O que é fascinante nos sistemas industriais é a execução contínua e rítmica das suas tarefas, trabalhando em harmonia para montar produtos, preparar alimentos, construir veículos e manusear materiais. Garantir que estes sistemas se mantêm operacionais 24 horas por dia, 7 dias por semana, não é tarefa fácil. E por detrás de cada PLC, atuador e sensor, é necessária uma fonte de alimentação para garantir a disponibilidade contínua de energia. Então, como selecionar uma fonte de alimentação que opere de forma fiável nas condições exigentes enfrentadas pelos sistemas industriais?

As máquinas industriais necessitam de fontes de alimentação fiáveis ​​para processar materiais e fabricar produtos.

Como é especificada a tensão de entrada necessária?

O ponto de partida para determinar a fonte de alimentação ideal gira em torno de três parâmetros técnicos: tensão de entrada, tensão de saída e potência de saída. Se estiver a construir uma máquina que será instalada permanentemente na sua propriedade, esta é definida pela fonte de alimentação à qual a máquina está ligada, por exemplo, 230 VCA monofásico a 50 Hz.

No entanto, se estiver a fabricar equipamentos para exportação mundial, terá de considerar as diferentes redes elétricas que os seus clientes podem ter. Nestes casos, pode especificar uma entrada CA universal. Esta entrada varia de 85 VCA a 264 VCA e suporta frequências entre 47 e 60 Hz. Embora a corrente alternada seja típica em sistemas industriais, pode haver casos em que apenas está disponível uma fonte de corrente contínua (CC). Algumas fontes de alimentação suportam também uma entrada CC com uma gama semelhante à da entrada CA, atendendo assim a estas eventualidades.

O que deve ser tido em conta em relação à potência de saída da fonte de alimentação?

Uma vez definidas as opções de tensão de entrada, é altura de analisar os requisitos de saída. Estes são determinados pelos equipamentos que serão alimentados, como sensores industriais, PLCs e atuadores, como servomotores. Por exemplo, embora a maioria dos autómatos defina uma tensão de alimentação de 24 VCC, normalmente toleram uma variação, incluindo ondulação, de cerca de ±20%.

Algumas fontes de alimentação oferecem duas ou três tensões de saída diferentes, geralmente direcionadas para tensões comuns ou saídas positivas e negativas. Se a tensão desejada não estiver disponível, podem ser utilizadas duas fontes de alimentação em série para obter a saída desejada. É necessário utilizar duas fontes de alimentação do mesmo modelo e com as mesmas especificações de saída.

Figura 2: Díodos antiparalelos

A ligação de várias fontes de alimentação em série pode resultar numa tensão de saída mais elevada, mas recomenda-se a utilização de díodos antiparalelos para evitar tensões inversas caso os tempos de arranque sejam diferentes.
A maioria das cargas apresenta um consumo de corrente típico e um máximo, como por exemplo 80 mA e 100 mA. Ao alimentar várias cargas, deve ser calculada a soma das correntes máximas no pior caso. Utilizando a equação da potência, P = I × V, pode determinar a potência de saída necessária. Por exemplo, se planeia alimentar cinco dos PLC descritos, terá um consumo de corrente entre 400 mA e 500 mA, ou uma necessidade de potência entre 9,6 W e 12 W a 24 V CC.

Se não tiver uma fonte de alimentação com potência suficiente, pode utilizar duas ou mais em paralelo para obter a potência combinada. No entanto, deve limitar o consumo a um máximo de 80% da potência total disponível. Fatores como a temperatura e o envelhecimento podem também provocar o desgaste prematuro de uma das fontes de alimentação, o que pode sobrecarregar o equipamento e levar à sua avaria. Escolha fontes de alimentação do mesmo modelo que operem à mesma tensão ou selecione unidades concebidas para funcionar em paralelo. Em caso de dúvida, é recomendável contactar o fabricante.

Figura 3: Fontes de alimentação em paralelo

As fontes de alimentação podem ser ligadas em paralelo. Certifique-se de que ambas as saídas têm a mesma tensão.

