Ce qui est fascinant avec les systèmes industriels, c'est l'exécution continue et rythmée de leurs tâches. Ils fonctionnent en harmonie pour assembler des produits, préparer des aliments, construire des véhicules et manipuler des matériaux. Garantir leur fonctionnement 24 h/24 et 7 j/7 est un véritable défi. Et derrière chaque automate programmable, actionneur et capteur se cache une alimentation électrique indispensable pour assurer une disponibilité continue de l'énergie. Comment choisir une alimentation électrique capable de fonctionner de manière fiable dans les conditions exigeantes auxquelles sont confrontés les systèmes industriels ?
Les machines industrielles nécessitent une alimentation électrique fiable pour traiter les matériaux et fabriquer les produits.
Comment la tension d'entrée requise est-elle spécifiée ?
Le choix de l'alimentation électrique optimale repose sur trois paramètres techniques : la tension d'entrée, la tension de sortie et la puissance de sortie. Dans le cas d'une machine destinée à être installée de façon permanente sur votre site, l'alimentation électrique à laquelle elle est raccordée est déterminante ; par exemple, une alimentation monophasée de 230 V CA à 50 Hz.
Toutefois, si vous fabriquez des équipements destinés à l'exportation internationale, vous devrez tenir compte des différents réseaux électriques de vos clients. Dans ce cas, vous pouvez spécifier une entrée CA universelle. Celle-ci s'étend de 85 V CA à 264 V CA et prend en charge des fréquences comprises entre 47 et 60 Hz. Bien que le courant alternatif soit généralement utilisé dans les systèmes industriels, il peut arriver que seule une alimentation en courant continu (CC) soit disponible. Certaines alimentations prennent également en charge une entrée CC avec une plage de tension similaire à celle de l'entrée CA, couvrant ainsi ces éventualités.
Quels éléments doivent être pris en compte concernant la puissance de sortie de l'alimentation ?
Une fois les options de tension d'entrée définies, il convient d'analyser les exigences de sortie. Celles-ci dépendent des équipements alimentés, tels que les capteurs industriels, les automates programmables et les actionneurs comme les servomoteurs. Par exemple, bien que la plupart des automates programmables définissent une tension d'alimentation de 24 V CC, ils tolèrent généralement une variation, y compris une ondulation, d'environ ±20 %.
Certaines alimentations offrent deux ou trois tensions de sortie différentes, généralement reliées à des tensions communes ou à des sorties positives et négatives. Si la tension souhaitée n'est pas disponible, deux alimentations peuvent être utilisées en série pour l'obtenir. Il est impératif d'utiliser deux alimentations identiques, présentant les mêmes caractéristiques de sortie.
Figure 2 : Diodes antiparallèles
Le branchement de plusieurs alimentations en série permet d'obtenir une tension de sortie plus élevée, mais il est recommandé d'utiliser des diodes antiparallèles pour éviter les tensions inverses si les temps de démarrage diffèrent.
La plupart des charges ont une consommation de courant typique et maximale, par exemple 80 mA et 100 mA. Lors de l'alimentation de plusieurs charges, il est nécessaire de calculer la somme des courants maximaux dans le cas le plus défavorable. À l'aide de la formule de la puissance, P = I × V, vous pouvez déterminer la puissance de sortie requise. Par exemple, si vous prévoyez d'alimenter cinq des automates programmables décrits, la consommation de courant sera comprise entre 400 mA et 500 mA, soit une puissance requise comprise entre 9,6 W et 12 W sous 24 V CC.
Si votre alimentation est insuffisante, vous pouvez en utiliser deux ou plus en parallèle pour obtenir la puissance combinée requise. Toutefois, ne consommez pas plus de 80 % de la puissance totale disponible. Des facteurs tels que la température et le vieillissement peuvent également entraîner une usure prématurée de l'une des alimentations, ce qui risque de la fragiliser et de provoquer une panne. Choisissez des alimentations du même modèle fonctionnant à la même tension ou privilégiez les modèles conçus pour fonctionner en parallèle. En cas de doute, il est conseillé de contacter le fabricant.
