Caracteristicile traductoarelor de curent în buclă închisă

Măsurarea curentului este parte integrantă din electronica de putere. Traductoarele de curent furnizează acestei măsurări diferite tehnologii posibile. Cea mai utilizată tehnologie utilizată este efectul Hall în buclă închisă sau poarta de flux în buclă închisă. Tehnologia în buclă închisă oferă numeroase avantaje necesare proiec­tanţilor din electronica de putere. Totuşi, există unele detalii, uneori necunoscute, care pot face o aplicaţie excepţională sau pot produce probleme. În cele ce urmează sunt prezentate unele caracteristici ce trebuie luate în considerare.
Traductoarele de curent sunt dispozitive pasive, în sensul că ele nu influenţează activ curentul ce se doreşte a fi măsurat. Ele necesită alimentare pentru a fi func­ţionale. Cerinţele tipice de alimentare sunt într-un domeniu de sub 30mA indiferent de tensiunea de alimentare. Majoritatea traductoarelor necesită o sursă de tensiune bipolară (tipic ±15V). Traductoarele cu surse de tensiune unipolare au devenit însă din ce în ce mai disponibile. Dispozitivele în buclă închisă au cerinţe suplimentare pentru circuitul curentului din secundar.

Autor: Erik Lange, Inginer Marketing & Aplicaţii, LEM USA, Inc.

Două caracteristici principale ale traductoarelor


Traductoarele de curent (a nu se confunda cu transformatoarele de curent) pot măsura curenţi de c.c. şi c.a. Măsurarea de curent continuu necesită traductoare de curent. Aceasta este una dintre cele două caracteristici care fac ca traductoarele să fie diferite de alte forme de măsurare a curentului. Un curent alternativ curat poate fi măsurat cu ajutorul unui transformator de curent uzual. Dar dacă curentul ce se doreşte a fi măsurat are perioade de timp fără di/dt, este necesar un traductor de curent.
Izolarea galvanică este a doua caracteristică ce conduce la selectarea unui traductor de curent ca soluţie pentru măsurarea curentului. Circuitele primar şi secundar ale traductoarelor de curent sunt izolate electric unul de celălalt. Acest lucru permite un potenţial ridicat în primar (480V) în vreme ce secundarul este o tensiune joasă de control (±15V sau +5V). Izolarea galvanică este obţinută cu ajutorul magne­tismului. Curentul din primar generează un câmp magnetic care este concentrat de un circuit magnetic. Un dispozitiv de măsurare magnetic măsoară câmpul B şi trimite la ieşire intensitatea sub o anumită formă (tensiune sau prag de curent). Informaţia legată de intensitate este convertită în ieşire de curent sau tensiune proporţionale cu curentul primar. Traductorul de curent original este cel cu efect Hall în buclă deschisă. Acest traductor constă din 3 părţi: un circuit magnetic, o celulă Hall şi un amplificator. Ieşirea este o tensiune proporţională cu curentul primar.

Efectul Hall în buclă închisă


Progresul în tehnologia traductoarelor îl constituie efectul Hall în buclă închisă. Buclă închisă preia conceptul de la bucla deschisă şi adaugă o înfăşurare secundară ieşirii. Această înfăşurare secundară este înfăşurată în jurul circuitului magnetic într-un mod în care curentul secundar creează un câmp magnetic în opoziţie cu cel creat de curentul primar. Acesta creează un miez relativ fără flux. Avantajul buclei închise este o lipsă virtuală a curenţilor turbionari şi o lăţime de bandă mai ridicată. Ieşirea poate fi modelată ca o sursă de curent cu un curent de valoare proporţională cu cea a curentului primar într-un raport determinat de numărul de spire din secundar. Faptul că amplificarea este determinată de înfăşurarea din secundar o face virtual imună la schimbări de amplificare cu temperatura.

Figura 1: Buclă închisă

Datele tehnice ale unui traductor în buclă închisă nu vor indica un efect al temperaturii asupra caracteristicii amplificării. Nu există niciun efect al temperaturii asupra amplificării într-un dispozitiv în buclă închisă. Ieşirea de curent este un avantaj fiind mai puţin sensibilă la sursele de zgomot ale aplicaţiei. Curentul de ieşire dintr-o buclă închisă este tipic preluat printr-o rezistenţă de sarcină. Curentul ce trece prin rezistenţă creează o cădere de tensiune ce poate fi măsurată de către un circuit integrat tip analog – digital sau comparator.

Poartă de flux în buclă închisă


Poarta de flux în buclă închisă înlocuieşte celula Hall cu un detector de poartă de flux. Poarta de flux este o bucată de material magnetic inserată într-o gaură din circuitul magnetic. Miezul porţii de flux dispune de o înfăşurare în jurul său ce este alimentată de o tensiune de tip semnal dreptunghiular. Curentul indus este măsurat, iar la atingerea unui anumit prag, forma de undă dreptunghiulară se schimbă. Factorul de umplere al semnalului dreptunghiular este proporţional cu curentul primar. Tehnologia cu poartă de flux este digitală prin natură şi dispune de un ceas intern ce poate apărea drept zgomot în frecvenţa de ceas. Totuşi zgomotul este peste lăţimea de bandă a traductorului. În acest fel sistemul complet constă din: circuit magnetic, poartă de flux şi înfăşurare, un ASIC şi o înfăşurare secundară. Rezistenţa de sarcină poate fi internă dispozitivului, ceea ce va conduce la o ieşire de tensiune. Altfel va fi generată o ieşire de curent. Există alte tehnologii de poartă de flux care utilizează diferite excitaţii şi scheme de detecţie, dar rezultatele generale sunt similare.
Traductoarele în buclă închisă sunt proiectate pentru a măsura un curent continuu egal sau mai mic decât curentul nominal stipulat în datele tehnice. Curentul ce trebuie măsurat este tipic numit curent primar. Curentul de ieşire din conexiunea secundară a traductorului este denumit curent secundar. Traductoarele în buclă închisă pot măsura curenţi peste cel nominal (domeniul de măsurare), dar aceşti curenţi ridicaţi pot fi măsuraţi numai pentru o scurtă perioadă de timp (secunde, ms sau μs).
Avantajele unui traductor de tensiune în buclă închisă sunt similare unei surse de curent ce include imunitate mare la zgomot şi precizie ridicată.

Figura 2: Poartă flux
Menirea unui traductor de curent este aceea de a măsura curentul. Dar la ce nivel de incertitudine? Acestea nu sunt dispozitive ideale şi au o valoare a preciziei asociată lor. Oricât de curios ar părea, amplificarea este definită de o caracteristică mecanică; precizia bobinei secundare depinde de dispozitivul de înfăşurare. Liniari­tatea este definită de caracteristicile materialului din circuitul magnetic. Offset-ul este o funcţie a magnetismului rezidual din circuitul magnetic. Amplificarea nu este afectată de temperatură. Offset-ul este totuşi afectat de temperatură. Deriva de offset cu temperatura va avea un impact asupra aplicaţiei. Acesta este avantajul porţii de flux. Traductoarele cu poartă de flux au un offset iniţial redus şi o derivă scăzută a offset-ului cu temperatura prin comparaţie cu dispozitivele bazate pe efect Hall.

Ordinul de mărime


Una dintre provocările semnificative în toate dispozitivele de măsurare este de câte ordine de mărime pot fi măsurate. Este o funcţie de precizie. Încrederea într-o măsurare necesită un nivel de precizie în punctul de măsurare pentru a avea încredere în număr. Un raport de 4:1 la un punct trebuie să fie un minim (10:1 este mai bine). Un dispozitiv de 100A cu o precizie de 1% poate măsura 1A precis, dar cum să se ştie? Acesta este momentul în care “citirea” şi “clasa de precizie” intră în joc. Amplificarea este întotdeauna un procent din citire, valoarea actuală a curenţilor primari. Liniaritatea este un procent din clasa de precizie, faţă de curentul nominal al traductorului. Offset-ul este de asemenea un procent din clasa de precizie. Aceste 3 erori nu sunt uzual adăugate. Ele pot produce o eroare potenţială ce poate fi nerealistă. Erorile sunt în general ridicate la pătrat individual, însumate şi se ia în considerare rădăcina pătrată. Un traductor cu o eroare de amplificare de 1%, cu o eroare de liniaritate de 0,5% şi o eroare de offset de 0,2% are o precizie de 1,14%. Incertitudinea actuală în Amperi variază cu mărimea curentului primar, în vreme ce amplificarea este interpretată în relaţie cu amperii citiţi. Un traductor de 100A cu precizia de mai sus, citind 10A, va avea o incertitudine de 0,55A, mai bună de 10:1. Un traductor de 100A citind 1A la preciziile de mai sus va avea o incertitudine de 0,54A. 0,54A este mai rău de 2:1 cu 1A măsurat şi nu va fi o măsurare sigură.
Aceasta este provocarea ordinului de mărime. Majoritatea traductoarelor vor gestiona măsurători mai jos de valoarea lor nominală cu un ordin de mărime. Două ordine de mărime este o provocare serioasă. Unele dintre cele mai bune traductoare în buclă închisă se apropie de 4:1 la două ordine de mărime. Se poate obţine mai mult, dacă offset-ul iniţial este făcut nul la pornire, iar deriva de offset cu temperatura este minimizată (poartă de flux). Vă rugăm să vă amintiţi că precizia de măsurare nu se termină cu traductorul. Precizia şi deriva rezistenţei de sarcină intră în joc (1% faţă de 0,1%), la fel şi convertorul analog/digital. Verificarea sistemului utilizând o sondă de osciloscop în buclă deschisă cu precizie de 2%, nu va furniza comparaţii valide cu un traductor de curent cu precizie de 0,5%.

Reducere


Traductoarele vor avea valori nominale pentru curent, temperatură şi lăţime de bandă trecute în datele tehnice. Toate trei nu pot fi utilizate simultan la limită. Amplificatoarele interne ale traductorului au limite. Căderea de tensiune şi puterea sunt partajate între amplificator, înfăşurarea secundară şi rezistenţa de sarcină. O rezistenţă de sarcină mai mică trimite mai multă pu­tere amplificatorului, conducând la o temperatură mai mare a acestuia. O rezistenţă de sarcină prea mare conduce la limitare. Temperaturi ambientale ridicate combinate cu curenţi de măsurare ridicaţi şi o rezistenţă de sarcină mică vor conduce la o putere ridicată disipată pe amplificatorul traductorului. De aceşti factori trebuie ţinut cont în timpul proiectării. Graficele de reducere sunt tipic disponibile pentru a cuantifica interacţiunea dintre aceste 3 variabile. Traductoarele în buclă închisă nu compensează perfect fluxul prin miez. După cum amplitudinea şi frecvenţa cresc, există în miez mai mult flux necompensat. Acest lucru va conduce la curenţi turbionari şi încălzirea miezului. De aici necesitatea pentru reducere.

Deschiderea şi conductorul primar


Plasarea conductorului primar în deschiderea traductorului va avea impact asupra preciziei. Centrarea conductorului şi dimensionarea traductorului sau conductorului pentru a umple cât mai mult din deschidere este posibil. Vă rog să reţineţi că plasarea conductorului primar în marginea deschiderii poate produce o saturaţie localizată la curenţi ridicaţi în funcţie de producătorul traductorului. Nu toate miezurile magnetice sunt create egal. Unii producători realizează miezurile foarte bune ce nu lasă loc pentru erori.

Date tehnice


Toţi producătorii de traductoare de curent furnizează date tehnice pentru produsele lor. Totuşi nu există un standard pentru datele tehnice. Sunt similarităţi şi multe diferenţe. Unele date tehnice au date domeniile de măsurare, dar nu şi valorile nominale. Funcţionarea continuă la limita maximă definită ca domeniu de măsurare poate avea consecinţe negative. Precizia poate fi o combinaţie de erori de amplificare, liniaritate şi offset pentru un producător şi numai eroare de amplificare pentru altul. Unii producători au precizii de înfăşurare mai strânse la fabricaţie; ±3 înfăşurări, faţă de alţii, ±10. Erorile de amplificare rezultate pot fi diferite. Lăţimea de bandă poate fi dată în puncte de ±1dB sau ±3dB.

Concluzie


Un traductor de curent corect selectat pentru o aplicaţie poate asigura cu uşurinţă mai mult de 25 de ani de funcţionare. Prin înţelegerea datelor tehnice din spatele datelor tehnice, sunt posibile proiecte de aplicaţii mai bune şi mai robuste. Asupra performanţelor au impact caracteristici precum: precizie, efectul temperaturii, selectarea rezistenţei de sarcină şi a reducerii. Acestea conduc la necesitatea unui partener de încredere ca furnizor de traductoare.

LEM
www.lem.com
Citeste tot articolul

HAHN - Serie extinsă de regulatoare de tensiune

Una dintre cele mai importante condiţii de mediu pentru buna funcţionare a echipamentelor electrice este calitatea alimentării de la reţea. Tulburări şi influenţe cauzate de porniri, surse de alimentare în comutare, controlere de frecvenţă etc. pun în pericol funcţionarea echi­pa­mentelor şi sistemelor.



Un factor major în apariţia tulburărilor şi influenţelor din reţeua de tensiune îl reprezintă efectele de fază. Acestea apar atunci când resursele sunt operate cu o caracteristică I - U (curent – tensiune) neliniară sau cu un comportament non – staţionar de funcţionare a unei reţele de alimentare. Această problemă a perturbaţiilor de reţea devine mai relevantă prin utilizarea sporită a electronicii de putere cu emisii perturbatoare crescute. Având în vedere creşterea poluării reţelei şi redu­cerea necesară pentru a se conforma cu stabilizarea reţelei de alimentare, cerinţele trebuie să fie adaptate de către produ­că­torii de dispozitive electronice pentru a se conforma cu standardele de compatibilitate electromagnetică.
Cu armonizarea Directivei UE2004/108/CE către noua versiune 2014/30/EG, cu efect din 20 aprilie 2016, noi recomandări au fost aplicate pentru comercializarea de noi dispozitive în Europa.
În scopul de a satisfice aceste cerinţe viitoare privind emisiile în reţea, HAHN vă oferă deja o serie extinsă de regulatoare de tensiune, care va permite în timp foarte scurt să optimizaţi caracteristicile EMC ale dispozitivului dumneavoastră, conforme cu noile standarde.
Cu o putere de până la 10A, precum şi o gamă largă de valori de inducţie, această serie acoperă complet gama de aparate de uz casnic comune, utilizând sarcina lor tipică conectată la priză.
Prin respectarea standardelor relevante EN61558-2-20 pentru regulatoare, EN62041, precum şi conformitatea cu testarea materialelor utilizate după EN60335-1 şi utilizarea izolării cu clasa de izolare B şi FUL1446, integrarea acestor componente este rapidă şi uşoară.
Investiţiile în noi tehnici de măsu­­rare permit de asemenea, soluţii personalizate. Echipa de dezvoltare HAHN şi echipa de suport tehnic vă stau la dispoziţie pentru lămurirea întrebărilor dumneavoastră.

Contact

O’BOYLE SRL
Piaţa Ştefan Furtună nr. 5, Ap. 9, Timişoara, Jud. Timiş
Tel.: 0256-201346
Fax: 0256-221036
office@oboyle.ro
www.oboyle.ro
Citeste tot articolul

Traductoare de curent bazate pe ASIC

Măsurarea curentului este o cerinţă standard în aplicaţiile de electronică de putere. Multe dintre aceste aplicaţii au o componentă de curent continuu a curentului şi/sau necesită izolare galvanică. Aceasta conduce dispozitivul de măsurare către un traductor de curent ca fiind în opoziţie faţă de un transformator de curent. Un traductor de curent va măsura curent AC sau DC. În funcţie de cerinţele de precizie şi lăţime de bandă, selectarea traductorului de curent va fi de tip buclă in deschisă sau în buclă închisă. Precizie mai mare şi lăţime de bandă mai mare necesită uzual o buclă închisă. Precizia este un termen relativ în acest caz. Precizia uzuală a unei bucle deschise este de tipic 1% la 25°C. Precizia unei bucle închise este de aproape 0,5% - 0,7% la 25°C. Aceste precizii sunt o combinaţie de imprecizii pentru câştig şi liniaritate. Eroarea de offset este făcută 0 la pornire, motiv pentru care nu este considerată aici.
Comportamentul buclei deschise şi închise la supra­temperatură diferă semnificativ în ceea ce priveşte măsurarea. La temperaturi peste 60°C în cazul buclei închise se observă o derivă de numai 1% pe întreaga scală. La aceeaşi temperatură de 60°C, o buclă deschisă poate conduce la o derivă de 3% sau mai mult. Aceste erori de temperatură se adaugă erorilor definite la 25°C. Aplicaţiile unde se produce încălzire şi/sau în care măsurarea curentului joacă un rol foarte important în control, necesită o soluţie în buclă închisă.


Autor: Erik Lange, Inginer Marketing & Aplicaţii, LEM USA, Inc.

Un mare pas înainte


Celula Hall este un dispozitiv semiconductor. Amplificatorul utilizat în dispozitivele în buclă închisă şi deschisă sunt de asemenea fabricate din siliciu. Până acum aproape 10 ani aceste două părţi ale traductorului de curent erau fabricate separat. Traductoarele de curent erau fabricate cu componente discrete lipite pe un circuit imprimat. Acest lucru s-a schimbat cu dezvoltarea unui circuit integrat specific aplicaţiei (ASIC) de măsurare de curent.

Figura 1: Traductor în buclă deschisă bazat pe ASIC


Figura 2: Concept intern pentru un traductor de curent bazat pe ASIC

Celula Hall şi amplificatorul erau plasate pe aceeaşi pastilă de siliciu şi incapsulate împreună. Acest lucru a însemnat realizarea de traductoare de curent bazate pe ASIC. Primul traductor de curent bazat pe ASIC a fost seria LEM LTS, traductor în buclă închisă cu celulă Hall pentru montare pe plăci de circuit imprimat.
O tehnică dificil de realizat cu componente discrete este aceea de rotire a celulei Hall. Prin plasarea celulei Hall pe un ASIC, poate fi implementată o matrice de celule Hall a căror informaţie să fie mediată. Acest lucru, în combinaţie cu rotaţia celulei Hall conduce la o măsurare mult mai precisă a curentului. Rotirea se referă la rotirea sursei de curent şi a punctelor de măsurare pe celule Hall individuale, rotite în 4 poziţii. Celulele Hall multiple combinate cu rezultatele rotaţiei conduce la erori de amplificare şi offset mai mici.

Figura 3: Rotirea celulei Hall
Poate unul dintre cele mai mari avantaje ale unui traductor bazat pe ASIC este selectarea sursei de tensiune. Uzual, traductoarele de curent necesitau o sursă de tensiune bipolară (de exemplu ±15V). Aceasta furnizează o ieşire ce are amplitudine şi polaritate. Polaritatea indică sensul curentului. În cazul traductoarelor bazate pe ASIC, sursa de tensiune poate fi una unipolară de 5V sau chiar de 3,3V. Un traductor unipolar păstrează informaţia de sens al curentului prin utilizarea unei tensiuni de referinţă, tipic de 2,5V în cazul unui traductor de 5V. Pentru această tensiune de referinţă se indică curent nul (0A).

Tensiunea de referinţă


Tensiunea se referinţă este generată intern de ASIC. Tensiunea de ieşire proporţională cu valoarea curentului măsurat se adaugă sau se scade din referinţă în funcţie de sensul curentului. Datorită faptului că amplificatorul de ieşire ASIC nu este de tip rail-to-rail, limitele de ieşire sunt de la 0,5V la 4,5V. În funcţie de sensibilitatea programată în ASIC, gama tensiunii de ieşire de la 2,5V la limita respectivă poate reprezenta de trei ori curentul nominal al traductorului. Aceasta permite măsurarea curentului pentru control, dar şi o măsurare de 300% pentru scheme de protecţie dacă este necesar.
Există însă o incertitudine asociată cu tensiunea de referinţă (Vref). În cazul majorităţii traductoarelor bazate pe ASIC, Vref este externalizată printr-un pin de referinţă. Vref este atât tensiune de ieşire cât şi de intrare. Funcţia de ieşire poate fi integrată ca intrare a unui amplificator diferenţial împreună cu tensiunea de ieşire a traductorului (Vout). Scăzând Vref din Vout se elimină eroarea datorată Vref din măsurare. Dar Vref şi Vout pot fi intrări pe două intrări separate Analog-Digital şi pot fi scăzute în software. Vref poate fi de asemenea o intrare datorată unei tensiuni externe aplicate pe pinul Vref. Acest lucru este util din două motive: unul este acela că se poate utiliza o sursă mult mai precisă pentru Vref decât cea internă, iar al doilea este acela că se poate schimba valoarea de referinţă.

Figura 4: Înlăturarea erorii Vref
Tensiunea de refe­rinţă poate fi stabilită mai mare sau mai mică prin aplicarea tensiunii dorite pe pin. Acest lucru poate conduce la un do­me­­niu de măsurare mai mare într-un sens de curent.
Acest lucru este util mai ales în cazul apli­caţiilor de curen­ţi uni­direcţionali.