Considere as opções de montagem, refrigeração e terminação para a fonte de alimentação.

Em algumas situações, a aplicação define os requisitos de montagem e refrigeração da fonte de alimentação. Por exemplo, as calhas DIN ou Hutschienen são uma opção de montagem padrão para PLCs e equipamentos relacionados, sendo assim, uma fonte de alimentação para calha DIN é a melhor escolha.

Existem unidades até 600 W com arrefecimento por convecção, pelo que a ventilação forçada não é uma preocupação. Aliás, as fontes de alimentação industriais evitam completamente o arrefecimento forçado, uma vez que representa outro potencial ponto de falha. No entanto, é necessário um caudal de ar adequado para a convecção natural, sendo 20 pés lineares por minuto (LFM) uma especificação típica.

Outras fontes de alimentação vêm numa caixa metálica com suportes de montagem no chassis, permitindo que sejam instaladas na aplicação com parafusos. Por fim, se estiver a desenvolver uma aplicação industrial ao nível dos componentes, estará interessado em fontes de alimentação montadas em placa de circuito impresso (PCB). Estas podem ser de estrutura aberta, sem caixa, ou protegidas por uma caixa de plástico com um composto encapsulante.

Figura 4: Caixa da fonte de alimentação

Os armários das fontes de alimentação variam desde montagens em calha DIN (à esquerda) e chassis (à esquerda) até montagens em PCB de estrutura aberta (à direita) e em plástico (à direita).
O tipo de montagem e a aplicação pretendida conduzem frequentemente a opções específicas de terminação. As fontes de alimentação para montagem em calha DIN e chassis oferecem normalmente terminais de parafuso, permitindo aos técnicos ligar a unidade facilmente. Estão também disponíveis adaptadores para fixar fontes de alimentação para montagem em chassis em calhas DIN. Para unidades com montagem em PCB, terá de consultar os desenhos da folha de dados para obter informações sobre o espaçamento dos pinos e as dimensões. Independentemente do tipo escolhido, a maioria dos fornecedores também disponibiliza desenhos CAD que podem ser importados para o seu software de projeto, ajudando-o a evitar problemas de posicionamento ao construir o seu equipamento.

Certifique-se de que a fonte de alimentação cumpre as condições ambientais e as normas da indústria

Se o seu sistema for regularmente sujeito a vibrações ou choques físicos, deve verificar quais as normas que cumpre. Estes fatores ambientais são abordados em normas como a EN 61373 e partes da IEC 60068-2. Deve também verificar a gama de temperatura de funcionamento especificada e a humidade relativa sem condensação. A redução de potência a temperaturas mais elevadas e tensões de entrada mais baixas também pode ser definida.

A norma UL 508 é outra norma importante para equipamentos de controlo industrial. Esta norma garante a conformidade com os ensaios padrão de sobrecarga, rigidez dielétrica, curto-circuito e corrente de falha, para além de vários outros critérios essenciais. A conformidade com estas normas garante que a fonte de alimentação cumpre os requisitos de segurança, fiabilidade e longevidade das aplicações industriais.

Caso necessite de informações mais detalhadas, encontrará normalmente notas de aplicação com informações sobre considerações térmicas, resultados de testes de EMC, ajuste da tensão de saída e curvas características.

Figura 5: Nota de Aplicação

As notas de aplicação fornecem mais detalhes do que a folha de dados da fonte de alimentação, como a eficiência em função da carga/tensão, e as características de inicialização e manutenção da tensão.

Como especificar uma fonte de alimentação industrial adaptada às suas necessidades

Por fim, embora os fabricantes satisfaçam a maioria das necessidades quotidianas de fontes de alimentação industriais, haverá sempre casos em que exatamente o que precisa não está disponível. Nestas situações, existem duas opções. Por vezes, é possível adaptar um projeto existente ou obter uma certificação adicional para satisfazer as suas necessidades. Caso contrário, pode considerar um projeto personalizado. Nestes casos, terá de reunir todos os seus requisitos e partilhá-los com o parceiro escolhido para iniciar o processo de projeto.

Autor: Simeon Tremp, Traco AG