Passi finali per alimentare il tuo azionamento motore elettrico
L'introduzione di circuiti di controllo nei motori a trasmissione elettrica per applicazioni industriali ha portato numerosi vantaggi, tra cui un consumo di energia molto ridotto e una produttività molto maggiore. Tuttavia, questa complessità crescente porta la necessità di considerare più variabili nel processo di progettazione. In questo articolo di Analog Devices, scopri come proteggere l'alimentazione degli azionamenti a velocità variabile e come derivare le linee di alimentazione a valle.
I convertitori a velocità variabile (VSD) necessitano di specifici progetti di circuito a monte per fornire l'alimentazione principale di controllo e le alimentazioni per l'elettronica dell'inverter – precisamente i circuiti dei driver di gate e di rilevamento della corrente nel precedente blog della serie. Questi sono evidenziati in forma grafica nella Figura 1, che mostra una vista generalizzata di un'architettura tipica di VSD.
Architettura dettagliata del variatore di velocità
Figura 1
Questo blog affronta altri due importanti argomenti relativi all'alimentazione all'interno del blocco evidenziato del VSD in Figura 1:
- Protezione dell'alimentazione di controllo principale
- Derivazione dei binari di alimentazione punto di carico (POL) a bassa tensione a valle
Protezione Alimentazione di Controllo
La protezione dell'alimentazione principale di controllo (solitamente 24V) dai transienti e dalle condizioni anomale è estremamente importante all'interno di un VSD. Il motivo è che ci sono generalmente due percorsi per questo binario di alimentazione. Il primo percorso è quello descritto nell'ultimo blog in cui l'alimentazione di controllo a 24V è derivata dalla rete AC o dal bus DC ad alta tensione tramite una fase di conversione di potenza isolata. Tuttavia, questo binario a 24V può anche solitamente essere fornito direttamente da un ingresso di potenza ausiliario collegato al VSD. La maggior parte degli ambienti di automazione distribuisce alimentazioni a 24V intorno ai quadri di controllo per una gamma di apparecchiature di controllo, e il VSD solitamente si collega a questa alimentazione. Questo ingresso ausiliario a 24V è solitamente diodo OR con l'alimentazione a 24V derivata dal convertitore, per garantire che sia attiva solo una fonte di alimentazione alla volta.
Il vantaggio di avere questo disponibile è che, anche se la rete AC si interrompe o scatta, di solito l'alimentazione ausiliaria a 24V continuerà a funzionare, il che significa che l'elettronica di controllo del VSD può rimanere alimentata, consentendo di riavviare rapidamente il VSD e di non perdere nessuna informazione contestuale. Lo svantaggio è che le alimentazioni del VSD sono ora esposte a tutti i transienti di tensione esistenti nel sistema di alimentazione a 24V dell'intera fabbrica – questi possono verificarsi a causa di carichi di commutazione che eccitano risonanza di tensione sui cavi di distribuzione, eventi di fulmini che si propagano attraverso il sistema, scariche elettrostatiche da campi elettrici vicini o contatto umano, nonché interferenze elettromagnetiche captate sui cavi. Da qui la necessità di una solida protezione su questo ingresso di alimentazione ausiliaria.
Lo standard di sicurezza funzionale VSD IEC 61800-5-2 Allegato A (Sezione B.3.2) mostra un sottosistema di Alimentazione (PS) e Monitor di Tensione (VM) raccomandato per tale binario 24VDC. Consiste nella protezione contro una varietà di guasti comuni come polarità inversa, sovracorrente e transitori di tensione.
Protezione dell'alimentazione ausiliaria raccomandata secondo IEC 61800-5-2
Figura 2
As the transients involved can vary in energy level and duration, designing a discrete circuit can be time-consuming and prone to error, and may have poor long-term reliability. Integrated solutions such as Analog Devices Surge Stopper family integrate all of the IEC 61800 requirements, including input reverse polarity detection and protection, overcurrent, short circuit and inrush current detection and protection, and high voltage transient disconnect.
Implementazione Surge Stopper secondo IEC 61800-5-2 di Analog Devices
Figura 3
La figura 3 illustra l'uso di soluzioni di protezione contro i picchi di corrente di Analog Devices come possibile implementazione delle raccomandazioni di protezione IEC61800-5-2. Componenti come LT4363 o la variante MOSFET integrata LTC4381 possono fornire soluzioni di protezione robuste e affidabili per l'alimentazione del controllo principale.
Alimentazione a basso voltaggio Point-Of-Load (POL)
A valle dell'alimentazione principale di controllo si trovano le linee di alimentazione a bassa tensione (<12V). Queste sono, in larga misura, gli alimentatori punto di carico (POL) che alimentano direttamente i dispositivi controller principali (CPU, FPGA), altri componenti digitali (memoria, transceiver, interfacce), circuiti analogici (ADC, DAC, amplificatori operazionali, ecc.), dispositivi e terminali di I/O. Il design specifico di queste architetture di alimentazione è unico per ciascun VSD e risulta difficile parlare in termini generali, ma gli approcci tipici a queste alimentazioni sono illustrati nella Figura 4 e Figura 5. Nella Figura 4, vengono utilizzati regolatori di commutazione monostadio per alcune linee chiave a bassa tensione, con regolatori a basso dropout (LDO) aggiunti a valle per le linee analogiche sensibili al rumore o le linee a corrente molto bassa a livelli di tensione inferiori.
Approccio del commutatore a singolo stadio
Figura 4
In Figura 5, viene generata una singola guida intermedia (in questo caso 5V) e questa viene ulteriormente ridotta a guide individuali come richiesto dai dispositivi POL. Viene inoltre mostrata la potenziale necessità di sequenziamento o tracciamento di avvio delle guide di alimentazione, che può essere importante nei complessi sistemi multi-controllore utilizzati in molti VSD.
Approccio con interruttore multi-stadio
Figura 5
La progettazione dell'architettura di alimentazione POL è complessa e comporta molti compromessi legati all'efficienza complessiva, ai costi, allo spazio e al rumore. Strumenti come LTpowerCAD, LTpowerPlanner e LTSPICE, di Analog Devices possono significativamente semplificare la sfida progettuale.
Riepilogo
Questo blog ha completato l'argomento degli alimentatori all'interno del VSD, sottolineando l'importanza dei circuiti di protezione per l'alimentazione principale di controllo e trattando le sfide relative alla progettazione della fornitura di bassa tensione POL.
Tag articolo
