Okrem základných parametrov si všimnite aj funkcie napájacieho zdroja

Podľa prieskumu spoločnosti MarketsandMarkets™ Research Private majú napájacie zdroje na najbližšie štyri roky o záujem postarané. Obzvlášť pozitívny vývoj sa očakáva v oblasti priemyselných napájacích zdrojov pre systémy osvetlenia, energeticky účinné technológie či systémy priemyselnej automatizácie. Bez kvalitného a vhodne zvoleného napájacieho zdroja sa môžeme dočkať nemilých prekvapení. Aj preto sme sa na túto tému bližšie pozreli s odborníkom na slovo vzatým – Samuelom Račkom, aplikačným inžinierom spoločnosti Phoenix Contact.
Okrem základných parametrov si všimnite aj funkcie napájacieho zdroja

Skúsme začať aktuálnym stavom v oblasti noriem a legislatívy platnej na Slovensku týkajúcej sa napájacích zdrojov. Čo by sme nemali prehliadnuť?

Až do tohto roku sa v súvislosti s takmer všetkými zdrojmi napájania používala norma STN EN 60950-1 Zariadenia informačných technológií. Bezpečnosť. Časť 1: Všeobecné požiadavky. Platnosť tejto normy sa končí k 20. 12. 2020 a nahradí ju norma STN EN 62368-1 Zariadenia audio/video, informačných a komunikačných technológií. Časť 1: Požiadavky na bezpečnosť. V posledných rokoch sa zavádza ďalšia norma, a to STN EN 61010-1 (STN EN 61010-2-201) Bezpečnostné požiadavky na elektrické zariadenia na meranie, riadenie a laboratórne použitie. Časť 1: Všeobecné požiadavky (Časť 2-201: Osobitné požiadavky na riadiace zariadenia sa stáva tiež čoraz obľúbenejšou). Normy STN EN 61010-1/2-201 majú veľkú výhodu v tom, že UL 61010-1/2-201 sú harmonizované s verziami STN EN, čo znamená, že zákazník nemusí znova kontrolovať podmienky v sekcii Conditions of Approvals, čo bolo potrebné pri schvaľovaní UL Recognized.

S akými typmi zdrojov sa môžeme stretnúť v rámci priemyselných aplikácií a aké sú ich základné charakteristiky?

V priemysle sa najčastejšie stretávame s napájacími zdrojmi so striedavým jedno- alebo trojfázovým vstupom a jednosmerným výstupom, DC/DC prevodníkmi s galvanickým oddelením medzi vstupom a výstupom (nielen na obnovu požadovaného napätia v prípade úbytku, ale aj na zmenu napäťovej úrovne na ochranu pred prepätím a často podceňovaným podpätím) a so systémami UPS (neprerušiteľné zdroje energie). V špeciálnych prípadoch sa v priemyselných aplikáciách stretneme aj s napájacími zdrojmi vo vyhotovení DC/AC. Spomenuté typy priemyselných napájacích zdrojov sa môžu používať v centralizovanom alebo decentralizovanom riešení v rozvádzačoch alebo tiež ako samostatné AC/DC riešenia s vyšším stupňom ochrany ako IP67.

V čom sa tieto zdroje líšia od bežných napájacích zdrojov?

V priemysle sú preferované napájacie zdroje s montážou na DIN lištu. Najdôležitejším faktorom je, samozrejme, spoľahlivosť napájania. To znamená, že napájanie ako „srdce“ každej aplikácie nesmie nikdy prestať fungovať. Z toho dôvodu sa pri vývoji napr. v našej spoločnosti zameriavame na budovanie veľmi odolných napájacích zdrojov, ktoré sú odolné vplyvom prostredia, ako sú otrasy, vibrácie, elektromagnetické a teplotné podmienky. Zároveň udržujeme naše elektromagnetické vyžarovanie na čo najnižšej úrovni, aby sme predišli rušeniu ostatných komponentov.