Siguranţă în funcţionare îmbunătăţită


ASIC este un dispozitiv cu o funcţionare mult mai sigură decât cea a unui traductor construit cu componente discrete. Un traductor bazat pe ASIC va opera pe un domeniu mai larg de temperatură, faţă de dispozitivele cu componente discrete. Această siguranţă crescută în funcţionare, precum şi domeniul extins al temperaturii de operare au condus la dezvoltarea de traductoare de curent bazate pe ASIC pentru industria auto. Aproape orice maşină fabricată astăzi dispune la minimum de monitorizarea curentului la baterie. Maşinile hibride şi electrice vor avea mai mult de o duzină de traductoare de curent în fiecare vehicul. Cerinţele de calitate din industria auto au condus la dezvoltarea de traductoare bazate pe soluţii ASIC. Sursele de tensiune unipolare, greutatea redusă şi siguranţa funcţionării în medii dure sunt câteva dintre caracteristicile traductoarelor tip auto. Familiile de traductoare pentru industria auto şi-au găsit aplicaţii şi în alte domenii, precum vehicule de teren şi echipamente industriale.
Traductoarele bazate pe ASIC permit adăugarea de caracteristici adiţionale. Apare şi ideea de programabilitate. Sunt posibile şi caracteristici de auto-testare. De asemenea sunt posibili şi pini de ieşire dedicaţi, precum detecţie de supracurent (OCD). Erorile de offset şi amplificare pot fi testate pe un domeniu de temperaturi în timpul fabricaţiei, iar programarea poate introduce compensări. Filtrarea poate fi programată, având impact asupra lăţimii de bandă şi timpului de răspuns.

Programabilitate


Dintre caracteristicile de programabilitate, poate că cea cu cel mai mare impact este OCD. Implementat ca un pin din configuraţie internă colector deschis, OCD îşi va schimba stările pe durata episoadelor de supracurent. Pragul OCD este programabil şi poate fi în afara domeniului de măsurare al traductorului. Deşi domeniul de măsurare poate fi concentrat pe domeniul curentului de operare, funcţia de suprasarcină va opera separat. Domeniul de măsurare poate avea un filtru programabil cu un timp de răspuns de 3,5μs pentru motive de control. OCD va răspunde în 2μs.
Controlul este filtrat cu o mai mare sensibilitate decât ar fi posibil altfel dacă funcţia de protecţie ar fi fost inclusă în domeniul de măsurare. Un pin OCD elimină necesitatea unui circuit comparator. Pragul de supra­curent poate fi de 5 ori mai mare decât curentul nomi­nal al traductorului.

Apropierea de soluţiile cu buclă închisă


Măsurarea curentului pe bază de ASIC este veche de peste 10 ani. Multe au fost învăţate în aceşti mai mult de 10 ani. Noile generaţii LEM HG2 Hall Generation 2 ASIC oferă îmbunătăţiri semnificative de performanţe. Performanţele unui traductor în buclă deschisă bazat pe HG2 se apropie de traductoarele în buclă închisă. Pentru aplicaţii cu frecvenţă fundamentală mai scăzută (< = 400Hz), traductorul în buclă deschisă LEM HG2 va oferi o lăţime de bandă şi timp de răspuns aproape de valorile traductoarelor în buclă închisă. Incertitudinea cu temperatura se va apropia de performan­ţele traductoarelor în buclă închisă mai mult decât cele ale generaţiei 1 de dispozitive ASIC. Acest lucru permite aplicaţiilor existente să opereze mai bine şi aplicaţiile ce anterior nu puteau fi realizate cu ASIC pot fi acum implementate cu ASIC. Suplimentar îmbună­tăţirii performanţelor, includerea unei ieşiri OCD permite ca domeniul de măsurare să fie mai concentrat pe domeniul de control dinamic al aplicaţiei, îmbună­tăţind şi mai mult performanţele.

Concluzii


Implementarea traductoarelor de curent bazate pe ASIC deschide funcţionalităţi pe care traductoarele tradiţionale cu componente discrete nu le puteau niciodată atinge. Disponibilitatea traductoarelor de înaltă siguranţă în funcţionare bazate pe ASIC cu domeniu extins al temperaturii de operare a permis dezvoltarea măsurării de curent pentru industria auto. Sursele unipolare ale ASIC-urilor au simplificat schemele de alimentare. ODC programabil permite domenii de măsurare mult mai eficiente, oferind însă praguri de suprasarcină. Dezvoltarea celei de a doua generaţii de dispozitive ASIC a permis îmbunătăţirea performanţelor. Cu performanţe mai bune şi funcţionalitate suplimentară, dispozitivele Gen 2 în buclă deschisă se apropie de performanţele standard în buclă închisă. Acest lucru permite aplicaţiilor în buclă deschisă să implementeze imediat generaţia a doua de dispozitive şi să îmbunătăţească performanţele. Pentru noile design-uri, generaţia a doua de dispozitive permite implementarea de aplicaţii mai complexe şi înlocuirea traductoarelor în buclă închisă.
www.lem.com
Citeste tot articolul

45 secunde pentru a comanda propriul motor de curent alternativ fără perii

Visul oricărui inginer care proiectează un invertor cu 3 faze pentru un motor de curent alternativ fără perii, este de a obține rapid o soluție care funcționează, acordată la motorul său specific. Dar, aceasta este o experiență dificilă pentru a obține parametrii intrinseci pentru un motor AC fără perii, personalizat. Mai mult decât atât, calibrarea coeficienților încorporați în software necesită o expertiză și eforturi, pentru a ajunge la comportamentul așteptat de la sistem.



Autor: Vincent Mignard, Renesas

Deoarece fiecare motor și echipament au propriile lor specificații tehnice în ceea ce privește viteza, cuplul, timpul de reacție și eficiența, inginerii trebuie să facă un efort continuu pentru a încorpora noi motoare și echipamentele lor electronice. Renesas oferă acum un instrument de vis și o îmbunătățire a existentului kit de control al motorului - RX62, kit de referință, (cod: YROTATE - IT - RX62T) și, recent, o nouă ofertă de referință, kit-ul de control al motorului - RX220, (cod: YROTATE - IT - RX220). Ambele kit-uri sunt concepute pentru a controla orice motoare de curent alternativ cu magnet permanent, folosind un algoritm de control prin senzori de orientare a câmpului magnetic.

Figura 1: Ecrane ale interfeţei PC GUI legate de procesul de auto-acordare
Software-ul care rulează pe RX62T foloseşte aritmetica în virgulă mobilă, iar pe RX220, foloseşte aritmetica în virgulă fixă. Fiecare kit se bazează pe un singur circuit imprimat folosind un microcontroler (MCU) pe 32 de biți (RX62T sau RX220), un etaj de putere folosind MOSFET-uri și șunturi de curent ca senzori de control. Software-ul încorporat este gratuit (royalty free) și folosește o mică zonă de memorie flash și resurse minime ale CPU.
Interdependența dintre hardware-ul de dezvoltare și un motor se face ușor folosind o interfață grafică foarte bogată în caracteristici, PC Graphical User Interface (PC GUI). În cele din urmă, PC GUI permite: măsurarea automată a parametrilor unui motor fără perii, calibrarea coeficienților de control Proporțional/Integral ai curentului și garantarea unui proces de start-up în condiții de siguranță și de încredere. Având toate acestea, haideți să încercăm să înțelegem de ce kit-urile și interfața PC GUI asociată pot îndeplini visul oricărui inginer în dezvoltarea de noi invertoare electronice.

Figura 2: Trei butoane de auto-acordare ale PC GUI
Software-ul de control integrat și interfața pentru utilizator - PC GUI, au două avantaje cheie de care să țineți seama:
1) Tuning-ul coeficienţilor PI (Proportional-Integral) de control al curentului: Acordarea pentru controlul PI necesită în mod normal utilizarea unui osciloscop și generarea de către sistem a unei variații de tip treaptă de curent, în scopul de a analiza răspunsul la acest stimul. O astfel de caracteristică a fost prevăzută în urmă cu câțiva ani pentru kit-urile Renesas, dar acesta este un proces manual și consumator de timp. Instrumentul de proiectare Renesas permite ca un control PI pentru un motor să fie acordat ușor și rapid, folosind pur și simplu o placă cu invertor conectată la motor împreună cu PC-ul. În primul rând, se realizează detectarea automată a valorilor corecte ale constantelor PI. Se oferă astfel utilizatorului valorile de lucru ale constantelor PI pentru curent. În al doilea rând, utilizatorul poate rafina acordarea prin impunerea unei trepte de curent la o valoare dorită și apoi să analizeze răspunsul sistemului direct în interfața cu utilizatorul, fără a fi nevoie de un osciloscop scump, un depanator și un transformator de izolare.
2) Auto-detectarea parametrilor motorului: În mod implicit, parametrii modelului matematic ai motorului trebuie să aibă valori definite inițial, în scopul de a începe și a rula algoritmul de sesizare sinusoidal. Cei mai importanți parametri sunt: rezistența statorului, inductanța sincronă și legăturile de flux magnetic permanent (de exemplu, Forța Electromotoare de reacție). Măsurarea acestor parametri este complexă și necesită de obicei un laborator complet echipat cu instrumente specifice. Folosind noul instrument de proiectare a motoarelor de la Renesas, valorile acestor parametri sunt identificate automat chiar de invertorul cu 3 faze. Interfața utilizatorului cu PC-ul afișează valorile măsurate în câteva click-uri de mouse.

Notă: În cazul motoarelor non-izotrope, este furnizată valoarea medie pe două axe Ld și Lq a inductanţei.

Platformele de referință RX62T și RX220 oferă o conexiune USB complet izolată la PC, astfel încât în acest moment nu este nevoie de niciun transformator de izolare. Interfața grafică între utilizator și PC este capabilă să afișeze toate valorile interne ale algoritmului și este posibilă vizualizarea răspunsului PI la variația treaptă de curent, faza sistemului și formele de undă sinusoidale ale curentului, așa cum se arată în Figura 1.
PC GUI oferă trei funcții principale care permit calibrarea completă în 45 de secunde. Prima dintre ele este cea de auto-acordare de tip PI a curentului, a doua este identificarea parametrilor motorului și a treia este imaginea tip fereastră osciloscop, așa cum se arată în Figura 2. Cei cinci parametri extrași în timpul procesului de auto-acordare pot fi stocați în memoria EEPROM printr-un simplu click de mouse.
Să intrăm acum în mecanismele tehnice concepute pentru a descoperi cei cinci parametri principali. Structura cu blocuri afișate din figura 3, face o buclă externă de viteză care produce referința cuplului. Două bucle interne de curent produc referințe de tensiune, care sunt aplicate la invertorul cu 3 faze.
Folosind transformările sistemelor de referință, controlul de cuplu și controlul de flux sunt decuplate. O mare parte a algoritmului constă în schimbările sistemelor de referință, în particular, schimbarea între referința sistemului bidimensional legat de stator și sistemul bidimensional legat de rotor. Primul sistem este staționar, al doilea este de obicei în rotație, iar transformarea se numește PARK transform și necesită poziția unghiulară a rotorului în ceea ce privește statorul. Această poziţie este poziția vectorului flux, dat de magneții permanenți. Pentru a se calcula într-un sistem de senzori, sunt efectuate mai multe operații folosind ecuațiile modelului motorului.

Figura 3: Diagrama cu blocurile algoritmului de control prin senzori vectoriali
Buclele de control sunt realizate folosind controlul PI standard, care reglementează curenții. Aceasta este partea fundamentală a algoritmului de control al motorului, folosit pentru a controla curentul livrat la faza motorului. Controlerul PI este proiectat să producă un semnal de ieșire compozit, pentru a compensa eroarea.
Cei doi termeni ai controlerelor depind de coeficienții Proporționali - Kp și coeficienții Integral - Ki. Algoritmul PI creează o formă de undă pentru tensiune, în așa fel încât curentul rezultat are forma de undă dorită. Aceasta se obține comparând ieșirea actuală a sistemului produsă efectiv, cu cea dorită, și construind o intrare pentru sistem adecvată, bazată pe eroarea în sine. Intrarea pentru sistem este compusă din doi termeni, unul proporțional cu eroarea, iar cel de al doilea proporțional cu integrala erorii.

Figura 4: Model de motor cu o singură fază
Pentru a regla orice motor de curent alternativ fără perii, trebuie să fie obținute valorile Kp și Ki. În acest caz, sistemul de control poate fi privit ca un circuit RL. De aceea, modelul de motor din figura 4, a creat cu v(t) generat de controlerul PI, o inductanță și o rezistență care permit măsurătorile indirecte ale coeficienților necunoscuți.
Răspunsul măsurat al circuitului este reprezentat pe partea stângă. Cei doi coeficienți notați “L/R” și “1/R” trebuie să fie măsurați, în scopul de a afla coeficienții Kp și Ki. Răspunsul așteptat al sistemului are o variație bine cunoscută. Deci, devine posibil să obținem de la sistemul în buclă închisă, a celor doi coeficienți, Kp și Ki prin măsurare: câștigul în starea de echilibru și constanta de timp a circuitului echivalent RL.
Figura 5 prezintă etapele utilizate pentru a măsura cele două rapoarte și calcula coeficienții PI necunoscuți.

Figura 5: Trei pași pentru măsurarea automată a coeficienţilor PI
O astfel de abordare este rapidă și implementată de ambele familii de microcontrolere: RX62T și RX220. Se evită orice consum de timp pentru calcul manual și experimentare și procesare de eroare. Alt beneficiu al celui mai nou software încorporat este identificarea automată a parametrilor de motor fără perii. În schema bloc a algoritmului de control, Blocul Estimare de Fază (Phase Estimation Block) folosește parametrii modelului de motor pentru a rula corect. Cei trei parametri sunt: rezistența statorului - Rs, inductanța sincronă - Ls și amplitudinea fluxului magneților permanenți - Lm. Figura 6 prezintă ecuațiile motorului utilizate în programul software încorporat în blocul de estimare a fluxului. Modelul utilizat aici se referă la stator. După mai multe simplificări, în ecuația vectorială finală, apar parametrii necunoscuți.
În cazul în care software-ul încorporat oferă o tensiune sinusoidală la o anumită frecvență, și se măsoară curentul obținut, toate cantitățile din ecuație sunt cunoscute, cu excepția celor trei coeficienți.
Deci, procedura implementată constă în stimularea fazelor motorului, cu tensiune având diferite forme de undă și măsurarea curenților corespunzători.

Figura 6: Ecuaţii utilizate în blocul de estimare a fluxului
Ultimul pas este de a rezolva un sistem algebric de trei ecuații cu trei necunoscute, așa cum se arată în Figura 7.
Datorită puternicei interfețe PC GUI, procesul durează 45 secunde pentru a extrage cinci parametri: Kp, Ki, Rs, Ls și Lm, controlând în cele din urmă un motor necunoscut de tip AC fără perii, cu 3 faze. O astfel de procedură nu are nevoie de echipamente specifice sau instrumente scumpe. Nu este necesar un transformator de izolare specific și o astfel de auto-acordare este utilizabilă pentru motoare de joasă cât și de înaltă tensiune. Ea se potrivește ușor pentru a evalua diferite motoare în câteva minute pentru fiecare cerință a unui echipament.
Nu există nicio teamă atunci când se începe o proiectare de invertor cu 3 faze, având un astfel de instrument ce permite ca orice inginer să controleze propriul motor în mai puțin de un minut și astfel să poată aloca timpul pentru dezvoltarea de aplicații. Niciun know-how profund nu mai este necesar, pentru a scurta timpul de învățare global și timpul pentru a lansa pe piață primul prototip. În cele din urmă, procedura se face off-line și necesită doar câteva MIPS-uri executate de MCU și arie mică de memorie. Până la treizeci de tipuri de motoare de curent alternativ fără perii au fost acordate cu ajutorul puternicei soluții de auto-acordare care rulează pe familiile de microcontrolere RX220 sau RX62T.

Figura 7: Trei pași pentru identificarea automată a parametrilor motorului
Ambele platforme de referință sunt capabile de a comanda motoare de 24VDC și pot controla motoare de mai mulți kilowați, folosind un etaj de putere externă. Acum, aceasta este o oportunitate pentru voi de a încerca cea mai recentă soluție Renesas, comandând kit-urile:

• Pentru RX62T, care integrează unitatea de calcul în virgulă mobilă: YROTATE-IT-RX62T
• Pentru RX220, folosind aritmetică în virgulă fixă: YROTATE-IT-RX220

Ambele kit-uri livrate de Renesas sunt oferite la un preţ sub 200 € per kit și răspund nevoii pentru un proiect de referință capabil de a comanda foarte repede motoare fără perii.


Cuvinte cheie: control PI, auto-acordare, PC GUI, motoare fără perii, motoare cu magneți permanenți, senzori de orientare a fluxului magnetic, software încorporat gratuit, RX220, RX62T, rezistența statorului, inductanța sincronă, flux magnet permanent.

URL-uri legate de articol:
Renesas RX MCU Family: www.rxmcu.com
RX62T Group: www.renesas.eu/products/mpumcu/rx/rx600/rx62t/index.jsp
RX63T Group: www.renesas.eu/products/mpumcu/rx/rx600/rx63t/index.jsp

Renesas
www.renesas.com
Citeste tot articolul

Controlul iluminatului prin conectivitate în rețea

Controlul iluminatului a intrat într-o fază de dezvoltare deosebită, ce are ca aplicație principală reducerea consumului de energie în clădiri, birouri și case. O altă aplicație atractivă este cea a iluminatului decorativ. Controlul unui ansamblu de dispozitive de iluminat se face prin realizarea unui sistem, în care comunicarea se face prin fire sau wireless.



IEC 60929 și IEC 62386 sunt standarde tehnice pentru sistemele bazate pe rețea care controlează iluminatul prin sisteme de automatizare a clădirilor. Ele s-au stabilit ca un succesor pentru sisteme de control al iluminatului prin semnale 0 - 10V și ca o alternativă de standard deschis pentru Interfață de Semnal Digital (DSI), pe care se bazează. IEC 60929 este prima versiune a standardului și va fi retras la 23 iunie 2014. Membrii ai DALI AG (Digital Addressable Lighting Interface Activity Group) au voie să folosească marca Digital Adressable Lighting Interface (DALI) pe dispozitive care sunt conforme cu standardul actual. Cei care nu sunt membrii AG DALI pot aplica marca plătind o taxă de permisiune.

Caracteristici tehnice ale rețelei DALI, conectivitate cu fire


O rețea DALI constă dintr-un controler și unul sau mai multe dispozitive de iluminat (de exemplu, balasturi electrice și variatoare), care au interfețe DALI. Controlerul poate monitoriza și controla fiecare dispozitiv de iluminat prin intermediul unui schimb de date bi-direcțional. Protocolul DALI permite dispozitivelor să fie abordate în mod individual și se încorporează, de asemenea, mesaje de grup și de scenă, pentru a aborda simultan mai multe dispozitive (de exemplu “Group 1 Goto 100%” sau “Recall Scene 1”).
Fiecărui dispozitiv de iluminat i se atribuie o adresă statică unică, în intervalul numeric 0-63, făcând posibilă conectarea de până la 64 de dispozitive într-un sistem independent. Alternativ, DALI poate fi folosit ca un subsistem, prin gateway DALI, pentru a aborda mai mult de 64 de dispozitive. Datele sunt transferate între controler și dispozitive prin intermediul unui protocol serial asincron, semi-duplex, pe un bus cu două fire, cu o rată de transfer de date fixă, de 1200 biți/s.
DALI necesită o singură pereche de fire pentru a forma magistrala de comunicare pentru toate dispo­zi­tivele dintr-o rețea unică DALI. Rețeaua poate fi aranjată într-un bus sau într-o topologie stea, sau o combinație a acestora. Sistemul DALI nu este clasificat ca SELV (Separated Extra Low Voltage), și, prin urmare, pot fi trase lângă cablurile de rețea sau într-un cablu multifilar, care include și alimentarea. Datele DALI sunt transmise folosind codificarea Manchester și are un raport mare semnal/zgomot, care permite comunicații fiabile, în prezența unui nivel ridicat de zgomot electric. DALI are o punte de diode în circuitele de interfață, astfel încât dispozitivele pot fi conectate, fără a ține cont de polaritate. Nivelul semnalului este definit ca 0 ±4,5V pentru “0” și 16 ±6,5V pentru “1”. Interfața centrală are puterea maximă de 250mA, iar pe unitate are 2mA. Cablul de rețea trebuie obligatoriu să aibă izolare la 600V și cel puțin un 1 mm secțiune transversală, cu o cădere maximă de tensiune de 2V de-a lungul cablului (max 300 m). Interfața de semnal este separată galvanic și nu are nevoie de nicio rezistență terminală.
Generațiile anterioare de dispozitive DALI stochează date de configurare în EEPROM, ceea ce a creat o problematică din cauza numărului limitat de cicluri de scriere suportate de acest tip de memorie. În gene­rațiile actuale de dispozitive DALI, memoria RAM este preferată utilizării de EEPROM în timpul func­ționării normale, ceea ce reduce semnificativ numărul de scrieri în EEPROM și, astfel, se extinde timpul vieții lor. Această utilizare de RAM, cu toate acestea, este patentată și, prin urmare, se plătește o taxă de licență.

