądu są zwykle większe niż harmoniczne napięcia i co do zasady mają tendencję do generowania tych drugich.

Wykres przebiegów harmonicznych stanowiących całkowite wielokrotności częstotliwości pewnego przebiegu podstawowego

Ilustracja 2: Przebiegi harmoniczne są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości niektórych przebiegów podstawowych, które (w układach elektroenergetycznych) mogą nakładać się na przebieg podstawowy i powodować problemy. Harmoniczne zwykle pochodzą z jakiegoś odbiornika elektrycznego lub z podłączonej maszyny. (Źródło ilustracji: © Design World)

Te elektryczne zakłócenia harmoniczne (ze względu na sposób, w jaki powodują wytwarzanie ciepła) mogą radykalnie obniżać sprawność i żywotność silników elektrycznych. Mogą również powodować drgania i pulsacje momentu obrotowego na wyjściu mechanicznym silników elektrycznych, co skraca żywotność podzespołów przenoszenia mocy zintegrowanych z silnikami - zwłaszcza łożysk podporowych wału.

Strona: 1/3
Następna