Ako by ste definovali kritériá správneho výberu a návrhu napájacieho zdroja?

V prvom rade musíme vedieť, akým napätím bude zdroj napájaný. Je to jednofázový alebo trojfázový systém? Aké má byť jeho výstupné napätie? Aký je potrebný výstupný výkon vzhľadom na pripojenú záťaž? Ideálne je pri návrhu zdroja uvažovať s výkonovou rezervou. Zjednodušene povedané, požadovaný výkon záťaže by mal byť zhruba na úrovni 75 % menovitého výstupného výkonu napájacieho zdroja. Okrem základných kritérií spomenutých vyššie sú zaujímavým parametrom pri výbere napájacieho zdroja aj jeho funkcie. Vie zdroj zabezpečiť kontinuitu prevádzky aj v prípade prúdových špičiek pri spúšťaní napríklad motorickej záťaže? Vie napájací zdroj v prípade poruchy na niektorom z napájaných okruhov tento okruh odpojiť a pokračovať v napájaní ostatných okruhov? Požaduje zákazník nastavenie krivky U/I alebo signalizačné kontakty? V takýchto prípadoch sú potrebné skutočne výkonné zariadenia s maximálnou funkčnosťou. Ak je odolnosť napájacieho zdroja dôležitá (výroba strojov) a vyžaduje sa rýchle a ľahké pripojenie (push-in), aj tu disponujeme vhodnými riešeniami. V mnohých prípadoch je dôležité mať po ruke aj priestorovo úsporné riešenie so základnými funkciami či decentralizované riešenie s malou inštalačnou výškou. Tieto zariadenia navyše poskytujú najnižšie straty bez zaťaženia kombinované s dizajnom ideálnym na použitie v systémoch automatizácie budov.

Ako vyberať zdroj pre inštalácie v súlade s STN EN 61558-2-16, keď treba na oddelenie citlivých zariadení, často používaných v priemyselnej automatizácii, využiť zabudovaný bezpečnostný oddeľovací transformátor?

Ak zákazník potrebuje, aby jeho stroj vyhovoval norme STN EN 60204-1 (Bezpečnosť strojových zariadení), tak táto norma vyžaduje uzemnenie výstupu napájacieho zdroja v prípade, že nie je v zhode s normou STN EN 61558-2-16. Niektorí zákazníci však nechcú uzemňovať DC stranu svojich zdrojov. V takom prípade je tou správnou voľbou napájací zdroj so zabudovaným transformátorom, ktorý je v súlade s normou STN EN 61558-2-16. Zhoda s uvedenou normou je štandardným údajom v technických parametroch zdroja.

Aký je vzťah medzi účinníkom jalovej zložky (PFC) a napájacím zdrojom?

Vysoký účinník (PFC) znižuje jalový a zvyšuje činný výkon. Najmä pri zvyšovaní výstupného výkonu pomôže vysoký účinník zvýšiť celkovú „efektivitu“ napájania aj celej aplikácie. Zároveň bude celá sieť profitovať z dobrého účinníka zdroja, pretože prúd sa bude odoberať vo forme sínusovej vlny, čo znamená, že sa zabráni opakovaným energetickým špičkám čerpaným zo siete. Najnovšie technológie z pohľadu účinníka máme zabudované aj v rade našich napájacích zdrojov.

Ako možno zabezpečiť súlad napájacieho zdroja a SELV (obvody malého bezpečného napätia)?

Keďže bezpečnosť našich zákazníkov je na prvom mieste, všetky nami dodávané napájacie zdroje Phoenix Contact s výstupným napätím pod 60 V DC sú navrhnuté tak, aby v prípade vnútornej poruchy zariadenia bolo výstupné napätie maximálne 60 V DC (Safety Extra Low Voltage). Samozrejme zhoda s požiadavkami SELV na oddelenie vstupnej a výstupnej časti zdroja je tiež zohľadnená v konštrukcii.