Algoritm de ajustare nivel de lumină


Nivelele de lumină reglate prin unitățile de control sunt ajustate cu un algoritm adaptat la sensibilitatea ochiului, astfel încât o luminozitate uniformă se realizează chiar și cu unități de la diferiți producători.
Ca răspuns la cererea tot mai mare de control DALI pentru aplicațiile de iluminat cu LED-uri, firma MeanWell ( www.meanwell.com) a introdus Convertorul DALI / PWM, model DAP-04. Împreună cu sursele LED PSU MeanWell, echipate cu funcția de dimming “3-în-1”, acest nou produs face controlul DALI posibil, pe corpuri de iluminat cu LED-uri. DAP-04 este echipat cu ambele funcții de control al intensității:
DALI dimming și push-dim, ceea ce îl face foarte versatil. Vezi: http://www.led-professional.com

Caracteristici:
• Gama de intrare 90 … 305VAC
• Conversie semnal DALI la semnal PWM
• Funcţie push-dim inclusă
• 4 canale de ieșire adresabile DALI
• Reglaj selectabil, liniar sau logaritmic (IEC62386-207)
• PWM activ la nivel mare sau activ la nivel scăzut, selectabil
• Interval de reglare a intensității luminoase: 1 … 100%
• Izolație Clasa II, fără bornă FG
• Consum de putere <0.5W
• Contact releu inclus, pentru controlul ON/OFF al sursei de alimentare LED-uri
• Grad de protecție IP20
• Răcite prin convecție în aer liber
• Temperatura de lucru: -30 … +60°C
• Carcasă din plastic complet izolată, UL 94V-0
• Standarde DALI (IEC62386-101,102,207)
• Certificate: EN61347-1, EN61347-2 la 11, EN61058-1
• 3 ani garanție

Controlul iluminării prin conectivitate wireless


La CES - International Consumer Electronics Show, ianuarie 2014, în Las Vegas, ( http://ces.cnet.com), NXP Semiconductors a făcut o demonstrație cu o rețea wireless pentru iluminat inteligent proiectată pentru instalare cu ușurință în casă. Demo-ul include un comutator cu recoltare de energie (fără baterie, fără fire), dezvoltat de EnOcean, un lider mondial în soluții wireless de recoltare de energie (vezi adresa web: http://youtu.be/iWKVYO1FlLg).
Comutatorul utilizează microcontrolerul wireless NXP JN5161 și implementează funcția Power ZigBee® Green. Rețeaua NXP de iluminat inteligent prezentată la CES 2014 include un comutator EnOcean cu recoltare de energie, LED-uri RGB și o punte de legătură la Internetul lucrurilor (IoT). Prin utilizarea tehnologiei NFC (Near Field Communication), comutatorul EnOcean poate fi adăugat la o rețea de domiciliu, pur și simplu prin butonarea unui telefon mobil echipat NFC, printr-un gateway, pentru a colecta parametri importanți de rețea, și apoi prin utilizarea telefonului se trec la comutator. Proiectat de NXP, gateway-ul conectează dispozitive, folosind ZigBee sau JenNet-IP™, la Internet, prin intermediul unui router Wi-Fi existent acasă. Gateway-ul pur și simplu se conectează la router-ul de origine printr-un port Ethernet, și sprijină ZigBee Light Link, ZigBee Home Automation și JenNet-IP™ pentru comunicații fără fir, precum și NFC pentru punerea în funcțiune. Completând demo-ul s-au controlat fără fir LED-uri colorate și s-a reglat intensitatea luminoasă de culoare albă la lămpi cu LED-uri reglabile, care pot fi, de asemenea, adăugate la rețea cu ajutorul NFC și apoi controlate prin intermediul unui smartphone Android™.
Vezi link-uri utile la adresele: www.enocean.com și www.nxp.com/techzones/wireless-connectivity
Becuri de iluminat inteligente, comandate wireless, sunt acum disponibile de la importanți comercianți cu amănuntul din SUA. Provocarea de acum este să se asigure că înființarea și extinderea unei rețele fără fir, de iluminat inteligent, este posibilă și ușoară pentru utilizatorul de acasă. NFC oferă un mod rapid, sigur și ușor de a adăuga noi dispozitive pentru rețelele de acasă și la mai largul Internet al lucrurilor (IoT), făcând consumul de energie mai eficient.
Firma MeanWell ( www.meanwell.com) a prezentat la expoziția Light+Building, Frankfurt, martie 2014, un sistem wireless, fără baterie, bazat pe tehnologia EnOcean prin care poate controla nivelul iluminării pe 6 canale / 5A per canal.

Caracteristici tehnice
• Curent de ieșire: 5A per canal, protecție la suprasarcină
• Convertor DC/DC
• 6 canale de ieșire PWM
• Reglajul iluminării 20 … 100%
• Bazat pe tehnologia EnOcean
• Poate lucra cu alți senzori EnOcean (contact la ușă, senzori de lumină, temperatură, prezență)
• Alimentare: 10 … 34Vdc
• Conectoare fără șuruburi

Controlul wireless al iluminării


Convertorul recepționează comanda de reglare a nivelului de la butonul EnOcean pe rază de 30 m.

Beneficiile butonului fără fir și fără baterie


• Nu cere baterie;
• Nu necesită siguranțe fuzibile;
• Lucrează la tensiune joasă, de siguranță;
• Instalare fără limitări.

Notă:
Industria de iluminat cere o luminozitate mai mare la modele cu LED-uri din ce în ce mai mici și mai compacte, făcând ca lămpile și corpurile de iluminat să devină treptat mai calde. Căldura este inami­cul la performanță a LED-urilor, le scade fiabilitatea și durata de viață. Combaterea temperaturii mai ridicate se bazează pe radiatoare, adezivi de înaltă performanță cu silicon, încapsulări și soluții optice pentru LED-uri, care să ajute la disiparea maximă a căldurii. Vezi: Led Materials la Dow Corning http://www.dowcorning.com.


Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro

ECAS

ELECTRO
asigură aprovizionarea și asistența tehnică pentru orice tip de dispozitive și componente solare: generatoare, controlere de încărcare, baterii reîncărcabile, invertoare, cabluri și conectoare, semiconductoare (diode și circuite integrate specifice domeniului solar), LED-uri și dispozitive de iluminat cu LED-uri.

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor MEAN WELL.
Citeste tot articolul

Ventilatoare pentru managementul termic al instalaţiilor

Managementul termic reprezintă o problemă importantă pentru toate sistemele electrice, în special pentru cele de calcul şi automatizare. Aurocon COMPEC vă pune la dispoziţie tot ceea ce este necesar pentru a păstra sub control temperatura sistemului dumneavoastră. Puteţi opta pentru module de ventilaţie pentru carcase, ventilatoare axiale, ventilatoare plate, ventilatoare de evacuare, ventilatoare fixe şi portabile, ventilatoare de filtrare, precum şi controlere, senzori de temperatură şi accesorii pentru ventilatoare.



Ventilator axial capsulat, 60mm × 10mm, 12Vdc


• Status RoHS: Conform
• Nr. stoc RS: 789-7860
• Marca: Knight Electronics
• Cod de producător: OD6010-12HSS

Ventilatoarele capsulate axiale oferite de RS reprezintă soluţii compacte, economice şi sigure pentru aplicaţii de uz general. Acestea sunt de culoare neagră şi sunt conforme UL, cUL, TUV.

Suflantă, 51mm × 15mm, 7 mc/h, 12Vdc


• Status RoHS: Conform
• Nr. stoc RS: 787-8967
• Marca: ARX
• Cod de producător: FW1251-A1051C2AL

Suflantele de curent continuu ARX cu lagăre ceramice sunt construite cu material ceramic rezistent pentru a oferi caracteristici foarte bune în ceea ce priveşte uzura şi frecarea. Lagărele ceramice asigură o funcţionare silenţioasă, cu o durată mare de viaţă. Dispozitivele sunt rezistente la căldură şi umiditate. Pentru operare nu este nevoie de uleiuri sau unsoare, suprafeţele ceramice asigurând frecare redusă şi auto-polisare.

Aurocon COMPEC
Bd. Theodor Pallady, Nr. 287, Sector 3, Bucureşti
Tel: 021.304.62.33
Fax: 021.304.62.34
compec@aurocon.ro
www.compec.ro
www.rsromania.com
Citeste tot articolul

Economisirea energiei prin reţele de management al puterii

Pentru a satisface liniile directoare europene de emisii de bioxid de carbon - European CO2, producătorii de automobile au investigat toate sistemele cu privire la respectarea eficienței energetice.
Chiar și cel mai mic consumator poate deveni un factor în a decide dacă o taxă de 95 EUR per 1g CO2/km trebuie să fie plătită sau nu. Unități de control ce nu sunt cerute în mod constant în prezent - la fel ca în telefoanele mobile - urmează să fie puse să lucreze în modul de economisire de curent. Două standarde de rețea concurente se luptă pentru a intra în atenția dezvoltatorului, anume rețelele numite Pretended Nework și Partial Nework. Acest articol analizează fiecare standard în ceea ce privește avantajele și dezavantajele și oferă abordări de soluție.



Figura 1

Provocarea - taxa pe CO2


Din 2012, toată lumea vorbește despre reglementarea Europeană în ceea ce priveşte taxarea emisiilor de CO2 ale automobilelor. Pentru automobilele vândute în Europa, ale căror emisii de CO2 depășesc limitele de reglementare, fiecare producător de automobile trebuie să plătească taxe de penalizare. Intenția din spatele acestei preocupări este de a face industria și consumatorii conștienți de costurile schimbărilor climatice și daunele asupra mediului cauzate de emisiile de CO2, printr-un preț clar. Taxa pe CO2 a determinat discuții controversate în public.
Dezbateri aprinse au urmat asupra cantității de CO2 taxate, eficacității acestei taxe sau întrebarea dacă taxa pe CO2 este totuși justificată. De fapt, taxa pe CO2 a declanșat o lungă discuție despre o problemă reală, legată de resursele limitate și de schimbările climatice. În afară de dezbaterea emoțională, mai este cale lungă de parcurs pentru a rezolva problemele. Producătorii de automobile au analizat modelele lor de autoturisme și au evaluat potențialele îmbunătățiri deja înainte de 2012. În fiecare segment constructiv, cum ar fi motorul cu combustie, aspirația aerului, rezistența la drum, până la consumatorii electrici, au fost calculate posibile îmbunătățiri și costuri aferente. Din acest punct de vedere, taxa pe CO2 motivează inovarea pentru procesele economice și utilizarea eficientă a energiei.
Reducerea CO2 prin unități de control
Acest articol se referă la rolul unități electronice de control care, asistată de microcontrolere, contribuie în mod semnificativ la reducerea consumului de ener­gie în autovehicule. Într-un autovehicul premium tipic, sunt folosite până la 100 de unități de control - interconectate într-o rețea - pentru a ajuta la creșterea eficienței.
Unele dintre acestea sunt active chiar și atunci când un autovehicul este parcat (de exemplu, controlul ușilor și protecția anti-furt). În scopul de a evalua creșterea eficienței în acest segment, trebuie să fie revizuit lanțul complet de factori cu impact asupra eficienței (vezi figura 1).
Unul dintre cei mai mari consumatori de energie într-o unitate de control este microcontrolerul, care este ali­mentat de la un regulator de tensiune. Regulatorul de tensiune pentru unitatea de control este alimentat prin alternator (dinam), care la rândul său este rotit de motorul cu combustie. Acest lucru înseamnă consum de combustibil, eliminând astfel CO2. Prin urmare, mai mult curent pentru un microcontroler necesită mai mult combustibilul consumat și, în consecință, vehiculul elimină mai mult CO2.
Un model de autovehicul premium, cu 100 de unități de control a ajuns acum să emită până la 5g CO2/km, doar ca urmare a consumului de curent în partea de control electronic, fără niciun alt consumator electric, de exemplu, farurile sau ventilatorul de aer condi­ționat. Taxa pe CO2 prevede perceperea de 95 EURO per 1g CO2/km per autovehicul, dacă limita de greutate specifică pentru emisii de CO2 este depășită. Astfel, pentru o emisie de 5g CO2/km, un producător de autovehicule ar trebui, prin urmare, să plătească o taxa de CO2 de până la 475 EURO.
Astfel de evaluări au crescut nivelul de conștientizare chiar și pentru cel mai mic consumator de energie. Departamentele de dezvoltare au urgentat să pună unitățile de control în modul de economisire curent cât mai des posibil sau chiar să le închidă complet. Această idee a fost copiată de la laptop-uri și telefoane mobile, în care display-urile sunt oprite și frecvența procesorului este redusă în cazul în care acesta este inactiv. Desigur, consumul de curent redus este, de asemenea, cuplat întotdeauna cu o funcțio­nalitate redusă și, în plus, timpul de revenire până când se ajunge la funcționalitatea completă este lung - la fel ca în cazul laptop-urilor. În timp ce o unitate de control a luminii pentru un trailer poate fi oprită complet, fără nicio pierdere de confort, în cazul în care niciun trailer este atașat la mașină, situația este diferită în cazul unui ventilator de aer condiționat. Prin urmare, inginerii trebuie să ia în considerare și să controleze exact atunci când o unitate de control nu este solicitată, în scopul de a economisi energie în detrimentul funcționalității acestuia.

Rețea de unități de control


Din moment ce în mașinile moderne toate unitățile de control comunică una cu alta prin intermediul unei rețele, producătorii de automobile au creat standarde care definesc cât de mult și în ce moment de timp, curentul pentru unitatea de control poate fi economisit. Un astfel de Software-Standard-Platform este, de exemplu, AUTOSAR. Ambele abordări de rețele, și anume “Partial Network” și “Pretended Network” au fost definite aici.
Comun pentru ambele abordări este că au fost speci­ficate 2 niveluri de economisire. În Pretended Network sunt “Nivelul 1” și “Nivelul 2”, iar în Partial Network sunt “Standby” și “Sleep”. Cu cât reducerea de curent este mai ridicată, cu atât este mai lung timpul de “trezire” a unei unități de control până când își recapătă funcționalitatea completă (vezi figura 2).

Figura 2

Pretended Network


Pretended Network urmează așa-numita abordare a celei mai bune practici (Best Practice); curenții de aici - în comparație cu Partial Network - chiar în condiții de utilizare extrem de redusă de resurse, sunt foarte mici, în prezent sub 7mA (ținta în viitor este de sub 2mA). Limita inferioară a curentului este determinată de un transceiver standard utilizat în prezent, care, prin curentul său de 5mA are ponderea cea mai mare în curentul de așteptare totală. În special producătorii de serii mari de autovehicule apreciază avantajul că noile unități de control Pretended Network pot funcționa împreună cu unitățile mai vechi din aceeași rețea. Acest lucru reduce riscul de dezvoltare consi­derabil și, de asemenea, permite introducerea continuă a acestei tehnologii în cadrul modelului de generație următoare.
Timpul de trezire este conside­rabil mai mic decât în Partial Network, deoarece microcontrolerul nu are alimentarea întreruptă în întregime niciodată astfel încât modernele moduri de economisire a energiei de către microcontroler pot fi utilizate în mod optim.

Partial Network


Partial Network este mult mai radicală față de Pretended Network și este, de asemenea, o abordare mai scumpă. Un nou tip de transceiver de rețea inteligentă controlează unitatea de comandă în întregime. Astfel, curenți de așteptare sub 0,5mA sunt posibil de realizat, dar aceasta nu este o soluție low-cost. O implementare completă a acestui standard prevede ca toate unitățile de control dintr-o rețea trebuie să fie dotate cu transceivere de rețea inteligentă. Un alt dezavantaj, pe lângă costurile suplimentare, este că unitatea de control are timpul de trezire relativ lung din modul de economisire maximă a curentului. Acest lucru se datorează faptului că pentru microcontroler, este aproape ca un proces de pornire la rece, care poate dura până la de 10 ori mai mult ca o pornire la cald (warm-start).

Decizia: Revoluție sau Evoluție?


Fiecare producător de autovehicule trebuie să-și pună întrebarea: Revoluție sau Evoluție? Ce se alege? Partial Network sau Pretended Network - sau cu alte cuvinte - cât de mulți bani și eforturi se pot consuma pentru a atinge obiectivul, respectiv reducerea emisiilor de CO2.
Astfel, întrebarea care se pune este: nu ar fi mai bine ca resursele pentru un transceiver de rețea scump plus eforturile suplimentare necesare pentru a converti software-ul din toate unitățile de control rețea și având reacția lentă a unității de comandă în modul de salvare maximă de curent să fie cheltuite pentru ceva diferit?
Abordarea soluției: Tehnologii de Economisire a Energiei (EST - Energy Saving Technologies)
În paralel cu relativ recenta dezbatere asupra economisirii de curent datorită taxei Europene CO2, Renesas a dezvoltat mai multe tehnologii care reduc consumul de curent al microcontrolerelor.
Cele 5 soluții diferite de economisire a energiei, au fost realizate astfel:

ES-FT: “Economisirea energiei – Flash Technology”
ES-NP: “Economisirea energiei – Network Power Management”
ES-LPS: “Economisirea energiei - Low Power Sampler”
ES-PM: “Economisirea energiei – Power Modes”
ES-PS: “Economisirea energiei – Power Scaling”

Primele două dintre aceste tehnologii vor fi analizate mai atent aici, pentru punerea în aplicare în rețelele Partial Network sau Pretended Network.

Figura 3

Economisirea energiei prin Flash Technology (ES - FT)


Renesas a avut un mare succes în dezvoltarea actualei sale tehnologii de 40 nm pentru microcontrolere cu Flash intern, folosite în domeniul auto.
Renesas a dezvoltat tehnologia numită tranzistor indigen (indigenous transistor) pentru microcontro­lerele pe 32-biți, crescând performanța și reducând în același timp consumul de curent cu 50%. Acest lucru reduce la jumătate consumul de curent în modul de operare în sine, fără a lua în considerare nicio limitare funcțională a unităților de control. Acest lucru implică o creștere a eficienței cu factorul 2, o realizare pe care doar câteva segmente din construcția de automobile ar putea fi capabile să le dubleze.
Renesas a făcut acest lucru prin optimizarea celei mai mici unități a unui microcontroler - tranzistorul. Consumul total de curent al unui tranzistor este suma curenților în regim dinamic și regim static. Curenții statici sunt determinați de curenții de scurgere care apar de îndată ce puterea este aplicată la un tranzistor. Curenții dinamici curg în timpul de comutare al tranzistoarelor, atunci când se schimbă starea logică (1 sau 0). Acești curenți sunt determinați de capacitățile interne ale tranzistoarelor. Renesas a reușit să reducă ambele tipuri de curenți prin modificarea structurii fizice a tran­zistorului. Capacitatea tranzistorului intern a fost redusă prin alterarea materialului oxidant, iar prin adaptarea geometriei tranzistorului, curentul de scurgere poate fi redus cu un factor de 10. Aceste modificări, au condus de asemenea, la frecvențe mai mari de operare.

Economisirea energiei prin Network Power Management (ES-NP)


În plus, Renesas a optimizat structura digitală a microcontrolerului în așa fel încât, moduri de econo­misire maxime de curent pot fi utilizate în timp ce, microcontrolerul poate reacționa în continuare la semnalele externe (vezi figura 3). Acest lucru este luat în totalitate în îngrijire de către IP-uri inteligente (Periferice) fără nicio interacțiune cu CPU. Deși microcontrolerul este adormit în modul STOP, CAN-IP poate participa la comunicarea în rețea, de la sine, în această configurație. Filtrele integrate de mesaje inteligente trezesc CPU atunci când un tip de mesaj dedicat - care este configurabil - este detectat. Deoarece microcontrolerul este doar în modul STOP, este doar o chestiune de microsecunde pentru a executa o pornire de tip warm-start. După trezire, procesorul poate prelua mesajul detectat de către filtrul din CAN-IP și îl procesează.
Această configurație este optimă pentru realizarea rețelei “Pretended Network Level 2”: Renesas a testat această configurație într-o aplicație reală și a atins astfel un consum mediu de curent de 1,58mA.
Cu o astfel de configurație, consumul de curent pentru o unitate de control care anterior consumase constant 105mA, a fost redus la un nivel de 6,5mA în modul de economisire curent.
Acest lucru se traduce într-o reducere de 94%. Nu există costuri suplimentare, nicio altă unitate de control în rețea nu trebuie să fie reînnoită și unitățile de control se trezesc din modul lor actual de economisire într-un timp foarte scurt.
Aceeași configurație, cu reducerea consumului de curent similar poate fi, de asemenea, folosită pentru a imita “Modul Standby” de către o rețea Partial Network. În acest caz, trebuie să se admită și dezavantajele unei rețele parțiale descrisă mai sus și că, de exemplu, toate unitățile de control din rețea - care se presupune că suportă “Modul Standby” - trebuie adaptate.

Figura 4

Concluzii și Perspectivă


Există mai multe moduri de a reduce consumul de curent și acest fapt va duce la reducerea emisiilor de CO2. Renesas este de părere că o abordare care combină cele mai recente tehnologii microcontroler cu rețeaua Pretended Network este cea mai eficientă și modul cel mai puțin riscant pentru a reduce consumul de curent de unități de control în autovehicule, cu costuri rezonabile (a se vedea figura 4).
O cerință similară mai mare ar declanșa, de asemenea, o dezvoltare în continuare pentru ultimul consumator mare rămas, transceiverul CAN cu cei 5mA pe care îi consumă și, care reprezintă aproape 80% din curentul de așteptare.
Cu actualul consum de 0,5mA, unități de control care au curenți de standby de 2mA în rețeaua Pretended Network, sunt posibil de realizat păstrând în conti­nuare toate avantajele.

Deja astăzi, Renesas produce seria de microcontro­lere RH850/F1x pentru automobile, care oferă func­țio­nalitate completă, cu un consum de curent cu 50% mai mic, iar economisirea de curent în aplicații de rețea Partial Network - sau Pretended Network este chiar mai mare, respectiv de peste 90%.

www.renesas.com
Citeste tot articolul

Baterii pentru UPS și Vehicule Încărcătoare de baterii

Bateriile plumb-acid sunt utilizate de peste 150 de ani și reprezintă 70% din bateriile reîncărcabile utilizate la nivel mondial.
Bateriile plumb-acid sunt de bază atunci când este necesară o cantitate mare de energie la cost eficient. Bateria plumb-acid, în toate formele sale, este temelia sursei de alimentare în industria auto și a sursei neîntreruptibile (UPS), fiindcă poate da putere mare, este robustă și are costul foarte scăzut (datorită reciclării materialelor). Bateriile plumb-acid sunt disponibile în diferite forme constructive, pentru variate aplicații de tracțiune auto (baterii de pornire și/sau de mișcare) și tipuri de aplicații staționare (UPS și sisteme fotovoltaice).