Figure 3 : Alimentations en parallèle
Les alimentations peuvent être connectées en parallèle. Assurez-vous que les deux sorties présentent la même tension.
Tenez compte des options de montage, de refroidissement et de terminaison de l'alimentation.
Dans certains cas, l'application définit les exigences de montage et de refroidissement de l'alimentation. Par exemple, les rails DIN ou les supports Hutschienen constituent une option de montage standard pour les automates programmables et les équipements associés ; une alimentation sur rail DIN est donc le choix idéal.
Il existe des alimentations jusqu'à 600 W avec refroidissement par convection, la ventilation forcée n'est donc pas nécessaire. De fait, les alimentations industrielles s'en passent totalement, car elle représente un risque de panne supplémentaire. Un débit d'air suffisant pour la convection naturelle est toutefois indispensable, 20 pieds linéaires par minute (LFM) étant une spécification typique.
D'autres alimentations sont proposées dans un boîtier métallique avec des supports de fixation au châssis, permettant leur installation par vis. Enfin, pour le développement d'applications industrielles au niveau des composants, les alimentations montées sur circuit imprimé (PCB) seront pertinentes. Celles-ci peuvent être de type ouvert, sans boîtier, ou protégées par un boîtier plastique avec un composé d'encapsulation.
Figure 4 : Boîtier d'alimentation
Les boîtiers d'alimentation varient : montage sur rail DIN (à l'extrême gauche), châssis (à gauche), circuit imprimé à cadre ouvert (à droite) ou boîtier plastique (à l'extrême droite).
Le type de montage et l'application prévue déterminent souvent les options de connexion. Les alimentations pour montage sur rail DIN et châssis sont généralement équipées de borniers à vis, facilitant le câblage. Des adaptateurs permettent également de fixer les alimentations pour montage sur châssis sur des rails DIN. Pour les alimentations pour montage sur circuit imprimé, il est nécessaire de consulter les schémas de la fiche technique pour connaître l'espacement des broches et les dimensions. Quel que soit le type choisi, la plupart des fournisseurs proposent des plans CAO importables dans votre logiciel de conception, vous aidant ainsi à éviter les problèmes de placement lors de la fabrication de votre équipement.
S'assurer que l'alimentation électrique est conforme aux conditions environnementales et aux normes industrielles
Si votre système est régulièrement soumis à des vibrations ou à des chocs, il est important de vérifier sa conformité aux normes. Ces facteurs environnementaux sont couverts par des normes telles que la norme EN 61373 et certaines parties de la norme IEC 60068-2. Il convient également de vérifier la plage de températures de fonctionnement spécifiée et l'humidité relative sans condensation. Une réduction de puissance à haute température et à basse tension d'entrée peut également être prévue.
La norme UL 508 est une autre norme importante pour les équipements de contrôle industriel. Elle garantit la conformité aux tests standard de surcharge, de rigidité diélectrique, de court-circuit et de courant de défaut, ainsi qu'à de nombreux autres critères essentiels. Le respect de ces normes garantit que l'alimentation électrique répond aux exigences de sécurité, de fiabilité et de longévité des applications industrielles.
Si vous souhaitez approfondir les détails, vous trouverez généralement des notes d'application contenant des informations sur les considérations thermiques, les résultats des tests CEM, le réglage de la tension de sortie et les courbes caractéristiques.
Figure 5 : Note d'application
Les notes d'application fournissent plus de détails que la fiche technique de l'alimentation, tels que le rendement en fonction de la charge/tension, les caractéristiques de démarrage et de maintien.
Comment spécifier une alimentation électrique industrielle adaptée à vos besoins
Enfin, bien que les fabricants couvrent la plupart des besoins courants en alimentation électrique industrielle, il arrive parfois que le produit recherché ne soit pas disponible. Dans ce cas, deux options s'offrent à vous. Il est parfois possible d'adapter une conception existante ou d'obtenir une certification supplémentaire pour répondre à vos exigences. Sinon, vous pouvez envisager une conception sur mesure. Il vous faudra alors rassembler tous vos besoins et les partager avec le partenaire choisi afin de démarrer le processus de conception.
Auteur : Siméon Tremp, Traco AG