Napriek tomu, že dnes sú pre priemyselné aplikácie dostupné sofistikované riešenia v oblasti napájania, určite existujú rezervy a trendy, ktoré by sa mohli v blízkom čase vyriešiť a objaviť. Ktoré to podľa vás budú?

Jasný trend vidíme v miniaturizácii, vo zvyšovaní účinnosti a v rozširovaní prídavných funkcií zdrojov. Dobrým príkladom nedávneho vývoja v tejto oblasti je nový produktový rad našich napájacích zdrojov 3. generácie. Táto skupina výrobkov má efektivitu úrovne VI a výkon oproti predchodcovi pri rovnakých rozmeroch zvýšený o 100 %. Začínajú sa tiež viac používať napájacie zdroje s výstupom 48 V DC a 72 V DC pri výkone nad 240 W. Okrem technologických trendov zákazníci vidia väčšiu hodnotu v riešeniach zameraných priamo na aplikáciu. Preto je čoraz dôležitejšie ponúkať nielen štandardné produkty, ale aj individualizované výrobky s vopred nakonfigurovanými úrovňami napätia alebo signálu, ktoré šetria čas a peniaze počas inštalácie a zabraňujú prípadným zlyhaniam v manuálnom nastavení. Dnes sú čoraz žiadanejšie aj kombinácie navzájom kompatibilných výrobkov, ktoré vedia pokryť celú problematiku spoľahlivého napájania (kombinácia napájacieho zdroja, redundantného modulu a UPS). Tí najlepší výrobcovia dokážu zabezpečiť, že všetky komponenty, ako napájací zdroj, DC/DC prevodník, redundantný modul a UPS, dokonale spolupracujú.

Pozrime sa teraz na záložné zdroje neprerušovaného napájania (UPS) pre priemyselné aplikácie. Akú sú ich vlastnosti?

Na trhu sú rôzne typy zdrojov neprerušovaného napájania pre aplikácie na jednosmerný a striedavý prúd. Zdroje neprerušovaného napájania (UPS) naďalej dodávajú energiu aj v prípade zlyhania siete, aby sa zaručila nepretržitá prevádzka všetkých systémov. Vďaka nami vyvinutej technológii IQ je používateľ o krok vpred: UPS informuje o stave nabíjania a zostávajúcej kapacite energetického úložiska, optimalizuje jeho životnosť a včas upozorňuje na všetky poruchy. Všetky relevantné informácie sa zároveň prenášajú do vyšších úrovní riadenia.

Aj pri UPS treba zvážiť rôzne kritériá výberu, aby riešenie zodpovedalo potrebám danej aplikácie. Na čo treba dávať pri výbere a návrhu UPS pozor?

Takmer všetky potreby možno vyriešiť modulárnym systémom nepretržitého napájania v systémoch akumulácie energie. Používateľ si tak môže zvoliť najvhodnejšie riešenie s požadovaným parametrom, ktorým môže byť dlhá životnosť, použitie pri extrémnej okolitej teplote alebo dlhý čas zálohovania. Inštalácia je pomerne jednoduchá vzhľadom na automatickú detekciu zariadenia na akumuláciu energie a výmenu bez použitia nástrojov. Ďalšou výhodou je, že v prípade našich riešení všetky systémy akumulácie energie opúšťajú sklad maximálne nabité.

Aké sú trendy v oblasti UPS?

Ďalším krokom v riešení systémov neprerušovaného napájania je ich integrácia do už zavedených priemyselných sietí, ako sú napr. PROFINET, EtherNet/IP™, EtherCAT®, prostredníctvom rôznych komunikačných rozhraní, s ktorými sa v priemyselných aplikáciách bežne stretávame. Táto funkcia robí z UPS multifunkčné zariadenie, ktoré zároveň pokrýva aj riadenie záťaže a monitorovanie energie.

Ďakujeme za rozhovor.