În funcție de starea fizică a electrolitului, se fabrică (1) baterii cu electrolit lichid (SLI)
(2) baterii cu electrolit gel (Gel Cell recombination) numite și baterii etanșate cu supapă de control (Valve Regulated Lead Acid - VRLA sau Sealed Lead Acid - SLA).
Electrolitul gel este absorbit într-un material poros - la unele baterii este din microfibre de sticlă (Absorbed Glass Mat - AGM). Bateriile etanșate și cu electrolit gel pot funcționa în orice poziție.
Tensiunea nominală a unei singure celule într-o baterie plumb-acid este de 2V. Deci, o baterie de 12V are șase celule înseriate. Celula fără sarcină la borne (în gol), încărcată complet are 2.1V, iar descărcată complet are 1.95V. Când descărcarea e mai profundă de 80% din capacitatea bateriei (tensiunea ajunge la 1.75V pe celulă, cu sarcină la borne), poate avea ca rezultat deteriorarea celulelor.
Tensiunea la care apar bule de gaze oxigen și hidrogen este 2.3 – 2.38V și se consideră încheiată încărca­rea atunci când se atinge tensiunea 2.4V pe celulă, la 25°C. Pentru baterii de 12V, tensiunea de 2.4V × 6 = 14.4V trebuie să fie asigurată de alternatorul unei mașini pentru încărcarea bateriei și, respectiv este tensiunea maximă dată de un încărcător.

Bateria este ca un rezervor de apă. Cantitatea de apă reprezintă energia, iar capacitatea este volumul disponibil. Amândouă bateriile sunt încărcate, dar conținutul de reziduuri limitează energia stocată la 40%. Debitul de apă reprezintă curentul. O baterie nouă poate da un curent de pornire în jur de 300A timp de 10 ... 20 secunde, dar o baterie la finalul vieții deși, încă mai poate asigura curentul de pornire, are capacitatea scăzută sub 50% și declinul este rapid.
Bateriile din UPS trebuie să dea în sarcină putere ce variază de la 100VA până la 10kVA, iar capacitatea bateriei determină cât timp va da putere sarcinii: t (ore)= [0,8 × Capacitate baterie (Ah) × Tensiune baterie (V)]: Putere sarcină (VA).
Cea mai mare parte a bateriilor utilizate în industria UPS sunt tipurile VRLA. Bateria VRLA are o supapă (ventil sau valvă) de eliberare a presiunii aflată în interiorul celulelor bateriei și previne evadarea electroli­tului. Bateria este sigilată în mod normal, pentru a preveni intrarea de oxigen, și la fel de important, păstrează hidrogen gazos pentru a menține în echilibru procesul de recombinare pe durata încărcării. Într-o baterie VRLA, plăcile electrod aflate la distanțe mici sunt se­parate printr-un material poros din fibră de sticlă. Celula este umplută cu electrolit doar pentru a acoperi suprafața plăcilor de electrozi și firele de sticlă ale materialului separator. Acest lucru creează o stare de nevoie stringentă (foame) de electrolit, și permite transferul de gaz omogen între plăci, facilitându-se recombinarea de hidrogen și oxigen gaze, înapoi în apă, atunci când bateria este reîncărcată. De aceea, în condiții normale de reîncărcare, supapa celulei rămâne închisă și se menține presiunea din celule, asigurând procesul de recombinare a gazelor.
Bateria auto numită și baterie starter este specifică unui sistem electric pentru un tip de mașină. Bateria starter trebuie să aibă capacitatea de a livra curentul mare la pornire (cranking current).
Notă. Curentul de performanță la pornirea la rece (-18°C sau 0°F) este specificat pe baterie conform diferitelor standarde:
SAE: curent la rece dat de baterie 30 secunde, menținând o tensiune ≥ 7.20V.
DIN: curent la rece dat de baterie 150 secunde, menținând o tensiune ≥ 6.0V. În plus, tensiunea la acest test, măsurată după 30 secunde trebuie să fie ≥ 9.0V.
EN: curent la rece dat de baterie 10 secunde, menținând o tensiune ≥ 7.5V.
IEC: curent la rece dat de baterie 60 de secunde, menținând o tensiune ≥ 8.40V. Deci, IEC specifică o performanță de pornire la rece mai mare cu + 20% decât DIN.
Bateriile depozitate se auto-descărcă în timp și, în cazul în care nu sunt reîncărcate, vor deveni excesiv de descărcate, deteriorându-se. Rata de auto-descărcare este accelerată dacă temperatura de depozitare este ridicată peste 25°C. Producătorii de baterii recomandă ca bateriile să fie complet încăr­cate înainte de depozitare, și reîncărcate la intervale specificate ce depind de temperatura mediului ambiant, în care sunt depozitate bateriile. Ca exemplu, un producător poate recomanda ca o reîncărcare să fie efectuată la fiecare șase luni, dacă depozitarea este la 20°C ... 30°C, în timp ce stocarea într-un mediu de 30ºC ... 40°C ar putea necesita o reîncărcare la 3 luni. (vezi specificații pentru bateriile Pb-acid Panasonic: www.panasonic.com/industrial)

Bateria are o viață limitată formată din 3 faze: Formatare, Vârf și Declin. Formatarea este cea mai importantă pentru baterii cu descărcare ciclică profundă și necesită 20-50 cicluri complete pentru a ajunge la o capacitate de vârf. Bateriile auto au puterea deplină chiar de la început.

Utilizarea în domeniul UPS cu întreruperi dese realizează acest lucru, dacă nu, este nevoie să se aplice cicluri repetate pentru amorsare. Cu toate acestea, producătorii recomandă a folosi ușor bateria până la amorsare. Bateriile de starter auto sunt mai puțin critice și nu au nevoie de amorsare, puterea deplină de demarare este chiar prezentă de la început, deși valoarea curentului de pornire va crește ușor la începutul utilizării.
O baterie cu descărcare ciclică profundă oferă 100-200 cicluri înainte de a începe declinul treptat. Înlocuirea trebuie să aibă loc atunci când capacitatea scade la70-80%. Unele aplicații permit praguri de capacitate mai mici, dar timpul de

PB-1000 Meanwell, încărcător de 1000 W, PFC activ, controlat cu microprocesor, în 2/3/8 etape selectabile pentru baterii Pb-Acid 12V, 24V, 48V.
pensionare nu trebuie să scadă sub 50%, deoarece procesul de îmbătrânire se produce rapid odată ce bateria este trecută de 50%. Se mai poate încerca o revenire aplicând o încărcare de saturație deplină 14 - 16 ore. Funcționarea la temperaturi moderate asigură cel mai lung timp de servicii. Dacă este posibil, se evită descărcările adânci și se încărcă mai des.

Operarea în condiții extreme scurtează viața bateriilor.


(1) Temperaturile înalte vor reduce considerabil durata de viață a bateriei, deoarece crește rata de coroziune a grilei de electrozi și de deteriorare internă. Durata de viață tipică a unei baterii prisma­tice VRLA este de 3 până la 5 ani într-un mediu de operare de +25°C. O baterie VRLA are viața mai mică de un an în cazul operării la temperaturi de +50°C. Temperaturi sub 0°C afectează de obicei capacitatea bateriei, deoarece crește rezistența internă a bateriei, deci nu va limita curentul cerut de sarcină.
(2) Pierderea lentă de hidrogen și oxigen gaze are loc chiar și atunci când sunt utilizate în intervalul ideal de temperatură, astfel că cele mai multe baterii prismatice VRLA suferă de o uscare în timp, care afectează în mod negativ procesul de recombinare, făcând ca celulele bateriei să nu mai fie active. Bateriile cilindrice VRLA în carcasă de metal au supape pentru presiune internă mai mare, prelungind astfel viața lor. Unii producători oferă baterii cilindrice VRLA cu 10 ani - durată de viață, la +25°C, iar domeniul temperaturii de lucru deosebit: -30…+80°C.
(3) Creșterea numărului de cicluri de descărcare și reîncărcare într-un an va scurta durata de viață a bateriei.

Important de știut


1. Bateria descărcată ca urmare a lăsării luminilor aprinse pe o mașină oprită duce la descărcarea bateriei, iar mersul cu mașina 30 – 60 minute nu va reuși să o reîncarce 100%. Același lucru e valabil dacă mașina se folosește rar, are porniri-opriri dese pe timp foarte cald sau rece, sau se circulă mult noaptea. Refacerea energiei bateriei descărcate se face corect cu un încărcător extern cu 3 sau 5 etape de încărcare. (Vezi tipuri de încărcare a bateriilor Pb-Acid în site: www.electronica-azi.ro , revista nr.180/ Decembrie 2013, articolul Bateriile electrice reîncărcabile Pb-Acid).
Nici bateriile descărcate profund într-un UPS nu au timp să se reîncarce, dacă sunt solicitate des la intervale mici de timp. Exemplu: O baterie UPS de 20 Ah/12V poate asigura, descărcându-se cu 80%, (16Ah), o energie utilă Eutilă = 0,8 × 20Ah × 12V= 192Wh.
Deci, ar putea alimenta o centrală termică de 200W sau un PC cu monitor maxim o oră. Deoarece încărca­rea bateriei în UPS se face la un curent de 0.1 din capacitatea bateriei, deci 2A, ar rezulta un timp de încărcare completă de 8 ore. Alte solicitări ale acestui UPS în intervalul de 8 ore, mențin bateria descărcată cronic. Unele UPS-uri, mai scumpe, au bateria externă de capacitate mare și un încărcător extern, cu 5 sau 8 etape, pentru a monitoriza bateria, a o reîncărca rapid și menține încărcarea aproape 100%.

PB-360P Meanwell, încărcător low-cost de 360 W, PFC pasiv, în 3 etape pentru baterii Pb-Acid 12V, 24V, 48V.

2. Bateriile au o auto-descărcare internă, dar în plus, toate sistemele electrice de pe vehiculele moderne trag o cantitate mică de energie de la baterie și atunci când vehiculul nu este în uz. Acest lucru este normal pentru a păstra toate sistemele electrice “în viață”, dar în timp, bateria va fi complet descărcată (3-4 luni). Singura modalitate de a depăși acest lucru este de a folosi vehiculul în mod regulat sau să se conecteze un încărcător de întreținere, care va păstra bateria într-o stare bună.

3. Bateria descărcată complet prin depozitare îndelungată sau nefolosire câteva luni pe mașină, dar relativ nouă (mai puțin de 12 luni) nu se va reîncărca la un nivel de încredere decât prin încărcare controlată, în 5/8 etape. Aceeași problemă este într-o sursă UPS necuplată la rețeaua AC mult timp. O baterie descărcată este, în general, o baterie bună. Prin reîncărcare în mod corect, folosind un încărcător adecvat, se va restabili starea bateriei în cele mai multe cazuri, dar trebuie prevenite repetări ale descărcării profunde la bateriile de pornire.

4. Toți principalii producători de baterii produc în prezent baterii ce conțin o proporție de Calciu în plăcile pozitive și negative. Bateriile cu Calciu au gazare mai mică, deci și pierderea de apă redusă, rezultând viață mai lungă a bateriei, acceptarea supraîncărcării și o creștere a puterii disponibile. Este important să ne amintim că nu toate bateriile sunt la fel. Bateriile cu un conținut ridicat de staniu (aprox. 2-3 ori mai mare decât cele mai multe baterii) au îmbunătățită reîncărcarea. Încărcarea corectă a bate­riilor se face doar cu încărcătoare în 3/5/8 etape.
Nu se folosesc simple redresoare, fără niciun control al încărcării, fiindcă încărcarea poate fi incompletă sau se face supraîncărcarea cu dagajare mare de gaze, scurtând dramatic durata de viață a bateriei.

5. Deconectarea unei baterii de pe mașină va afecta sistemele de la bord, putând apare pro­bleme la reconectare, chiar necesitatea unei repro­gramări a funcțiilor (de ex. nivelul turației la mers în gol, codul aparatului radio). În situația descărcării lente prin consum și supravegherea nivelului tensiunii pe baterie, chiar sistemul electronic al mașinii se va opri salvând în memorie ultima configurare a funcțiilor, dar în cazul deconectării bruște se poate altera configurarea. Ideal este menținerea încărcării printr-un încărcător extern de calitate, care va menține flotant nivelul încărcării bateriei, atunci când motorul nu funcționează.

6. Deconectarea bateriei pentru înlocuire se face începând cu borna negativă, pentru a preveni un scurtcircuit accidental între borna plus și caroserie. La conectare se începe cu borna plus a bateriei, iar borna minus este legată la caroserie la final. Se respectă polaritatea conectării bornelor bateriei la sistemul electric, deoarece conectarea inversă poate duce la deteriorarea componentelor electrice sensibile și poate distruge siguranțe fuzibile. Conectarea inversă la un încărcător ar putea provoca explozia bateriei.

7. O baterie descărcată va suprasolicita alternatorul mașinii, care va încerca să reîncarce bateria cât mai bine, dar, devenind o sarcină adăugată, motorul va consuma mai mult combustibil.

8. Indicatorul luminos pentru baterie, de pe bordul unei mașini arată că există o problemă cu sistemul de încărcare a bateriei, nu indică faptul că bateria e defectă. Este indicat faptul că sistemul electric este alimentat numai de la baterie și se recomandă oprirea.

9. Bateria auto nu se folosește pentru alte aplicații, ca exemplu o navă pe apă. Bateria marină este proiectată să lucreze în condiții aspre de mediu și au o

PB-600 Meanwell, încărcător de 600 W, PFC activ, în 2/3/8 etape pentru baterii Pb-Acid 12V, 24V, 48V.
caracteristică de semi-ciclu profund, care le permite să fie utilizate pentru a alimenta accesorii pentru o perioadă de timp și apoi fi reîncărcate.

10. Baterie auto nu se folosește pentru alimentare de aparate casnice printr-un invertor DC/AC (ex. frigider sau cuptor cu microunde într-o rulotă) pentru că se va reduce durata de viață a bateriei și va defecta repede. Bateria auto este proiectată cu multe plăci spongioase de electrozi subțiri puse în paralel pentru a produce un curent mare într-o perioadă foarte scurtă de timp (specificat pe baterie în sute de Amperi) pentru a porni un vehicul și apoi alternatorul va suplimenta puterea bateriei.
Descărcarea profundă și repetată dizolvă plăcile.
Pentru frigider, cea mai bună opțiune este o baterie cu descărcare profundă. Această baterie este proiectată să dea o cantitate mică de energie pe o perioadă lungă de timp (specificat pe baterie în minute sau ore), având electrozi groși care suportă stresul încărcărilor -descărcărilor repetate.

11. Firma Meanwell are seriile ESC, SC, PA, PB de încărcătoare de baterii, cu puteri între 120 … 1000W, pentru baterii Pb-Acid de 12V, 24V, 48V.
Încărcătoare staționare:
serii PB-300 / PB-360 / PB-360P / PB-600 / PB-1000
serii ESC-120 / ESP-120 / ESC-240 / ESP-240.
Încărcătoare portabile:
serii PA-120 / PB-120 / PB-230,
serii GC30B / GC30U / GC30E / GC120 / GC160 / GC220 / GC330

12. Dacă niciuna din serii de încărcătoare de baterii nu se potrivește cu cerințele aplicației, se poate căuta la Meanwell o sursă de tensiune care să fie folosită ca încărcător, cu condiția ca protecția la suprasarcină OLP (Over Load Protection) să fie una din două tipuri:
(a) limitare la curent constant când se activează protecția, (b) limitarea de tip fold-back sau putere constantă care are nivelul de curent crescut dacă bateria e descărcată.
Modelele de surse de tensiune cu limitare hiccup sau shutdown nu se pot folosi fiindcă încetează gene­rarea de curent dacă se activează protecția OLP.

13. Toate modelele de încărcătoare Meanwell sunt proiectate pentru baterii Pb-Acid. Bateriile cu Lithium sau alte tipuri au caracteristicile lor de încărcare/descărcare. Modificările pot fi cerute la Meanwell pentru o potrivire a încărcătorului cu profilului fiecărei baterii sau cerințe de la utilizator, prin intermediul firmei ECAS ELECTRO – distribuitor autorizat al produselor MEANWELL.

www.ecas.ro
www.meanwell.com

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor MEANWELL.

www.ecas.ro

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Protecţii şi Relee Weidmüller

Protecţii la fulgere
Protecţii la supratensiune



Weidmüller oferă un nou şi convingător dispozitiv de protecţie la fulgere şi supratensiuni - seria VPU, care vă protejează investițiile. Datorită gamei cuprinzătoare a produselor VPU (VPU 1, VPU 2, VPU 3) pentru rețelele energetice, Weidmüller oferă răspunsuri la creșterea valorilor de prag conform standardelor IEC 61643-11 și EN 61643-11.
Bazate pe o combinație de varistor și tehnologie cu descărcare în gaz, seriile de produse VPU sunt pregătite pentru viitor, îndeplinesc deja noile standarde internaționale, astfel încât să ofere facilități de protecție durabile.


Seria VPU

permite utilizatorilor nu numai să asigure serviciile lor, cât şi planificarea proceselor.
Datorită conformităţii lor cu standardele datând de cel puțin cinci ani, utilizatorii noilor protecţii la fulgere şi supratensiuni VPU pot minimaliza ite­rativ etapele de proiectare, în conformitate cu standardul IEC 61643-12 şi cele asociate.
Există, de asemenea, diferite caracteristici practice ale acestor produse, pentru a sprijini instalatorii și specialiștii de întreținere atunci când se lucrează cu acestea sau pentru service-ul la sistemele de protecție la supratensiuni şi fulgere.
Dispozitivele de protecție la supra­tensiuni Weidmüller VPU tipurile 1, 2 și 3 pentru rețelele energetice, oferă răspunsuri la creșterea valorilor de prag conform standardelor IEC 61643-11 și EN 61643-11.
Fiecare dispozitiv VPU poate fi pozi­ționat în dulap, în scopul de a obține cea mai scurtă rută pentru protecție la trăsnet, datorită posibilităţii de rotire la 180°.
Ferestrele de vizualizare mari, centrate, afişează vizibil toate informațiile cu privire la funcția de protecție.
Sistemul de fixare pe şină permite instalarea acestor dispozitive fără a utiliza vreo sculă. Se pot demonta foarte uşor, prin simpla tragere înapoi.
Un fulger implică o descărcare de tensiune de mai multe sute de kilovolți, curenți de la 50A la 200000A pot fi generaţi într-un timp extrem de scurt. Cele mai multe componente electronice nu sunt capabile să reziste la această tensiune, ceea ce ar putea duce la reparaţii costisitoare.
Acest lucru este un motiv suficient pentru a vă proteja investiţiile.

Protecţiile VARITECTOR

de la Weidmüller, oferă o gamă completă de protecţie pentru sistemele de dis­tri­buție a energiei electrice, a dispozi­tivelor electronice, analogice și de semnal digital, interfețe de date și de măsurare, ansambluri tehnologice. Produsele noastre VARITECTOR SPC şi CSS oferă protecție circuitelor de semnal, măsură şi control.
Orice eveniment referitor la supra­tensiuni care a avut loc în sistemul dumneavoastră, poate fi înregistrat cu

VARITECTOR LOGGER

.

Comutare exactă cu înaltă performanţă
Procesarea semnalelor digitale



Operarea fără probleme a echipamentelor, maşinilor şi a sistemelor se poate realiza cu un nivel de cuplare și comutare puternic și compact – Releele Weidmüller oferă acest lucru.
În scopul de a atinge viteze şi performanţe din ce în ce mai mari în aplicaţiile dumneavoastră, aveți nevoie de componente care să suporte aceste lucruri, odată cu reducerea în același timp a costurilor de întreținere. Releele Weidmüller solid-state se înscriu foarte bine în acest domeniu, datorită longevității lor considerabile şi a performanței acestora.


• De la dispozitivele noastre cu lăţimea de 6mm cu relee mecanice sau semiconductori, seriile

TERMSERIES

- cu comutaţie mare, seriile

MICROOPTO

- pentru aplicaţii selectate, soluţii fiabile, seriile

RIDERSERIES

- soluţie ideală, universală pentru mai multe sarcini, la relee industriale compacte, relee de putere din seria Power Solid-State, Weidmüller oferă o cuprin­ză­toare gamă de produse de procesare a semnalului digital.

• Când este necesar un înalt grad de securitate pentru procesul industrial, releele Weidmüller din seria

SAFESERIES SIL-3

garantează aceste condiţii de siguranță.
Fie că aveţi utilaje adaptate sau implicate în procesul de fabricație, tensiunile de intrare pentru seria

TERMSERIES

- care se extind între 24V şi 230V, vă asigură că semnalele de intrare sunt întotdeauna cele mai potrivite pentru automatizare.

