Ciò che affascina dei sistemi industriali è l'esecuzione continua e ritmica delle loro attività, che lavorano in armonia per assemblare prodotti, preparare cibo, costruire veicoli e movimentare materiali. Garantire che questi sistemi rimangano operativi 24 ore su 24, 7 giorni su 7, non è un'impresa facile. E dietro ogni PLC, attuatore e sensore, è necessario un alimentatore per garantire la disponibilità continua di energia. Come si sceglie quindi un alimentatore che funzioni in modo affidabile nelle condizioni impegnative a cui sono sottoposti i sistemi industriali?

Le macchine industriali necessitano di alimentatori affidabili per lavorare i materiali e produrre beni.

Come viene specificata la tensione di ingresso richiesta?

Il punto di partenza per determinare l'alimentatore ottimale si basa su tre parametri tecnici: tensione di ingresso, tensione di uscita e potenza di uscita. Se si sta costruendo una macchina che verrà installata in modo permanente presso la propria sede, l'alimentatore è definito dalla rete elettrica a cui la macchina è collegata, ad esempio 230 V CA monofase a 50 Hz.

Tuttavia, se si producono apparecchiature destinate all'esportazione in tutto il mondo, è necessario tenere conto delle diverse reti elettriche utilizzate dai clienti. In questi casi, è possibile specificare un ingresso CA universale. Questo va da 85 V CA a 264 V CA e supporta frequenze comprese tra 47 e 60 Hz. Sebbene la corrente alternata sia tipica dei sistemi industriali, potrebbero esserci casi in cui è disponibile solo un'alimentazione in corrente continua (CC). Alcuni alimentatori supportano anche un ingresso CC con un intervallo simile a quello dell'ingresso CA, coprendo così queste eventualità.

Quali fattori bisogna considerare in relazione alla potenza erogata dall'alimentatore?

Una volta chiarite le opzioni di tensione di ingresso, è il momento di analizzare i requisiti di uscita. Questi sono determinati dalle apparecchiature da alimentare, come sensori industriali, PLC e attuatori quali servoazionamenti. Ad esempio, sebbene la maggior parte dei PLC definisca una tensione di alimentazione di 24 V CC, in genere possono tollerare una variazione, inclusa l'ondulazione, di circa ±20%.

Alcuni alimentatori offrono due o tre diverse tensioni di uscita, in genere dirette a tensioni comuni o a uscite positive e negative. Se la tensione desiderata non è disponibile, è possibile utilizzare due alimentatori in serie per ottenere la tensione di uscita desiderata. È necessario utilizzare due alimentatori dello stesso modello e con le stesse specifiche di uscita.

Figura 2: Diodi antiparalleli

Il collegamento in serie di più alimentatori può comportare una tensione di uscita più elevata, ma si raccomanda l'utilizzo di diodi antiparalleli per prevenire tensioni inverse in caso di tempi di avvio differenti.
La maggior parte dei carichi presenta un assorbimento di corrente tipico e massimo, ad esempio 80 mA e 100 mA. Quando si alimentano più carichi, è necessario calcolare la somma delle correnti massime nel caso peggiore. Utilizzando l'equazione della potenza, P = I × V, è possibile determinare la potenza di uscita richiesta. Ad esempio, se si prevede di alimentare cinque dei PLC descritti, si avrà un assorbimento di corrente compreso tra 400 mA e 500 mA, ovvero un fabbisogno di potenza compreso tra 9,6 W e 12 W a 24 V CC.

Se non si dispone di un alimentatore con una potenza sufficiente, è possibile utilizzarne due o più in parallelo per ottenere la potenza combinata desiderata. Tuttavia, è consigliabile limitare il consumo a non più dell'80% della potenza totale disponibile. Fattori come la temperatura e l'invecchiamento possono causare un invecchiamento precoce di uno degli alimentatori, sovraccaricando l'unità e provocandone il guasto. Scegliere alimentatori dello stesso modello che funzionino alla stessa tensione oppure optare per unità progettate per funzionare in parallelo. In caso di dubbi, è consigliabile contattare il produttore.

Figura 3: Alimentatori in parallelo

Gli alimentatori possono essere collegati in parallelo. Assicurarsi che entrambe le uscite abbiano la stessa tensione.