Weidmüller Interface GmbH & Co.KG - Reprezentanţa pentru România
Braşov Business Park, Str. Ionescu Crum, nr. 1, Turn 1, Etaj 1, Birou 4, RO - 500446 Braşov
Tel.: 0268 446 222; Fax: 0268 446 224 claudiu.totea@weidmueller.com
Citeste tot articolul

Bateriile electrice reîncărcabile Pb-Acid

Baterie hibridă: Pb-Acid + Ultracapacitor = Ultrabaterie
Bateria electrică este un dispozitiv de stocare a
energiei electrice sub formă de energie chimică. Procesul este reversibil, astfel că, la conectarea unui consumator la bornele bateriei, energia chimică se eliberează sub formă de energie electrică. Bateria electrică primară este bateria de unică folosință și nu se poate reîncărca, fiind folosită până la epuizare. Bateria electrică secundară numită și acumulator este reîncărcabilă. Bateria poate avea structura bazată pe una sau mai multe celule. Bateriile mari sunt compuse din pachete de baterii mai mici care sunt conectate în serie pentru a obține o tensiune ridicată sau sunt conectate în paralel pentru a debita curent mare. Conectarea mai multor baterii în serie sau în paralel se face respectând regula: bateriile să fie noi, la prima încărcare și de același tip (capacitate, tensiune)
.



Bateriile Plumb-Acid sunt cele mai utilizate baterii în aplicații diverse fiindcă sunt robuste, dau putere sau energie mari, la un cost rezonabil, în prezent fiind fabri­cate în variante închise, cu supape de siguranță, și nu necesită întreținere. În anul 1859, fizicianul francez Gaston Plante a inventat versiunea practică a bateriei Pb-Acid utilizată în vehicule până azi. Bateriile Plumb-Acid sunt alcătuite din serii de plăci din Plumb sau aliaje pe bază de plumb, imersate într-o soluție de Acid sulfuric și apă. Fiecare placă are o grilă pe care este atașat materialul activ. Pe placa negativă, este atașat oxidul de Plumb ca material activ, iar pe placa pozitivă, este atașat plumb. Toate plăcile negative sunt conectate

Bateriile Pb-Acid au tehnologii diferite pentru a suporta regimuri de descărcare legate de aplicație: să dea curent mare la pornire, sau să genereze curent variabil pentru vehicule cu motoare electrice, sau să asigure energie mare de rezervă în surse UPS, sau să fie solicitate la consum variabil frecvent, sau să poată fi reîncărcate din generatoare electrice diferite (rețea publică, solar, celule de combustie).
împreună la electrodul (-) și toate plăcile pozitive sunt conectate împreună la electrodul (+). Cantitatea de energie înmagazinată este proporțională cu supra­fața și conductivitatea electrozilor. Cercetătorii în nanotehnologie au crescut suprafața mai mult de 10 ori, cu ajutorul nanotuburilor de carbon (proiect condus de Joel Schindall, profesor de inginerie electrică de la MIT - Massachusetts Institute of Technology, sept. 2009). Un cm2 de placă conductoare, atunci când este acoperită cu nanotuburi are o suprafață de aprox. 50.000 cm2, comparativ cu 2.000 cm2 folosind carbon într-un ultracapacitor comercial. Nanotuburile de carbon extrem de pure sunt și extrem de conductoare, și astfel ar trebui să crească puterea de ieșire, peste pu­terea ultracapacitoarelor existente. Tehnologia nano­tuburilor de carbon contribuie la realizarea unor baterii plate și flexibile, de la mărimea unei gămălii de ac la mărimea unui covor, folosind electrochimicale standard și procedeul de laminare a unei paste pentru a realiza electrozii (NJIT - New Jersey Institute of Technology, noiembrie 2013). Utilizările de bază sunt în domeniile: auto (baterii de pornire și de acționare a motoarelor electrice, alimentare de siguranță (în UPS), stocare de energie solară.

Tipuri de baterii Pb-Acid


În funcție de aplicații s-au dezvoltat mai multe tipuri de baterii Plumb-Acid reîncărcabile, care să răspundă cerințelor de a da putere mare într-un timp scurt sau energie mult timp.
1. Bateriile de Pornire (Starting sau Cranking sau SLI - Starting Light Ignition battery) dau putere mare necesară învingerii inerției unui motor la pornire, fiind proiectate să debiteze un curent mare (sute de Amperi) pentru un timp scurt (câteva secunde) până la demararea unui motor cu ardere internă.
Descărcarea se face cu aprox.10% în timp scurt, apoi trebuie încărcate, deoarece menținerea stării de încărcare aproape de 100% le mărește durata de utilizare. Au electrozi mulți cu grosime mică pentru a genera curenți mari.
2. Bateriile folosite în UPS (Standby battery) sunt solicitate ocazional și au densitate mare de energie pe care o pot debita într-un timp lung, specificat chiar pe baterie (ex. dacă se specifică timpul de descărcare 20 ore, pentru o baterie de 28Ah, ce se poate descărca profund cu 80%, se recomandă un curent maxim de descărcare cu valoarea (28Ah x 0,8):20h= 1,12A; neres­pectarea acestui maxim de curent duce la încălzirea bateriei și la scurtarea duratei de utilizare). Bateriile de standby au electrozi cu grosime mare, fiind proiectate pentru un număr specificat de cicluri de descărcare profundă. În cazul sistemelor cu baterii și invertoare DC/AC trebuie aleasă o baterie de capacitate suficient de mare care să dea curentul impus de puterea sarcinii (ex. invertorul Meanwell, TN-1500-212, cu eficiență 88%, alimentat la 12Vdc solicită un curent de 150A, pentru a da 1500W la ieșirea de 220Vac).
Notă utilă. Alegerea corectă a bateriei se face pe baza relațiilor:
(R1) Ansamblul Baterie plus Invertor DC/AC poate da la un consumator o Energie utilă [Wh] = Uintrare invertor [V]×0,8×Cbaterie [Ah]×Eficiență invertor [%].
(R2) Știind ce putere cere un consumator, aflăm că se poate beneficia de un Timp util [h] = Energia utilă [Wh]: Putere utilă [W]. De ex. O baterie de 45Ah cuplată la un invertor cu eficiență 0,85 poate alimenta un PC de 100W, descărcându-se până la 20%, doar un timp de max. 3,67 ore.
Dacă bateria plus invertorul alimentează un motor cu porniri/opriri dese (frigider, pompă de apă, scule de mână), se recomandă o baterie de capacitate mai mare:
(R3) Cbaterie [Ah] ≥ 5h × Pnominală invertor [W]: Unominală baterie [V].

Graficul încărcării bateriei Pb-Acid în 3 etape (3-stage charging): în funcție de nivelul tensiunii bateriei, se ajustează nivelul curentului de încărcare. Dacă bateria este descărcată, în Etapa 1 (bulk) se injectează masiv curent constant până se ajunge la încărcarea aprox. 80% și se trece în Etapa 2 când bateria este încărcată spre 99%, iar tensiunea bateriei cuplată la încărcător ajunge până la max. 14,4V – aceeași ca la un încărcător cu alternator de pe o mașină. Etapa 3 menține flotant nivelul încărcării aproape de 100%, prin mici injectări de curent, dacă tensiunea scade la bornele bateriei.
3. Bateriile de Mișcare folosite în vehicule electrice dau și putere mare la pornire și energie de mișcare mare. Sunt numite baterii de înaltă durabilitate (long life) care au o chimie specială, dar la un preț ridicat.
4. Ultrabateriile fac stocarea energiei în mod hibrid cu durată lungă de viață pentru stocarea energiei. UltraBattery® este o clasă complet nouă de baterii cu tehnologie Pb-Acid, care conțin atât un ultracapacitor cât și o baterie Pb-Acid într-un electrolit comun. Se combină avantajele cele mai verificate în timp și tehnologia avansată de reîncărcare pentru baterii Pb-Acid, cu avantajele unui ultracapacitor. UltraBattery® permite un echilibru optim de stocare a energiei a unei baterii Pb-Acid cu acceptarea de încărcare rapidă, de descărcare de putere și longevitate a unui condensator. UltraBattery® funcționează foarte eficient în starea continuă de încărcare parțială (Partial State of Charge - PSoC) fără frecvente cicluri de încărcare de menținere. Acest tip de baterie poate fi utilizat pentru a gestiona continuu fluctuații de tipuri de surse și de nivel de energie, asigurând o putere fluentă, folosind o bandă de încărcare în care bateria nu este nici complet plină, nici complet goală.
UltraBattery® este ideală pentru orice aplicație de putere variabilă, în care este nevoie de încărcare și de descărcare variabilă și/sau rapidă de energie:
• Vehicule electrice hibride (UltraBattery® are durata de viață de până la 10 ori mai mare decât bateriile Pb-Acid uzuale, iar față de Ni-Metal Hydride sunt cu 70% mai ieftine, dar cu performanțe comparabile, și în plus, au încărcare mai rapidă și rată de descărcare mare).
• Alimentări variabile de la rețeaua de electricitate;
• Servicii auxiliare pentru rețelele de electricitate;
• Netezirea variabilității de curent în energia solară și eoliană;
• Stocarea de energie din surse regenerabile pentru utilizare ulterioară;
• Micro rețele autonome, în combinație cu energie regenerabilă pentru a oferi putere locală.

Graficul încărcării în 5 sau 8 Etape (5 / 8 stage) a bateriilor Pb-Acid.

Notă.
Tehnologia UltraBattery® inventată de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), a fost licențiată pentru aplicații auto la Furukawa Battery Co Ltd din Japonia și Est Penn Manufacturing Co. Inc. în America de Nord. www.ultrabattery.com
Caracteristicile bateriilor reîncărcabile în funcție de care se face alegerea pentru o aplicație:
(1) Tensiune la borne în circuit deschis (V)
(2) Tensiune la borne cu sarcină (V)
(3) Tensiune minimă disponibilă (V)
(4) Capacitate (Ah)
(5) Curent maxim de descărcare (A)
(6) Număr de cicluri de descărcare/încărcare
(7) Energie specifică (Wh/kg)
(8) Durată de viață estimată
(9) Grad de etanșare
(10) Poziție de lucru
(11) Gama temperaturii de lucru
(12) Dimensiuni, greutate
(13) Cerințe de mentenanță

Alte tipuri de baterii reîncărcabile


Bateriile Pb-Acid sunt robuste, dau putere sau energie mari, la un cost rezonabil, dar au greutate mare.
Cerințe precum: volum mic, greutate redusă și eficiență energetică mare (densitate mare de ener­gie) sunt asigurate de alte tipuri de baterii. Bateriile Li-Ion sunt o fracțiune din totalul bateriilor utilizate în aplicații, dar față de tradiționalele baterii de tip Pb-Acid, au o cantitate dublă de energie și ating în medie o durată de viață de 6 ori mai mare. Bateriile cu litiu pot suporta până 3000 cicluri de descărcare profundă (până la 80%) și încărcare rapidă fără a se distruge. Fiind compacte, ușoare, cu timpii de încărcare foarte scurți și o tehnologie de realizare care le asigură fiabili­tatea extrem de ridicată, bateriile cu litiu sunt soluția perfectă pentru echipamente mobile.
Încărcarea bateriilor reîncărcabile
Fiecare baterie are la bază procese chimice ce determină timpii, curenții, nivele limită de încărcare și de descărcare și temperatura normală de operare. Fiecare tip de baterie are cerințe proprii de operare, ce trebuie respectate strict pentru a asigura o funcționare sigură și de durată. În funcție de domeniul (domestic, industrial, medical) în care se utilizează bateriile, se folosesc diverse surse de încărcare.
Surse de încărcare a bateriilor
a. Surse AC/DC liniare, simple, de tip generator de curent sau o sursă de tensiune cu limitare la curent constant, lucrează bine pentru baterii de orice tip, cu puteri reduse, la curenți de încărcare sub 1A.
b. Surse AC/DC cu comutare, de diverse complexități, pentru încărcarea bateriilor Pb-Acid în 2, 3, 5 sau 8 etape de încărcare controlând nivelul încărcării în funcție de nivelul tensiunii bateriei și al temperaturii pe baterie (au eficiența mai mare decât o sursă liniară). Alimentarea AC se face din rețeaua AC sau de la un generator cu motor cu ardere internă sau celulă de combustie.
Încărcarea în 2 sau 3 Etape se folosește uzual la toate bateriile Pb-Acid. Recomandarea încărcării în 5/8 etape trebuie respectată.
Etapa 1. Încărcarea vrac (bulk): încărcarea masivă la aprox. 80% din capacitate, în care curentul de încărcare este menținut constant, iar tensiunea crește. Încărcătorul corect dimensionat va da bateriei un curent acceptat până la 0.25 din capacitatea bateriei în amperi, dacă nu se ridică temperatura peste 52°C la bateriile cu electrolit lichid sau peste 38°C la bateriile AGM sau GEL (valve regulated - supapa de reglementare).
Etapa 2. Încărcarea de absorbție: restul de aprox. 20% se încarcă menținând constantă tensiunea de absorbție a încărcătorului (între 14.1 V și 14.8 V, în funcție de valorile de referință ale încărcătorului și de tipul bateriei), scăzând treptat curentul, până când bateria este complet încărcată. Dacă bateria nu va avea o sarcină sau curentul nu se scade după un timp de reîncărcare așteptat, bateria se poate sulfata permanent. La încărcare normală, hidrogenul și oxigenul rezultate în reacția chimică se recombină rezultând apă, de aceea bateriile pot fi etanșate. Dacă bateria este supraîncărcată, tensiunea de încărcare a bateriei crește peste tensiunea de gazare (gassing voltage), ceea ce va cauza formarea de hidrogen în exces. Tensiunea de gazare pentru bateria de 12V este 14.3 -14.4V, la temperatura camerei. În caz de presiune excesivă, în bateriile cu supapă, aceasta se deschide la o presiune între 2-6 psi pentru a se elibera hidrogenul gaz.

Bateriile Panasonic VRLA, seria EC-FV1260 (60Ah), EC-FV1238 (38Ah) pentru uz ciclic în EV (vehicule electrice) combină durata de viață lungă și rată mare de descărcare la temperaturi joase, cât și ridicate. Puterea mare este livrată până la descărcare (chiar la 0°C). Ele sunt utilizate în sursele de alimentare EV și stivuitoare, precum și în sistemele de stocare de energie solară. Tipul EC-HV1255 pentru utilizare de mare putere HEV, are capabilități superioare de regenerare și descărcare de putere mare (până la -30°C). Pentru acest tip de baterii se recomandă încărcarea în 5 etape. Pentru descărcări ciclice de 80%, bateriile pot fi reîncărcate de până la 1000 de ori. Pentru descărcări de aprox. 30%, crește viața până la 3400 încărcări, iar cu descărcări de 10%, chiar până la 5400 de încărcări. Detalii: www.industrial.panasonic.com

Dacă bateria se deconectează s-a realizat încărcarea în 2 Etape.
După deconectarea de la încărcător, după circa 15 minute, o baterie de 12V stocată la temperatura standard de 20ºC și fără sarcină, are o tensiune la borne ce indică starea reală de încărcare: 100% - 12.65V, 75% - 12.45V, 50% - 12.25V, 25% - 12.05V, 0% - 11.90V. Tensiunea bateriei depinde și de temperatură.

Notă. Dacă bateria este deconectată de la încărcător, depozitată sau rămasă într-un dispozitiv nefolosit mult timp, ea se descarcă (în 2-3 luni) chiar fără o sarcină. Bateriile de pe vehicule parcate mult timp (auto, bărci etc.) trebuie menținute la o încărcare flotantă, ce poate fi realizată cu un mic panou solar cu rol de generator fotovoltaic (sub 4W) conectat permanent la baterie prin cupla de brichetă.

Etapa 3. Încărcarea flotantă: Dacă bateria rămâne legată la încărcător, se trece la încărcare flotantă.
Tensiunea de încărcare este redusă între 13.0V și 13.8V și se menține constantă, în timp ce curentul este redus sub 10% din capacitatea bateriei. Acest mod poate fi folosit pentru a menține o baterie complet încărcată pe timp îndelungat.
Încărcarea în 8 Etape este încărcarea optimizată. În Etapa 1 se aplică încărcare cu pulsuri de curent pentru a reface proprietățile chimice la o baterie neutilizată mult timp (desulfatarea). După Etapele 2, 3, 4 (bulk, curent constant, tensiune constantă – specifice încărcării în 3 Etape) se trece în Etapa 5 de analiză, în care, după 2 minute de oprire a încărcării se determină starea bateriei măsurând variația tensiunii. De ex. la bateria de 12V, dacă tensiunea este sub 12.6V după 2 minute, se trece la Etapa 6 de recondiționare aplicând o tensiune mare (Vboost = 14.4V). Etapa 7 este de aducere la încărcarea 100% (nivel flotant). Etapa 8 este de menținere. Din încărcarea în 8 etape derivă încărcarea optimizată în 5 Etape.

Notă specială.
Bateriile cu electrozii din aliaj Calciu-Plumb sunt mai rezistente la vibrații și șocuri, dar adăugând Calciu în aliaj, crește cu circa 0.4V tensiunea la care apare hidrogenul gaz, respectiv crește de la 14.4V la 14.8V. Aceasta înseamnă că tensiunea de încărcare ar trebui să fie mărită la 14.8V, dar problema reală există în aplicații auto, unde tensiunea dată de un alternator este fixată la 14.4V. Înlocuind baterii Pb-Acid cu baterii noi de tip Pb-Calciu-Acid sau Pb-Silver-Calciu-Acid, tensiunea de 14.4V dintr-un sistem de încărcare actual pe mașină poate fi insuficientă pentru a încărca complet bateria. Rezultă că bateria va rămâne într-o stare permanentă de descărcare, iar aceasta va duce la sulfatarea bateriei și posibilitatea de stratificare a electrolitului lichid. În final, bateria nu va asigura curentul maxim specificat și nici capacitatea de Ah pe care se bazează aplicația. De aici apare percepția utilizatorilor că: bateriile cu tehnologii moderne nu durează atât de mult cât se estimează. Cauza fiind de fapt, sub încărcarea cronică.

c. Panou solar și controlor de încărcare a bateriei. Se pot realiza sisteme de încărcare cu performanțe bune printr-o combinație de controler de încărcare solar Steca Tarom (pentru sisteme fotovoltaice hibride) cu o celulă de combustie Steca EFOY Pro ca generator de rezervă în zone fără acces la rețeaua de electricitate. Invertoarele sinusoidale Meanwell TN-1500 și TN-3500 au și funcția de încărcare a bateriilor Pb-Acid de la rețea AC (baterii 100Ah – 400Ah: 12V/24V/48V încărcare la 25A/12A/6A) sau de la panou solar (25V/45V/75V, max.30A).

Celulele de combustie cu metanol sunt o alternativă fiabilă, compactă și robustă de reîncărcare a bateriilor. Steca EFOY Pro 600, 1200, 1600 (Wh/zi, baterii de 12V sau 24V) uz industrial, Steca EFOY 600, 900, 1200, 1600 (Wh/zi, baterii de 12V) uz domestic.

d. Generator electrochimic de tip pilă sau celulă de combustie cu metanol ce convertește energia chimică în energie electrică. Celula de combustie poate furniza energie pentru instrumente de măsurare aflate pe teren și aplicații de telecomunicații fără conectare la rețeaua AC. De ex. Celula de combustie EFOY Pro 1600 12V/5.4A (pentru baterii Pb-Acid de 40…200Ah) consumă 0.9l/kWh metanol, este conectată prin dispozitivul Steca PA HS200 direct la baterie și poate oferi până la 1.56 kWh/zi pentru a reîncărca bateria în mod automat, dacă este necesar. Detalii pentru sisteme solare, termale și celule de combustie: Steca Elektronik GmbH ( www.steca.com).

e. Porturi USB 2.0 care oferă 500mA și USB 3.0 oferă 900mA din sursa unui PC. În multe PC-uri pentru USB 2.0 limitarea se face la curentul total de 500mA, însumat pentru toate porturile din PC. Din anul 2010 s-au crescut limitele de curent pentru porturi USB care sesizează și încărcă baterii, fiind posibile comunicații de mare viteză simultan cu livrarea unui curent de 1.5A (maxim 5A).

Notă. În multe PC-uri pentru USB 2.0 limitarea se face la curentul total de 500mA, însumat la toate porturile din PC. Din anul 2010 au apărut schimbări în standardul USB, inclusiv creșterea limitelor de curent pentru porturi USB care sesizează și încărcă baterii, fiind posibile comunicații de mare viteză oferind în același timp un curent de 1,5A și ajungând la maxim 5A. Se recomandă verificarea specificațiilor de curent referi­toare la portul USB utilizat.
Din anul 2013 noile specificații ale USB 3.0 Promoter Group ( www.usb.org) extind nivelele de tensiune și curent, puterea livrată prin USB ajungând la max.100W, pentru a încărca mai rapid bateriile din tablete și laptop-uri. Puterea livrată prin port USB 3.0 poate avea unul din 5 profile:

• Profil 1: 5V @ 2.0A
• Profil 2: 5V @ 2.0A sau 12v @1.5A
• Profil 3: 5V @ 2.0A, 12V @ 3A
• Profil 4: 5V @ 2.0A, 12V sau 20V @ 3A
• Profil 5: 5V @ 2.0A, 12V sau 20V @ 5A

Încărcarea printr-un port USB se face uzual pentru baterii CdNi, NiMH, LiIon, de capacitate relativ mică, incluse în aparate portabile, dar mărirea tensiunii și a curentului a deschis posibilitatea de a încărca și baterii Pb-Acid de capacitate mai mare (ex. Convertor 5V la 15V, realizat cu circuitele MAX668 și MAX4375F0 de la Maxim Integrated www.maximintegrated.com).

f. Transferul puterii de încărcare prin câmp magnetic sau electric (wireless). Transferul se bazează pe legea inducției a lui Faraday, realizând un cuplaj fie prin câmp magnetic variabil între două bobine, fie prin câmp electric variabil între plăcile unui condensator. Pulsurile de putere emise de sursa de putere sunt receptate de un consumator apropiat, apoi redresate și condiționate pentru a produce o putere DC pentru încărcarea bateriilor din dispozitive portabile de mică putere (5…10W).

Alegerea încărcătorului de baterie


Încărcarea corectă se face la curent constant, în etape, controlând tensiunea și temperatura bateriei, pentru a maximiza capacitatea și durata de viață a bateriei. Multe aplicații cer utilizarea bateriei pentru alimentarea unui consumator și simultan să se asigure încărcarea bateriei (ex. încărcarea prin panou solar sau celulă de combustie a unui aparat aflat în funcționare pe teren). De aceea, un dispozitiv de încărcare poate include și supravegherea funcționalității circuitului de la care ia putere pentru a o ceda bateriei.

PB-600 Meanwell, încărcător de 600 W, în 2/3/8 etape pentru baterii Pb-Acid 12V, 24V, 48V. Variante:
PB-600-12, Ieșire 14.4V, 0…40.0A, Eficiență 86%
PB-600-24, Ieșire 28.8V, 0…21.0A, Eficiență 87%
PB-600-48, Ieșire 57.6V, 0…10.5A, Eficiență 89%

Pentru curenți mai mari se poate folosi PB-1000
Meanwell, încărcător de 1000 W, în 2/3/8 etape pentru baterii Pb-Acid 12V, 24V, 48V. Variante:
PB-1000-12, Ieșire 14.4V, 0…60.0A, Eficiență 85%
PB-1000-24, Ieșire 28.8V, 0…34.7A, Eficiență 88%
PB-1000-48, Ieșire 57.6V, 0…17.4A, Eficiență 89%

Schema aplicației ce înglobează o baterie reîncăr­cabilă trebuie calculată ca să asigure în același timp curentul cerut de consumator, cât și menținerea bateriei în starea de încărcare aproape de 100% din capacitate. Practic, bateria netezește consumul de putere. Un astfel de caz este alimentarea unui invertor DC/AC de la un panou solar.

Serii de încărcătoare de baterii Pb-Acid performante oferă producătorul Meanwell ( www.meanwell.com):

Încărcătoare staționare:
serii PB-300 / PB-360 / PB-360P / PB-600 / PB-1000
serii ESC-120 / ESP-120 / ESC-240 / ESP-240.

Încărcătoare portabile:
serii PA-120 / PB-120 / PB-230,
serii GC30B / GC30U / GC30E / GC120 / GC160 / GC220 / GC330

Managementul încărcării este controlat cu microprocesor. Intrare universală 90 ... 264Vac, PFC. Protecții la: inversarea polarității, scurtcircuit, supratensiune și supratemperatură (senzor NTC livrat).
Graficul de încărcare se poate modifica, se semna­lizează starea de lucru la distanță, are pornire/oprire de la distanță, ventilator cu viteza controlată de curentul de încărcare, temperatura de lucru -20 ... +60°C. Satisface standarde de siguranță și standarde EMC, garanție 3 ani.

Notă importantă.
Bateriile pot exploda
Aceasta este o situație periculoasă, dacă apare una din cauze:
1. Scurtcircuitarea bateriei. Dacă plăcile din baterie sunt scurtcircuitate, energia va fi eliberată rapid. Șocul termic pe plăcile unei baterii vechi le sparge și fac scurtcircuit reciproc. Electrolitul va fierbe și bateria va exploda.
2. Supraîncărcarea bateriei. Când bateria este supraîncărcată, tensiunea de încărcare crește peste tensiunea de gazare și va apare exces de hidrogen. Tensiunea de gazare a unei baterii Plumb-Acid de 12V este de apropiată de 14,3V - la temperatura camerei. O celulă deteriorată sau în curs de deteriorare are rezistența mai mică decât celulele bune. Deci tensiune mai mare apare în lungul celulelor bune și poate crește tensiunea peste nivelul tensiunii de gazare. Hidrogenul produs din această cauză se va recombina, dacă bateriile sunt sigilate (sealed), dar uneori hidrogenul poate scăpa din baterii Plumb-Acid cu electrolit lichid, ducând la incendiu și explozie dacă apare o scânteie.

ECAS

ELECTRO
asigură aprovizionarea și asistența tehnică pentru orice tip de dispozitive și componente solare: generatoare, controlere de încărcare, baterii reîncărcabile, invertoare, cabluri și conectoare, semiconductoare (diode și circuite integrate specifice domeniului solar), LED-uri și dispozitive de iluminat cu LED-uri.

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor MEAN WELL.

www.ecas.ro

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Surse de tensiune de la Aurocon COMPEC

Sursele de tensiune au o importanţă majoră pentru funcţionarea oricăror echipamente electrice. Aurocon COMPEC vă oferă o paletă foarte bogată de astfel de produse, pornind de la surse de laborator, surse pentru sisteme de calcul, surse modulare pentru sisteme de automatizare (cu prindere pe şină, pe panou, pe perete), convertoare DC-DC, adaptoare de tensiune continuă sau alternativă, surse simple (cu sau fără carcasă), surse neîntreruptibile, panouri solare şi generatoare portabile.



Sursă de tensiune în comutaţie 15V 1,4A 21W



• Nr. stoc RS: 777-4991
• Status RoHS: Conform
• Marca: Lambda
• Cod de producător: ZPSA20-15

Seria TDK Lambda ZPSA20 este o gamă de surse de tensiune foarte sigure în funcţionare. Aceste surse în comutaţie permit un domeniu larg al tensiunii de intrare AC şi au un randament de până la 82%. Sursele sunt de tip low profile, amprentă standard industrial şi lucrează generând puţină căldură. Printre aplicaţiile recomandate se numără: routere audio/video, comunicaţii de date, puncte de vânzare, echipamente de testare şi măsurare.

Caracteristici tehnice
Tensiune de intrare: 120 → 370Vdc, 85 → 264Vac
Tensiune / curent de ieşire: 15Vdc / 1,4A
Stabilire in sarcina in linie: ±1% / ± 0,5%

Sursă de tensiune capsulată 5V 600mA 3W



• Nr. stoc RS: 777-3538
• Status RoHS: Conform
• Marca: Recom International Power
• Cod de producător: RAC03-05SCR/277

Recom RAC03-SCR/277 este o serie de surse de tensiune capsulate cu o singură ieşire ce asigură 3W. Aceste convertoare stabilizate AC/DC oferă ieşiri de tensiune constantă şi curent constant, precum şi un randament ridicat de până la 78%. Acest convertor AC/DC are un consum energetic pentru mod de aşteptare foarte redus.

Caracteristici tehnice
Tensiune de intrare: 85 → 305Vac
Tensiune de ieşire / curent de ieşire: 5Vdc / 600mA
Stabilizare în sarcină / în linie: ±7,5% / ±1%

Aurocon COMPEC
Bd. Theodor Pallady, Nr. 287, Sector 3, Bucureşti
Tel: 021.304.62.33
Fax: 021.304.62.34
compec@aurocon.ro
www.compec.ro
www.rsromania.com
Citeste tot articolul

Iluminatul cu LED-uri stimulează creșterea plantelor

Plantele verzi sunt forme de viață de pe Pământ, care au capacitate de fotosinteză sau de a transforma apa și bioxidul de carbon, în oxigen și energie utilizabilă în formă de zaharuri.
Acest proces necesită lumină pentru a furniza energia necesară. S-au făcut cercetări și experimente științifice legate de fotosinteză, pentru a deduce corelația între iluminarea din diverse zone ale spectrului radiației electromagnetice și dezvoltarea plantelor. Plantele răspund diferit la lumina de diferite culori. În general, lumina roșie face plantele să devină înalte, în timp ce lumina albastră, atunci când este folosită singură, poate provoca o creștere mică, îndesată. Un echilibru adecvat de energie în zonele spectrale roșu și albastru produce plante care au o creștere și formă normale. Cultivatorii de plante au utilizat aceste cunoștințe de zeci de ani de când se folosesc surse de lumină artificială (ex. Horticulture Lamps de la GE, PHILIPS, Osram, Sylvania), dar realizarea recentă a LED-urilor cu eficiență înaltă a deschis noi posibilități pentru noi aplicații de creștere intensivă și mai eficientă a plantelor pentru cultivatori și cercetătorii horticoli. Iluminarea cu LED-uri poate stimula creșterea plantelor cu până la 40%.


Absorbția luminii în Clorofilă


Clorofila este un amestec de doi compuși, clorofila a (un solid albastru-negru) și clorofila b (un solid de culoare verde închis), care oferă o culoare verde în soluții organice (Willstätter

Spectrul de creștere a plantelor
Richard – chimist german, anul 1912). În clorofila naturală există un raport a:b= 3:1, al celor două componente. În reacția de fotosinteză clorofila absoarbe energia luminii, iar un electron din clorofilă este excitat, trecând de la o stare de energie mai mică la o stare de energie mai mare, și astfel electronul este transferat la o altă moleculă. Un lanț de etape de transfer de electroni, se termină cu un electron transferat la molecula de bioxid de carbon. Între timp, clorofila care a renunțat la un electron poate accepta un electron de la o altă moleculă. Acesta este sfârșitul unui proces care duce la eliminarea unui electron din apă. Astfel, clorofila este în centrul reacției de oxidare – reducere, numită fotosinteză dintre bioxidul de carbon și apă, rezultând oxigen.

LED-uri de iluminat în horticultură


Studiile arată că iluminarea cu LED-uri poate stimula creșterea plantelor cu până la 40%. Sistemul de iluminare trebuie proiectat individual, funcție de aplicație, pentru a obține rezultatele optime bazate pe 2 principii de bază: Eficiența Fotosintezei și Suficiența Fotomorfogenezei.

Eficiența Fotosintezei
Deoarece LED-urile disponibile emit lumină în game diferite de lungimi de undă în funcție de tehnologia de fabricație, trebuie înțeleasă complexitatea spectrală a fotosintezei și apoi dezvoltată o aplicație:
(1) Schema Z a sistemelor de fotocataliză – cum se des­compune molecula de apă, (2) Spectrul de absorbție și acțiunea radiației în funcție de lungimea de undă - care arată că cele mai absorbite radiații sunt cele roșii și albastre, fiind cele contribuitoare la fotosinteză, (3) Randamentul relativ la energia absorbită. Cunoașterea mecanismului fotosintezei permite identificarea lungimilor de undă cele mai eficiente pentru o anumită specie de plante.

Suficiența Fotomorfogenezei
Pe lângă aspectele creșterii plantelor datorită fotosintezei, este important ca la proiectarea unui sistem de iluminare să se ia în considerare și cerințele spectrale ale fotomorfogenezei plantei. Fotomorfogeneza - schimbări morfologice induse de lumină într-o plantă - este reglementată în principal de tipul de fotoreceptori: phytochrome, cryptochrome și phototropin. Prin orientarea acestor fotoreceptori la anumite lungimi de undă, producătorii sunt în măsură să obțină modificări morfologice în instalațiile lor (ex. inducerea și suprimarea de flori, înălțimea coronamentului, distanțele inter nodale pentru frunze etc). Realizarea iluminării corecte ce corespunde fotomorfogenezei unei plante este numită “suficiența fotomorfogenezei”, necesară pentru a induce rezultatele vizate. Sistemele de iluminat cu LED-uri maximizează utilizarea energiei la iluminat. Detalii: http://plantphys.info/plant_physiology/light.shtml

Iluminarea F1 (Daylight Fluorescent) Spectrul F1 este potrivit pentru o varietate de specii de plante pe parcursul ciclului de creștere. Proporția mare de lumină roșie, stimulează fotosinteza în timpul etapei de creștere vegetativă și facilitează stadiul de înflorire.


Iluminarea F3 (White Fluorescent) Spectrul F3 produce cea mai rapidă germinare la specii de plante a căror germinare are nevoie de lumină. Este recomandat pentru utilizare în camere de germinare și pentru producția de flori.


Iluminarea F6 (Lite White Fluorescent) Spectrul F6 are conținut ridicat de albastru ce reduce înălțimea plantei, îmbu­nătățind astfel aspectul de plante și utilizarea spațiului. Recomandat pentru producția de legume cu frunze verzi.


Iluminarea F7 (Daylight simulator) Spectrul F 7 are cel mai mare conținut de albastru dintre toate spectrele și produce plante îndesate cu distanțe inter nodale scurte, foarte de dorit în faza de răsad. Reco­mandat pentru răsaduri în creștere înainte de transplant.

Cerințe în alegerea și controlul LED-urilor de iluminat horticol



Spectrul luminos și tipul de plante
Trebuie impuse cerințe specifice pentru spectrul luminos raportat la tipul de plante cultivate, la etapele în care vor fi cultivate, plus toate nevoile suplimentare ale producătorului (ex. dorința pentru o înălțime mai mică a plantelor).

Nivelul de lumină
Nivelul de lumină necesar pentru orice plantă poate fi cunoscut din literatura de specialitate publicată sau poate fi determinată de cerințele de lumină cunoscute ale plantelor cultivate (ex. plin soare, parțial soare, umbră, etc). Dacă iluminarea de bază folosește lumina solară, nivelul de iluminare suplimentară trebuie să fie doar o fracțiune din nivelul complet de lumină, în timp ce nivelurile de lumină fotoperiodice (noapte lungă, zi lungă, zi neutră) pot fi chiar mai mici.

Geometria de lucru
Pentru a calcula cantitatea de lumină furnizată la coronamentul de plante, trebuie să se cunoască geometria zonei de iluminat. Aceasta este compusă din lungimea și lățimea suprafeței de creștere, înălțimea disponibilă, lungimea și lățimea pentru elemente de fixare deasupra coronamentului plantelor și numărul total de niveluri de iluminat / rafturi. Aceste măsurători și obiectivele de nivel de lumină cerut la coronament, vor furniza informațiile necesare pentru a selecta numărul necesar de corpuri de iluminat cu LED-uri pentru oricare personalizare de spectre.
Sursele de lumină sunt standardizate de o autoritate internațională CIE, www.cie.co.at

Aplicații ale LED-urilor de iluminat horticol


• Cultivarea plantelor pe rafturi sau suporturi verticale
• Sere și camere de creștere rapidă a răsadurilor
• Creșterea în corturi
• Iluminare suplimentară în camere cu plante
• Dezvoltări farmaceutice
• Cercetare științifică și aplicativă
• Hobby-uri horticole

Avantajele LED-urilor de iluminat horticol


• Controlul spectrului și al intensității iluminării
• Controlul climatului din seră prin managementul mai eficient al căldurii degajate de LED-uri
• Eficiența mare a iluminatului prin poziționarea apropiată de plante fiindcă se degajă căldură puțină
• Scăderea costurilor cu energia consumată la iluminat și cu eliminarea căldurii degajate de iluminat
• Creșterea duratei de utilizare și a fiabilității ansamblului
• Robustețe, nu există riscul spargerii la contact cu picături de apă, iar praful se poate curăța ușor
• Libertatea proiectării, LED-ul fiind un micro-cip care se poate poziționa ușor geometric pentru asigurarea uniformității iluminării

• LED-uri fiabile și cu lungă durată de utilizare de la OSRAM Opto Semiconductors sunt alternativa eco la iluminarea standard, în sere. Ele pot stimula în mod semnificativ creșterea plantelor, reducând conside­rabil consumul de energie prin utilizarea iluminării intensive în zonele de radiație vizibilă orientate la 450 și 660 nanometri.
Caracteristicile LED-urilor, cum ar fi: factor de formă mic, înaltă eficiență și durată lungă de viață, oferă flexi­bilitate pentru iluminatul plantelor care să stimu­leze creșterea rapidă. Folosind un automat progra­mabil sau PC și surse de alimentare adecvate, reglarea intensității și controlul culorilor luminii LED-urilor se face rapid, în funcție de necesități și pot fi ușor de stabilit iluminări în cicluri care promovează dezvoltarea rapidă și sănătoasă a plantelor.
Dispozitivele LED OSLON SSL FAMILY, Golden DRAGON Plus, OSLON Square de la OSRAM Opto Semiconductors sunt special concepute pentru aplicații de iluminat horticol:
• dispozitive ultra compacte, cu putere 1W la unghiuri de vizualizare 80°, 150° și 170°
• spectre direcționate pentru a crește absorbția de către clorofilă și a stimula fotosinteza în plante
• randament ridicat, în întreaga gamă de culori (albastru la hiper roșu).
Detalii: http://ledlight.osram-os.com/applications/ horticultural-led-lighting/

• LED-urile de iluminat horticol de la Illumitex Inc. ( www.illumitex.com) sunt proiectate special pentru utilizarea în sere verticale în care sunt necesare controlul perioadei de inflorescență, perioade de iluminat și iluminat unic cu un fascicul într-un unghi conic. Illumitex Eclipse Surexi™ Horticulture LED Light Bars sunt bare de LED-uri ce emit lumină pentru creșterea plantelor, concepute pentru a produce radiații active pentru fotosinteză ridicată.
Aceste bare cu LED-uri folosesc tehnologia Digital Distribution™ şi asigură un iluminat având un conținut de lumină colorată adaptat la nevoile optime specifice la specii de plante, prin combinații de lungimi de undă personalizate, modificând răspunsul de fotosinteză și/sau fotomofogeneză al plantei țintă, care să permită o creștere mai robustă în timp mai scurt.

Alimentarea LED-urilor de iluminat horticol


LED-urile și modulele cu LED-uri de iluminat horticol necesită o alimentare fiabilă și eficientă, capabilă să lucreze în mediul umed și cald din sere.

MEAN WELL oferă familii de surse de alimentare dedicate alimentării LED-urilor în orice mediu.

Criterii de alegere a surselor pentru alimentarea LED-urilor


• Se decide nivelul de putere adecvat, inclusiv marja de siguranță.
• Se decide schema circuitului de alimentare a LED-urilor, respectiv sursa de alimentare (se alege alimentarea la curent constant (CC) sau la sursa de tensiune constantă (CV) se adăuga suplimentar circuite integrate drivere (LDD sau LDD-H) pentru a obține un nivel de curent constant mai precis).
• Se verifică dacă aplicația cere funcția de compensare a factorului de putere (PFC).
• Se verifică locația de montare a sursei de alimentare a LED-urilor: tip incintă, loc uscat / umed / cu stropi de apă, praf, gama de temperatură în care trebuie să lucreze la putere maximă, interior sau exterior de clădiri, descărcări electrice etc, pentru a alege sursa fără/cu carcasă (respectiv gradul de protecție IP).
• Se verifică dacă fiabilitatea și durată de viață se încadrează în ce declară fabricantul.
• Se verifică certificatele de siguranță în utilizare (TUV EN60950-1, UL8750), standarde de perturbații EMC (EN55015, EN61000-3-2 class A, EN61000-3-3, EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11, EN61547) și de garanție acordată (2, 3, 5 ani).
• Se verifică dacă se cere reglarea de tensiune și / sau curent la ieșire
• Se verifică dacă e nevoie de funcția de reglare a intensității luminoase și modalitatea de realizare (prin potențiometru, tensiune DC sau pulsuri PWM).

La nivele mari de putere alimentarea la curent constant se implemetează separat, sursa de tensiune constantă (CV) alimentând driverul de curent constant (CC driver). Sursele cu specificația CV+CC au tensiune constantă (CV) la pornire, iar după aprinderea LED-urilor trec în modul de lucru curent constant (CC).


Modul cu LED-uri de iluminat horticol: conține combinații de LED-uri ce iluminează în spectrele F1, F3, F6, F7 sau monocolor roșu sau albastru , are protecție ESD cu diode Zener, poate fi conectat în serie sau în paralel cu alte module la sursa de alimentare, necesită radiator pentru disiparea căldurii.

NOTĂ.
Termeni și definiții pentru LED-uri de iluminat horticol
Deși multe principii de proiectare se aplică la ambele forme de iluminat: general și horticol, unitățile utilizate în iluminat general (lumen, lux, footcandles și lumeni pe watt) sunt extrem de legate față de răspunsul ochiului uman la radiația luminoasă. În schimb, sistemele de iluminat horticole sunt mai bine evaluate prin utilizarea de unități de măsură care arată nivelul de utilizare a capacității sistemului de iluminat a stimula fotosinteza. Aceste valori sunt, prin urmare, asociate cu numărul absolut de fotoni.

1. PAR (Photosynthetically Active Radiation)
PAR - Radiația Activă de Fotosinteză este definit de CIE (International Commission on Illumination) ca expunerea totală la fotoni în banda de frecvențe de radiații 400 la 700 nm, care este absorbită de pigmenți fotosintetici. Aceeași gamă de lungimi de undă care este asociată și cu viziunea umană (380-780 nm). Cu toate acestea, ochiul uman este cel mai sensibil la gama de lungimi de undă verde (sensibilitate maximă este la 555 nm).

2. PPF (Photosynthetic Photon Flux)
PPF - Flux de Fotoni de Fotosinteză, măsurat în micromoli pe secundă. (Un mol este un număr egal cu numărul de atomi în 0,012 kg de carbon-12 și un micromol este o milionime dintr-un mol). PPF reprezintă numărul total de fotoni în intervalul de lungime de undă activă fotosintezei, emiși de o sursă de lumină fiecare secundă. Acesta este folosit în loc de flux luminos (măsurat în lumeni) în aplicații de iluminat.

3. PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)
PPFD - Densitate Flux de Fotoni de Fotosinteză, măsurată în micromoli per metru pătrat pe secundă. Această valoare reprezintă numărul total de fotoni în intervalul de lungime de undă activă fotosintezei, care se încadrează pe un metru pătrat de suprafață dată (cum ar fi un raft de plante) în fiecare secundă. Aceasta este utilizată în loc de iluminare (măsurat în lux sau footcandles) în aplicații de iluminat agricole.