Valutare le opzioni di montaggio, raffreddamento e terminazione per l'alimentatore.

In alcune situazioni, l'applicazione definisce i requisiti di montaggio e raffreddamento dell'alimentatore. Ad esempio, le guide DIN o Hutschienen sono un'opzione di montaggio standard per PLC e apparecchiature correlate, quindi un alimentatore per guida DIN è la scelta migliore.

Esistono unità fino a 600 W con raffreddamento a convezione, quindi la ventilazione forzata non è un problema. Anzi, gli alimentatori industriali evitano del tutto il raffreddamento forzato, poiché rappresenta un ulteriore potenziale punto di guasto. Tuttavia, è necessario un flusso d'aria adeguato per la convezione naturale, con 20 LFM (piedi lineari al minuto) come specifica tipica.

Altri alimentatori sono disponibili in un alloggiamento metallico con staffe di montaggio su telaio, che ne consentono l'installazione nell'applicazione tramite viti. Infine, se state realizzando un'applicazione industriale a livello di componenti, potreste essere interessati agli alimentatori montati su circuito stampato (PCB). Questi possono essere a telaio aperto, senza alloggiamento, oppure protetti da un contenitore in plastica con un composto incapsulante.

Figura 4: Alloggiamento dell'alimentatore

Gli alimentatori variano da modelli per montaggio su guida DIN (a sinistra) e su chassis (a sinistra) a modelli per montaggio su PCB a telaio aperto (a destra) e su plastica (a destra).
Il tipo di montaggio e l'applicazione prevista spesso determinano opzioni di terminazione specifiche. Gli alimentatori per montaggio su guida DIN e su chassis in genere offrono morsetti a vite, che consentono ai tecnici di cablare facilmente l'unità. Sono disponibili anche adattatori per il fissaggio degli alimentatori per chassis alle guide DIN. Per le unità con montaggio su PCB, è necessario consultare i disegni del datasheet per la spaziatura dei pin e le dimensioni. Indipendentemente dal tipo scelto, la maggior parte dei fornitori fornisce anche disegni CAD che possono essere importati nel software di progettazione, aiutando a evitare problemi di posizionamento durante la realizzazione dell'apparecchiatura.

Assicurarsi che l'alimentazione elettrica soddisfi le condizioni ambientali e gli standard di settore

Se il sistema è regolarmente soggetto a vibrazioni o urti fisici, è opportuno verificare a quali normative è conforme. Questi fattori ambientali sono contemplati da norme come la EN 61373 e alcune parti della IEC 60068-2. È inoltre necessario verificare l'intervallo di temperatura di esercizio specificato e l'umidità relativa senza condensa. Potrebbero essere definite anche riduzioni di potenza a temperature più elevate e tensioni di ingresso inferiori.

La norma UL 508 è un altro standard importante per le apparecchiature di controllo industriale. Questa norma garantisce la conformità ai test standard di sovraccarico, rigidità dielettrica, cortocircuito e corrente di guasto, nonché a una serie di altri criteri essenziali. La conformità a questi standard garantisce che l'alimentatore soddisfi i requisiti di sicurezza, affidabilità e durata delle applicazioni industriali.

Se è necessario approfondire i dettagli, in genere si trovano note applicative con informazioni su considerazioni termiche, risultati dei test EMC, regolazione della tensione di uscita e curve caratteristiche.

Figura 5: Nota applicativa

Le note applicative forniscono maggiori dettagli rispetto alla scheda tecnica dell'alimentatore, come ad esempio l'efficienza in funzione del carico/tensione, le caratteristiche di avvio e di mantenimento.

Come specificare un alimentatore industriale su misura per le proprie esigenze

Infine, sebbene i produttori soddisfino la maggior parte delle esigenze quotidiane di alimentazione industriale, ci saranno sempre casi in cui non troverete esattamente ciò di cui avete bisogno. In queste situazioni, ci sono due opzioni. A volte è possibile adattare un progetto esistente o ottenere una certificazione aggiuntiva per soddisfare i requisiti. In alternativa, si potrebbe prendere in considerazione un progetto personalizzato. In questi casi, sarà necessario raccogliere tutti i requisiti e condividerli con il partner scelto per avviare il processo di progettazione.

Autore: Simeon Tremp, Traco AG