4. PPF/Watt
O măsură a eficacității de cuplare, exprimată în micromoli per Joule. Această măsură metrică reprezintă numărul total de fotoni în intervalul de lungime de undă activă fotosintezei, generați de un Joule de energie electrică. Aceasta este o măsură metrică a eficienței electrice care se referă, în loc de lumeni per watt, pentru iluminare agricole. 1W = 1 J/s.

5. PPF/Watt livrată
O măsură a eficacității sistemului de iluminat, exprimată în micromoli care ajung la bolta de plante per Joule. Această valoare reprezintă numărul total de fotoni în intervalul de lungime de undă activă fotosintezei, care ajunge la bolta de plante generate de un Joule de energie electrică. În general, aceasta este cea mai bună măsură pentru evaluarea a randamentului electric a diverselor sisteme de iluminat horticole. Indiferent de eficiență electrică a cuplării LED-urilor, fluxul de fotoni trebuie să ajungă la coronamentului plantelor, în scopul de a fi absorbit și induce o fotosinteză, și/sau răspuns de fotomorfogeneză.

ECAS

ELECTRO
asigură aprovizionarea și asistența tehnică pentru orice tip de dispozitive optoelectronice, inclusiv LED-uri pentru iluminat horticol.

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor

MEAN WELL

.


Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

În umbra Marii Curse. Semiconductoare discrete moderne de la Diotec.

Asistăm cu respiraţia tăiată la cursa producătorilor din do­me­niul circuitelor integrate.
Procesoarele sunt tot mai rapide şi mai eficiente, oferind totodată un consum de energie din ce în ce mai mic.
Mai puţin atrag însă atenţia elementele semiconductoare dis­crete – diode şi punţi redre­soare, care sunt şi ele în schim­bare pentru a răspunde aştep­tă­rilor pieţei şi clienţilor.



În acest sens, un bun exemplu pot fi produsele firmei germane Diotec. Această companie, de mai bine de treizeci de ani, s-a specializat într-un domeniu destul de îngust – diode de protecţie şi de semnal, precum şi diode şi punţi redresoare.
Bogata sa experienţă per­mite atât producţia de elemente standard de înaltă calitate, precum şi realizarea de comenzi individuale, în funcţie de necesităţile clienţilor. Diotec are fabrici atât în Europa (Germania şi Slovenia), cât şi în Asia (China şi India), iar majoritatea, adică peste 70% din producţie, ajunge pe piaţa europeană. Jumătate dintre clienţi sunt firme OEM – producători care folosesc componentele firmei pentru realizarea propriilor echipamente. Beneficiari principali sunt firme din domenii ca: iluminat, telecomunicaţii, surse de energie, industrie şi energii alternative (solară şi eoliană).

Diodele


Diodele sunt unele dintre cele mai populare elemente semiconductoare. Practic, este greu să ne imaginăm vreun echipament care să nu aibă în structura sa măcar o singură diodă.
Deşi principiul de funcţionare al diodei este banal de simplu – conducţia curentului doar într-o direcţie – posibilităţile de utilizare sunt surprinzător de multe. Diodele redresează curentul, stabilizează tensiunea, limitează supratensiunile… şi acestea sunt doar câteva funcţii dintr-o listă foarte lungă.
Sigur că Diotec are în oferta sa şi diodele cele mai clasice, vândute de fiecare producător.
Însă ceea ce o diferenţiază este mare diver­sitate a versiunilor şi carcaselor disponibile.
De exemplu, dioda standard tipică, având parametrii de 1000V/1A este oferită, bine­înţeles, în carcasa clasică din plastic DO-41 (1N4007), dar poate fi achiziţionată şi în versiunea ultrafast (UF4007 , trr =50ns – 100ns) şi în versiunile SMD:

SL1M – carcasă foarte mică SOD-123FL (1,8mm × 2,8mm, înălţime maximă 1,3mm)
GL1M – carcasă miniatură MiniMelf (DO-213AA,  1,3mm), poate înlocui elementele din carcasa SOD-87
M7 – versiune economică în carcasă LowCost SMA (2,7mm × 4,2mm × 2,2mm)
S1M – în carcasă DO-214AC (SMA – 2,7mm × 4,5mm × 2,2mm), diodele în această carcasă sunt disponibile cu tensiuni inverse de până la 2000V (S1Y)
SM4007 – în carcasă DO-213AB (Melf, , 2,5mm), diodele în această carcasă sunt caracterizate de cel mai mare curent în impuls de până la 44A (8,3 ms)

Dintre celelalte propuneri interesante de diode, merită menţionate şi diodele Zener cu putere de până la 3W (SMD în carcasă DO-214AB/SMC) sau cu o putere de până la 5W în cazul diodelor cu terminale axiale (în carcasă  8×7,7mm). Această din urmă carcasă este folosită şi la realizarea diodelor redresoare cu un curent de conducţie de până la 25A, a diodelor cu barieră Shottky cu un curent de conducţie de până la 30A şi a diodelor de protecţie (transil) cu o putere de până la 5000W. Cheia succesului în acest caz a reprezentat-o utilizarea unei secţiuni puţin mai mari a terminalelor ( 1,6mm în loc de  1,2mm), datorită căreia a putut fi eficientizată evacuarea căldurii din structura P-N.
Sunt disponibile şi matrice de diode cu anod comun sau catod comun (max. 8 diode), diode fixate prin presare (carcasă de tipul Press-fit), diode în carcase tip pastilă sau cu tranzistoare, montate atât prin inserţie (TOxxx), cât şi SMD (D2PAK). O soluţie interesantă o reprezintă combinaţia, în aceeaşi carcasă SMD (Melf) a unei diode de blocare cu o diodă TVS (din gama TGLxxx), destinată soluţiilor PowerLED.
Un accent special este pus de Diotec pe diodele cu o tensiune de conducţie joasă (“LowVf”), care îmbină avantajele diodelor redresoare (o tensiune inversă ridicată) cu dioda Shottky (tensiune de conducţie joasă). Zona lor de acţiune o reprezintă dispozitivele solare, unde limitarea pierderilor de putere este deosebit de importantă.
Fapt interesant, în oferta firmei găsim şi diode de înaltă tensiune SMD de până la 2300V, carcase cu terminale axiale pentru tensiuni de până la 18 000V (0,2A), dar şi diode cu o tensiune de lucru de până la 24000V şi un curent de conducţie de până la 4A.

Punţi redresoare


În această grupă de produse Diotec deţine şi soluţii clasice, dar este lider în domeniul caracterizat pe scurt prin deviza “Mai mic, mai uşor, cu putere mai mare”.
În practică, acest lucru se traduce prin miniaturizarea elementelor cu menţinerea posibilităţii, mai mari decât la concurenţă, de conducţie a curentului şi cu păstrarea grijii pentru un preţ redus şi soluţii de protecţie a mediului (ROHS). Au anunţat această tendinţă punţile în carcasa standard DIL4 cu pas de 5,1mm, un curent de conducţie de max. 1A şi o tensiune de lucru de max. 1000V.
Următorul pas a fost apariţia punţilor DIL4 cu structuri din diode rapide şi Shottky.
Aşteptările pieţei au forţat evoluţia acestor produse. Mai întâi a apărut puntea în carcasă SO-DIL SLIM (montare SMD, înălţime de numai 2,5mm), iar apoi în carcasă ABS (pas 4mm, înălţime 1,5mm), MiniDil SLIM (carcasă apropiată de TO269AA, pas 2,54mm).
Următoarea etapă au constituit-o punţile MYSxx cu carcasă MicroDIL şi dimensiunile 3×3mm, înălţime de doar 1,8mm şi pas de 1,27mm. Sunt unele dintre cele mai mici punţi redresoare din lume, care funcţionează cu 0,5A şi o tensiune de până la 800V max.
Apariţia lor o datorăm dezvoltării tehnologiei de iluminare cu LED, în care, într-un spaţiu mic, limitat de dimensiunile impuse de norme (de exemplu într-un bec), trebuie montat sistemul de alimentare şi control al LED-urilor.
Calitatea produselor marca Diotec poate fi atestată de parametrii acestora, puţin mai buni decât ai concurenţei, de exemplu în puntea rotundă clasică  9×5mm curentul de conducţie este de max. 2A, în timp ce concurenţa oferă, în majoritate, max. 1,8A.
Sigur că în oferta firmei găsim şi punţile monofazate plate clasice cu curenţi de funcţionare de la 2A la 12A, destinate unei tensiuni de max. 1000V şi punţi pătrate cu terminale cu sârmă pentru montare pe PCB (prin inserţie) sau cu terminale cu conectori. Acestea din urmă sunt populare printre producătorii diferitelor aparate electrocasnice, pentru care sunt foarte importante rapiditatea şi simplitatea montajului. Reţineţi că o aplicare a unei sarcini complete pe punţi, până la parametrii de catalog, este posibilă doar după dotarea acestora cu un radiator adecvat sau după montarea acestuia pe scheletul echipamentului, fapt practicat adesea în industria aparatelor electrocasnice.
Ultima grupă o reprezintă punţile trifazate cu tensiuni de lucru de până la 1600V. Sunt disponibile modele plate de 35×25×4mm cu curenţi de până la 20A (versiune polarizare B: +~~-) sau 25A (versiune polarizare A:-~~+). Punţile trifazate pătrate, disponibile în versi­uni cu curentul de 15A, 25A sau 35A, sunt realizate doar cu terminale cu conectori în standardul 6,3mm.

Valoarea adăugată


Articolul de faţă prezintă şi angajamentul firmei Diotec de dezvoltare a produselor sale, precum şi reacţiile sale rapide la nevoile pieţei. În afară de înalta calitate a elemen­telor, merită atenţie şi suportul oferit de producător.
Pe pagina de internet a acestuia putem găsi multe informaţii şi documente utile. Se află la dispoziţia celor interesaţi tabele uşor de consultat, care conţin parametrii produselor, în care poate fi găsit rapid elementul căutat. Diotec pune la dispoziţie şi fişe de catalog detaliate ale diferitelor produse, în care pot fi găsite diferite exemple de aplicaţii, care sunt o sursă utilă de inspiraţie pentru constructori.
Cu siguranţă se va dovedi utilă fişa cu înlocuitorii pentru diferitele tipuri de carcase şi procedura detaliată de lipire. Un asemenea volum bogat şi precis de cunoştinţe pus la dispoziţie de către producător este, din păcate, rar întâlnit, iar prezenţa lui este deosebit de folositoare pentru utilizatori şi, mai mult, reprezintă o bună dovadă a înaltei clase a firmei.
Produsele marca Diotec sunt disponibile şi la TME, de la elemente individuale disponibile în depozit, trecând prin cantităţile medii cumpărate în magazinul online, până la marile loturi cotate individual pentru fiecare client, alături de suportul tehnic.
Informaţii detaliate: www.tme.ro

Autor: Arkadiusz Węglewski

Transfer Multisort Elektronik s.r.l.
Str. B.P. Haşdeu nr. 8, Timişoara
tel. +40 356467401
fax +40 356467400
tme@tme.ro
www.tme.ro
Citeste tot articolul

CURENȚII DE SCURGERE

În orice conductor care are un potențial mai ridicat decât potențialul Pământului (considerat ca referință, respectiv zero volți), pot exista curenți care să curgă de la conductor la Pământ. Acești curenți de scurgere apar chiar și în conductoare care sunt bine izolate față de Pământ, deoarece nu există niciun lucru cu izolarea perfectă sau impedanța infinită. În general, numim curent de scurgere (leakage current) acel curent care trece prin conductorul de împământare de protecție legat la Pământ.



În absența unei conexiuni de împământare, acesta este curentul care ar putea rezulta din orice parte conductoare sau din suprafața pieselor neconductoare spre pământ, dacă o cale conductoare este disponibilă (cum ar fi corpul uman). Acest curent este nedorit, apărând suplimentar față de curenții utili într-o schemă electrică.
Cantitatea de curent care se scurge depinde de: (1) Potențialul de pe conductor, (2) Reactanța capa­citivă dintre conductor și pământ, (3) Rezistența între conductor și pământ.
Curenții care curg prin conductoare care sunt izolate față de Pământ și/sau izolate între ele, numiți curenți de scurgere sunt în mod normal mici. Dar, curenții mici pot produce efecte fiziologice nedorite. Deci, acești curenți trebuie limitați la nivele sigure, prin proiectarea echipamentelor, funcție de domeniul de aplicație. Echipamentele

Dacă prin corpul umed, având rezistența 3Kohm, curg 6mA, tensiunea pe carcasă ajunge la 18V, iar curentul de scurtcircuit spre pământ poate atinge 90A, prin rezistența bornei de împământare Rg=0.20 ohm.
electrice medicale, impun nivele diferite de curent de scurgere, definite în funcție de căile pe care pot curge curenții.
Noțiunea de curent de scurgere, în electronică, se re­feră și la alte tipuri de procese. (a) Curent de scurge­re se poate referi la o pierdere treptată de energie dintr-un condensator încărcat, datorită scurgerii prin dielectricul care nu este un izolator perfect și în principal datorită dispozitivelor electronice atașate, precum tranzistoare sau diode care conduc o cantitate mică de curent chiar și atunci când sunt blocate.
(b) Un alt tip de curent de scurgere se produce atunci când un curent care circula pe o cale definită de circuit, se abate prin altă cale alternativă datorită izolației degradate în timp și condiții de mediu. O astfel de scurgere este nedorită, deoarece curentul poate provoca daune, incendii, zgomot RF sau electrocutare. O scurgere de acest tip poate fi depistată prin măsurarea fluxului de curent într-un circuit, care la un moment dat nu se potrivește cu fluxul de la un alt circuit.
Scurgerea într-un sistem cu înaltă tensiune poate fi letală pentru un om aflat în contact cu pământul, atunci când se atinge accidental o linie de înaltă tensiune.
(c) Printr-un transfer nedorit de energie de la un circuit la altul poate apare un curent în alt circuit.
Liniile de flux magnetic care nu sunt închise în întregime în miezul unui transformator pot face ca un alt circuit sau conductoare din apropiere să se cupleze la transformator. Scurgeri de energie dintr-un transformator pot induce curenți de scurgere în conductoare, care se pot manifesta uneori, prin brum audibil în cazul schemelor audio.
(d) Curent de scurgere se consideră și curentul care poate curge în ansamblurile electronice dezactivate, dar alimentate și rămase în așteptare sau în modul “adormit”. Aceste dispozitive pot consuma câțiva microamperi din sursa de alimentare în starea de repaus, deși consumă sute sau mii de mA în timpul când sunt active. Acești curenți de scurgere devin un factor important pentru producătorii de dispozitive portabile, fiindcă determină timpul de funcționare al unui dispozitiv alimentat de la o baterie.

Importanța protecției


Dispozitivele și echipamentele electrice includ de obicei un sistem de împământare pentru a asigura protecție împotriva unui pericol, dacă există un defect de izolație. Trebuie respectată obligația ca echipa­mentul să fie conectat la pământ dacă este prevăzută o bornă dedicată (EG). Dacă apare un defect catastrofal de izolație între linia de putere și alte conductoare sau piese, tensiunea este șuntată la masă. Curentul rezultat va determina arderea unei siguranțe sau deschiderea unui întrerupător de circuit, prevenind pericolul de electrocutare. Evident, există un posibil pericol de electrocutare în cazul în care conexiunea de împământare este întreruptă, în mod intenționat sau accidental. Pericolul poate fi mai mare decât ar trebui, din cauza curenților de scurgere. Chiar dacă nu există niciun defect de izolație, întreruperea curenților de scurgere care au calea prin conductorul de pământ ar putea reprezenta un pericol pentru cineva care atinge echipamentele nelegate la pământ. Această posibilitate trebuie evitată total în aplicații medicale, caz în care un pacient poate fi victima unui șoc letal prin curentul de scurgere ce este aplicat la organele interne, mai ales dacă pacientul este într-o condiție proastă sau inconștient. Echipamentul care nu este legat la pământ oferă protecția prin utilizarea a două straturi separate de izolație, pentru că este puțin probabil să se defecteze ambele straturi de izolație. Cu toate acestea, condițiile care produc curenții de scurgere sunt încă prezente, și trebuie să fie luate în considerare.

Notă. NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health), agenția americană care face recomandări responsabile pentru prevenirea accidentelor de muncă, ne informează că: “În condiții uscate, rezistența oferită de organismul uman poate fi până la 100.000 ohmi. Pielea umedă sau ruptă poate scădea rezistența organismului la 1.000 de ohmi” adăugând că “energia electrică de înaltă tensiune (peste 600V) descompune rapid pielea umană, reducând rezistența ca dielectric a organismului uman la 500 ohmi.” Efectul mortal al șocului electric depinde de (a) curent, (b) durată, (c) calea curentului prin corp (prin inimă).

Cauzele scurgerilor de curent


Există două tipuri de scurgeri de curent: scurgere AC și scurgere DC. Curentul de scurgere DC, de obicei, se verifică numai la produsul final, nu la sursa de alimentare.

Schema tipică a filtrului EMC/EMI.
Curentul de scurgere AC este cauzat de o combinație în paralel de capacitate și rezistență DC între o sursă de tensiune (linia AC) și părțile conductoare la pământ ale echipamentului. Scurgerile provocate de o rezistență DC sunt de obicei nesemnificative în comparație cu scurgerile prin impedanța AC datorată diferitelor capacități paralele. Capacitatea poate fi intenționată (condensatoare tip Y în filtrul EMC/EMI) sau neintenționată. Exemple de capacități accidentale sunt distanțele pe cablaje imprimate, izolații între semiconductoare de putere și radiatoare, capacitatea parazită dintre primar-secundar în transformatoarele de izolare din sursa de alimentare.

Cel mai mare contribuitor la curentul de scurgere este capaci­tatea CY din filtrul antiperturbativ EMC/EMI (Electro Magnetic Compatibility/Interference) din sursa de alimen­tare, conectată între fază (L) și neutru (N) și pământ (EG).
O valoare mare asigură un nivel mic EMI, dar duce la creșterea curentului de scurgere. Estimarea valorii maxime a capacității CY se face cu expresia: CY(max)=Ileak(max)/(Vac(max) × 2πf) adică,
0.25mA/(242V × 314)= 3.2nF.
La un curent de scurgere de 0.25mA, rezultă CY=3.2nF.

Măsurarea scurgerilor de curent


Se utilizează aparate de măsură special concepute pentru măsurarea curenților de scurgere când toate sarcinile sunt deconectate. Curentul care curge în conductorul legat

Fluke 360 Leakage Current Clamp Meter
la pământ este măsurat (1) prin conectarea aparatului în serie cu conexiune de împământare sau (2) detectarea câmpului magnetic produs de curenții de scurgere prin cabluri singure sau multiple folosind un clamp meter (ex. Fluke 360 Leakage Current Clamp Meter) proiectat pentru testare non-invazivă a curentului de scurgere prin izolații fără a opri alimentarea sau a deconecta echipamentul.
Pentru echipamente de prelucrare a informațiilor, conexiunea la pământ este deschisă și se măsoară curentul pe firul neutru al liniei de alimentare. Pentru echipamentele medicale, se măsoară curentul care curge în pământ. Măsurarea poate fi făcută, de asemenea, între ieșirile sursei de alimentare și pământ. Condițiile de testare includ interschimbarea liniei de fază cu linia neutră, și măsurarea curentului de scurgere cu sursa de putere oprită.
Testul se efectuează cu echipamentul aflat la tempe­ratura normală de funcționare sau temperaturi mai ridicate pentru a identifica și măsura curentul de scurgere în cel mai rău caz.
Pentru curenți de scurgere foarte mici, aparatul de măsură a curentului de scurgere este înlocuit cu un rezistor sau un rezistor combinat cu un condensator. Căderea de tensiune pe aceste componente se măsoară folosind un voltmetru AC sensibil. Echipamentele fără împământare sau dublu izolate se verifică prin conectarea aparatului de măsură între o parte conductoare tangibilă și pământ. În cazul carcaselor neconductive, o folie de cupru de dimensiune adecvată este plasată pe carcasă, iar curentul care curge de la acesta la pământ este măsurat.

Reducerea curentului de scurgere


Multe dintre sursele de alimentare de astăzi au cerințe pentru valorile de curent de scurgere mai mici din cauza interacțiunii umane cu produsele alimentate. Prin urmare, producătorii de surse de alimentare cer eliminarea sau reducerea mărimii condensatoarelor Y pe care le folosesc pentru a satisface cerințele EMC/EMI. Prin folosirea transformator cu ecranări între înfășurări, valorile condensatoarelor Y pot fi semnificativ reduse sau eliminate, pentru a scădea curentul de scurgere în timp ce încă este realizată încadrarea în limitele EMI cu marjă adecvată.
Filtrul se montează astfel ca să existe un contact pe arie cât mai mare cu partea care se leagă la pământ.

Filtrele EMC/EMI EPCOS permit noi aplicații datorită curenților de scurgere foarte mici


Creșterea numărului de aparate electronice și interacțiunea lor înseamnă că filtrele EMC adecvate sunt mai importante decât oricând înainte.
Ele sunt necesare pentru a respecta limitele impuse la echipamente pentru interferențe radiate și pentru a asigura o funcționare sigură a echipamentului în condiții dificile. Trebuie asigurată și protecția împotriva interferențelor provenind de la alte echipamente și la perturbații de la linia de alimentare.
În filtre se folosesc capacitoare tip X și tip Y.
Capacitoarele tip X sunt conectate între faze, respectiv între faze și conductorul neutru, pentru a suprima interferențele diferențiale. Capacitoarele tip Y conectate între fază și pământ, respectiv nul și pământ, suprimă perturbațiile de mod comun. Funcție de calitatea și toleranța valorilor, capacitoarele hotărăsc caracteristicile de filtrare și curenții de scurgere.
Filtrele din noua serie SIFI® de la EPCOS sunt acum folosite cu succes în cele mai diverse aplicații.
Datorită materialelor inovatoare, dimensiunile noii serii SIFI au fost reduse și mai mult în comparație cu tipurile precedente, păstrând aceeași capabilitate de curent. În plus, îmbunătățirile constructive au condus, de asemenea, la creșterea fiabilității și la reducerea prețurilor.

Ghid de selecție pentru filtre - EMC EPCOS din familiile SIFI®


EPCOS oferă în prezent trei familii de filtre SIFI: SIFI-F (B84111F), SIFI-G (B84112G)
și SIFI-H (B84113H). Ele au fost dezvoltate ca filtre modulare standard pentru sistemele monofazate (2 linii), cu diferite caracteristici de atenuare. Ghidul de selecție ajută la alegerea corectă a filtrelor EMC ca proprietăți și dimensiuni, pentru a găsi o soluție eficientă în câțiva pași. Noile familii de SIFI diferă în principal în proprietățile lor de atenuare și dimensiuni. SIFI-F (B84111F) are cele mai mici dimensiuni și acoperă întreaga gamă de cerințe normale de antiparazitare. SIFI-F are versiunea 10-A, care are amprenta de numai 60 mm × 60 mm, inclusiv terminalele și clipsurile de fixare. În cazul cerințelor mai mari de atenuare, este recomandat SIFI-G (B84112G). La frecvențe mai mici de 1 MHz, acesta oferă o caracteristici de frecvență îmbunătățite la filtrarea de mod comun, comparativ cu SIFI-F. Dacă filtrul SIFI-G nu este suficient de eficient, atunci SIFI-H (B84113H) ar trebui utilizat. Acest filtru cu două etaje reduce fiabil tensiunile de interferență conduse simetrice și asimetrice, între aprox. 0,1 MHz până la circa 50 MHz.

Toate filtrele din cele 3 familii au curentul de scurgere redus până la 0.002mA, pentru aplicații medicale.


Tabel 1. Standard de siguranță dispozitive non-medicale IEC/EN60950


Tabel 2. Standarde de siguranță dispozitive medicale IEC/EN60601-1

NIVELE DE SIGURANȚĂ


Pentru echipamente non-medicale și respectiv cele medicale, nivelele de siguranță au fost stabilite de IEC (International Electrotechnical Commission) în standardele de siguranță IEC60950, IEC60601-1. Standarde specifice în Europa sunt EN 60939 și VDE 106.

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor EPCOS:
Capacitoare aluminiu, Capacitoare film, Capacitoare de putere, Ferite, Filtre absorbante de curenţi mari, Inductoare, Supresoare ceramice pentru tensiuni tranzitorii, Termistoare NTC, Termistoare PTC, Transformatoare, Varistoare.
www.epcos.com
www.ecas.ro

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Protecții în surse și consumatori prin termistoare PTC

Protecțiile sunt absolut necesare atât în sursele de alimentare cu putere cât și în consumatorii dintr-un sistem, indiferent de complexitatea acestuia.
Sursele de alimentare trebuie să aibă protecții la ieșire, la: scurtcircuit (SCP), supratensiune (OVP), subtensiune (ULP), supracurent (OCP), depășirea puterii (OPP/OLP).



Sursele de alimentare trebuie să fie robuste: să poată fi solicitate și să nu se defecteze la porniri/opriri (ma­nuale sau de la distanță) frecvente și repetate în timp. Pornirile și opririle repetate stresează componentele electronice reducând durata de utilizare (ex. Becul economic fluorescent sau cu LED-uri care conține o sursă cu comutare, nu suportă porniri/opriri frecvente, iar becul se arde prematur dacă nu are prevăzute protecții. Becul cu halogen nu este afectat de acest regim on/off). Puțini fabricanți specifică această caracteristică, dar ar fi normal un minim de 10.000 porniri/opriri cu sarcina nominală conectată, pe toată durata de viață estimată (altă caracteristică nespecificată de toți fabricanții de surse).
Sursele de alimentare și alte dispozitive alimentate cu putere electrică trebuie să aibă protecție la supra­temperatură (OTP), mai ales când funcționează la putere maximă și în condiții de mediu cu temperatură ridicată.
Sursele de alimentare trebuie să aibă consum propriu mic de putere electrică în starea de așteptare a pornirii (standby), sub un nivel impus de standarde (ErP, EISA), pentru a nu fi considerate vampiri energetici. Un exemplu tipic este un invertor DC/AC conectat la o baterie de 12Vcc, pe care o poate epuiza energetic în așteptare, deoarece, chiar fără sarcină are un consum propriu semnificativ. (De ex. Invertorul Meanwell A301-600-F3 consumă 600mA fără sarcină, dar invertorul Steca Solarix MPPT 2010 consumă doar 10mA fără sarcină. Bineînțeles că, la caracteristici superioare prețul e mai mare!).

Protecția la supratensiune la ieșire (OVP – Over Voltage Protection)


Protecția la supratensiune la ieșirea sursei este realizată de un circuit care monitorizează tensiunea la ieșire pentru ca aceasta să fie în limite sigure. Protecția la supratensiune (OVP) este obligatorie la toate sursele, iar pentru consumatori este obligatorie pe intrare. Nivelul de declanșare al protecției poate fi fixat mai sus de tensiunea nominală, dar acest nivel la care acționează protecția OVP poate reprezenta un nivel periculos, la care se distrug componente electronice. Astfel, se poate specifica la o sursă că variația normală a nivelului ieșirii este ±5% din nivelul nomi­nal, dar protecția trebuie să acționeze la nivel cu cel puțin 2Vcc mai sus de acest nivel, dar respectând nivelul maxim de tensiune admisă de sarcină, când sursa poate fi funcțională, dar sarcina este afectată.

Diagrama Vout-Iout: (a) La foldback curentul Isc scade dramatic și tensiunea ajunge la zero (b) La limitare la curent constant Imax tensiunea este variabilă până la zero c) Dacă sursa nu are o limitare de curent, acesta atinge valoarea maximă posibilă Ifinal când sursa se defectează.
Protecția la supratensiune se poate realiza simplu prin două metode: (1) protecția crowbar este protecție la supratensiune care scurtcircuitează ieșirea dacă tensiunea la ieșire depășește un nivel setat (schema este simplă: un circuit sesizează nivelul tensiunii și comandă un dispozitiv SCR – Silicon Controlled Rectifier care va scurtcircuita ieșirea și va activa o siguranță ultrarapidă). Circuitul trebuie să asigure o întârziere relativ mică, pentru a evita distrugerea sarcinii. Siguranța va rămâne întreruptă și nu se asigură revenirea automată la modul normal de operare a sursei după dispariția supratensiunii, dar se poate indica optic că s-a acționat la o supratensiune. Pot apărea false depășiri ale tensiunii de ieșire la deconectarea unei sarcini inductive sau la descărcări electrostatice imprevizibile sau la prag de declanșare a protecției fixat la nivel apropiat de nivelul nominal al tensiunii. (2) protecţia clamping (clamping circuit) limitează variațiile de tensiune în sus sau în jos față de un nivel de tensiune DC prestabilit, conducând vârfuri de curent mare pe durate scurte (peaks), repe­titive, spre un nivel de referință. Se menține simplu tensiunea în limite non distructive pentru circuitele ali­mentate la tensiuni mici (ex. contactele releelor ce au sarcini inductive, sunt protejate cu diode). De asemenea, pot fi protejate prin protecția clamping componente electronice la descărcări ESD, la perturbații EMI, la tensiuni tranzitorii și fluctuații ce pot apare aleatoriu în sursele de putere, pe firele de conectare la alimentare, de comunicații sau de date.

Protecția la supracurent (OCP – Over Current Protection)


Această protecție este obligatorie. Standardul IEC 60950-1 obligă ca, niciun singur conductor dintr-un echipament de calcul să nu transporte o putere mai mare 240VA (curent maxim 20A, la tensiunea 12V). Protecția la supracurent se bazează pe un circuit specializat OVP și pe un senzor de curent (rezistor de pu­tere mare, dar cu rezistență foarte mică, numit șunt) pe care se măsoară căderea de tensiune și se compară cu un nivel de referință. Se folosesc diverse metode de limitare a curentului: (1) la curent constant când sursa devine un generator de curent (curentul rămâne constant, dar tensiunea va tinde la zero); (2) fold-back (tensiunea tinde spre zero, dar curentul la ieșire se reduce la o valoare mai mică); (3) fold-forward (tensiunea tinde spre zero, în timp ce curentul la ieșire crește, ca în cazul surselor care alimentează motoare electrice, pentru a putea compensa, la pornire, inerția electrică a motoarelor, pompelor sau a sarcinilor capa­citive mari); (4) hiccup (la atingerea unei limite a curentului, tensiunea se reduce la zero și după un scurt timp revine la valoarea normală; la ieșire apar variații on/off, ca o oscilație, iar disiparea de putere este minimă); (5) oprirea funcționării sursei (shutdown) la apro­pierea de nivelul maxim admis pentru curent (current limit shutdown). În funcție de modelul sursei, aceasta poate să revină automat la operare normală, după dispariția cauzei sau poate fi necesară pornirea manuală sau de la distanță.

Protecția la depășirea puterii / protecția la suprasarcină (OPP/OLP – Over Power/Load Protection)


Aceste protecții (OPP/OLP) au nume diferite, dar se referă la același lucru. Această protecție este opțională și acționează pentru oprirea sursei când se solicită o putere la consumator mai mare decât un nivel configurat. Protecția se realizează prin monitorizarea curentului la ieșirea sursei, iar la creșterea curentului peste o valoare fixată, se va declanșa protecția, oprind funcționarea sursei de alimentare.

Protecția la supratemperatură (OTP – Over Temperature Protection)


Această protecție este opțională și acționează la depă­șirea unui nivel al temperaturii în interior, considerat peri­culos. Temperatura se monitorizează cu un termistor, iar nivelul la care va acționa protecția este stabilit de fabricant. O sursă cu protecție la supratemperatură poate avea senzorul pus în interior pe etajul de putere pentru a opri sursa sau pentru a controla viteza unui ventilator de răcire forțată. Protecția la supratemperatură se poate referi și la sarcină, cum este cazul încărcătoarelor de baterii la care se reglează curentul de încărcare în funcție de tempe­ratura bateriei, știind că la încălzire bateria se poate deteriora. Încărcătoarele de baterii considerate de calitate, cu nivele de încărcare, se livrează cu un senzor de temperatură extern care se poziționează pe baterie.
Curentul de încărcare va fi corelat cu temperatura bateriei (scade curentul, când crește temperatura bateriei).
Obligatoriu, la alegerea sursei de putere se analizează dia­grama dependenței puterii la ieșire în funcție de tempe­ratura ambiantă (puterea scade, la creșterea temperaturii), pentru ca sursa să poată debita pute­rea cerută de sarcină la temperatura maximă.

Protecția prin termistoare PTC ceramice


Un termistor PTC este un rezistor semiconductor sensibil termic. Valoarea rezistenței crește brusc odată cu creș­terea temperaturii, când o temperatură definită (Tempe­ratura de referință, numită Temperatură ferroelectric Curie) a fost depășită. Coeficientul de temperatură pozitiv foarte ridicat (PTC) al rezistenței peste temperatura de referință a dat numele termistor.

Caracteristica R/T pentru familia PTC B5960A0*X5B062 EPCOS: 1. Rezistența la Tnominală 25°C = 470ohm ±50% 2. Temperatură de referință (RPTC = 4.7Kohm): 75°C - 135°C în pași de 10°K, cu toleranța ±3°K 3. Rezistența la depășirea Temperaturii de referință + 10°K: > 40Kohm
Standardele aplicabile sunt EN 60738-1, IEC 60738-1, DIN 44081 și DIN 44082.
Termistoarele PTC ceramice sunt utilizate în locul sigu­ranțelor pentru a proteja la supracurent circuite electronice, dar și motoare și transformatoare. Termistoarele se conec­tează în serie cu traseul de curent și răspund rapid la creșteri inadmisibile de curent, dar și la creșteri de temperatură. Puterea disipată este limitată prin creșterea rezistenței care va limita curentul, iar în contrast cu siguranțele care întrerup circuitul electric, termistoarele încetează limitarea când se răcesc, dacă curentul scade. Termistoarele PTC ceramice pot avea frecvente cicluri încălzire/răcire, fiind superioare PTC-urilor din materiale plastice.

Considerații la alegerea unui termistor ceramic PTC.
• Curentul maxim limitat (trebuie cât mai apropiat de curentul nominal, pentru o acționare rapidă la creștere) și tensiunea maximă ce poate apare (până la 1000V) pentru a ști puterea maximă ce trebuie disipată; ca precauție se înseriază un rezistor de valoare mică care va limita curentul în caz de scurtcircuit al PTC.

Curentul de încărcare inițială a unui capacitor prin rezistorul R este constant la valoare mare, dar prin termistorul ceramic PTC scade rapid la valoare non critică.
• Dimensiunile PTC proporționale cu disiparea pu­terii maxime, pentru o revenire rapidă, dar și să permită poziționarea în montajul electronic.
• Curenții de valori mari se admit fără schimbarea va­lorii rezistenței, dacă dimensiunile sunt mari și asigură o răcire eficientă prin plasarea bine aleasă în mediu. EPCOS produce termistoare PTC care asigură o supra­față mare pentru o bună disipație, ce pot asigura o disipație de până la 200W per componentă. O răcire cu ventilator poate fi utilă.
• Temperatura ambiantă la care operează PTC pentru ca limitarea să nu se facă datorită în principal datorită variației temperaturii mediului; EPCOS oferă termistoare PTC pentru protecție la supracurent cu temperaturi de referință 80, 120, 130 și 160°C, iar curentul limitat va depinde de această temperatură de referință și de diametrul PTC.
• Rezistență PTC cât mai mică (câțiva ohmi), pentru o variație mică între curentul nominal și cel limitat; se evită folosirea solvenților care afectează suprafața în­cap­sulării PTC și astfel poate scade rezistența nomi­nală.
• Durata perturbației care duce la limitarea curentului este adesea un factor neglijat; termistoarele EPCOS pot avea tensiunea de lucru de cel puțin 265Vac și pot rezista timp indefinit.
• Disiparea căldurii trebuie să fie asigurată prin circu­lație ușoară a aerului, pentru ca revenirea să fie rapidă.

Aplicații versatile pentru PTC - EPCOS


1. Protecția simplă a unui transformator prin limitarea curentului în primar.
2. Întârziere la comutarea unei sarcini L, dacă sunt comutări frecvente. Se limitează curentul când crește tensiunea la deconectare.
3. Preîncălzirea electrozilor în lămpi fluorescente sau economice creşte durata de viață a lor.
4. Circuit starter motor AC (frigider sau aer condiționat) cu PTC care limitează curentul în înfășurarea auxiliară la pornire.
5. Senzor de nivel cu PTC care disipă căldura mai bine într-un lichid decât în aer.
Pentru aceste aplicații EPCOS oferă PTC încapsulați în sticlă sau oțel inox.
6. Protecția motoarelor trifazice prin monitorizarea temperaturii înfășurărilor. Termistoarele EPCOS (conforme DIN 44081, DIN 44082) sunt legate în serie la un circuit Siemens special de sesizare a creșterii rezistenței.
7. Protecția semiconductoarelor de putere cu PTC care sesizează temperatura.
8. Datorită caracteristicilor R/T termistoarele PTC sunt ideale pentru a fi utilizate ca elemente de încălzire.
Dimensionarea se face știind că puterea electrică absorbită este egală cu puterea termală disipată.
Rth – rezistența termală în K/W
Tsurf, PTC – temperatura suprafeței PTC
TA – temperatura ambiantă.
• Curent - Hold (Ih) (Max): 8mA ~ 850mA
• Curent - Max: 100mA ~ 5.5A
• Curent - Trip (It): 17mA ~ 1.7A
• Capsulă: Radial, Disc
• Timp de acționare: 2s ~ 6s
• Tensiune- Max: 24V ~ 1000V

Termistoarele PTC de tip SMD au aceleași caracte­ristici ca și cele tip disc, dar dimensiuni mai mici (max. 3.2 × 2.5 × 1.6 mm – EIA case size 1210).

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor EPCOS:
Capacitoare aluminiu, Capacitoare film, Capacitoare de putere, Ferite, Filtre absorbante de curenţi mari, Inductoare, Supresoare ceramice pentru tensiuni tranzitorii, Termistoare NTC, Termistoare PTC, Transformatoare, Varistoare.
www.epcos.com
www.ecas.ro

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Măsurarea fluxurilor de energie în operațiunile transfrontaliere de tracțiune feroviară

Noi standarde impun cerințe de precizie pentru măsurarea energiei ceea ce reprezintă o mare schimbare relativ la practica anterioară din industrie.



de Hartmut Gräffert, LEM

Deoarece rețelele feroviare de mare viteză se extind și timpul de călătorie scade, transportul feroviar internațional este din nou în vogă. Pentru un călător, cel

Figura 1: Conceptul standardului prEN 50463
puțin în cadrul Uniunii Europene, granițele naționale sunt pe hartă, dar au încetat să existe efectiv. Nu același lucru este însă în întregime adevărat pentru trenuri, fiindcă unitatea de tracțiune a trenului face o tranziție de alimentare cu energie, pe măsură ce trece de la o țară la alta. Puterea absorbită din linia aeriană va fi furnizată în continuare, în majoritatea cazurilor, de către un serviciu feroviar național, și vor fi discontinuități la frontieră: se poate - sau nu se poate – să fie la nivele de tensiune și de frecvență similare în fiecare parte a tranziției. Acest lucru prezintă proiectanților de rețele de tracțiune feroviară un număr de probleme. În primul rând, și cel mai evident, setul de tracțiune trebuie să fie “multi-standard” – adică acesta trebuie să fie capabil să opereze de la orice sursă de alimentare pe care o va întâlni în rețea, fiindcă rutele programate de azi pot însemna parcurgerea de mai multe țări într-o singură călătorie.

Măsurarea puterii la bord


O cerință ceva mai puțin evidentă este nevoia de o monitorizare exactă a puterii luată din rețea de către motoarele de tracțiune, în orice moment. Fiecare autoritate de alimentare cu energie în rețea trebuie să fie plătită pentru energia pe care un tren internațional o folosește în timp ce este în interiorul granițelor sale naționale. Monitorizarea energiei livrate către fiecare tren din reţeaua naţională a unei ţări este imposibilă, astfel că singura cale posibilă de a produce informații exacte de facturare este de a măsura și a face jurnalul de putere la intervale regulate pe parcursul călătoriei. Fiecare intrare în registru trebuie să asocieze, de asemenea, informații cu privire la poziția în care a fost trenul la fiecare punct de măsurare, iar dispozitive GPS omniprezente, pot oferi cu ușurință această parte a datelor. O altă complicație este faptul că sistemele de tracțiune moderne folosesc frânarea regenerativă, când rulează cu motoarele lor ca generatoare de curent și returnează putere în rețea, atunci când scad viteza. Pentru acuratețe fiscală completă, prin urmare, sistemul de măsurare a energiei trebuie să fie bidirecțional. Pentru a armoniza funcționarea serviciilor internaționale, a fost elaborat un standard european, specificând exact ce este funcția de măsurare a energiei (EMF), care urmează să fie efectuată (Figura 1); încă în stadiul provizoriu, și, prin urmare, care poartă prefixul “pr”, documentul este prEN50463. Acesta prevede o înregistrare care include parametri, cum ar fi data și ora, identificarea trenului, frecvența rețelei - care poate fi 16,7Hz, 50Hz, 60Hz sau DC - locația și respectiv, nucleul central pentru funcția de bază, profilul de sarcină. Înregistrarea trebuie să includă valorile energetice absolute pentru putere, atât “reală” cât și reactivă, cuprinzând informații cu privire la factorul de putere pe care trenul îl prezintă la o linie de alimentare în fiecare moment.

Noi niveluri de precizie de măsurare


Standardul EN50463 stabilește o nouă provocare în care se cere acuratețea, specificată în valori numerice care corespund la termenii din “clasa R” (Rail = feroviar). Cerința generală este pentru măsurarea energiei cu o precizie de ±1.5% pentru puterea AC și ± 2% pentru puterea DC. Există trei elemente principale în măsurarea și înregistrarea de energie: două traductoare pentru măsura valorilor instantanee de curent și tensiune și un contor care preia aceste valori, calculează și memorează valori de energie.
Pentru citirea valorilor AC, trebuie să se țină seama de diferența unghiului de fază dintre formele de undă de tensiune și de curent, pentru a obține atât valorile de putere, reale, cât și reactive.
Fiecare dintre aceste elemente contribuie cu un anumit grad de incertitudine în procesul de contorizare și aceste erori se adăugă calculând eroarea numită rădăcină medie pătratică (care este definită astfel: eroarea totală este egală cu radical indice doi din suma pătratelor cifrelor de eroare individuale). Prin urmare, traductoarele și contorul de energie trebuie să se încadreze, în mod individual, în nivele de precizie considerabil mai stricte decât nivelul global de eroare acceptat. Pentru a permite proiectanților de sisteme de tracțiune să îndeplininească cerințele din standardul EN50463, firma LEM a asamblat o ofertă potrivită de traductoare cu precizie îmbunătățită, împreună cu noul contor de energie EM4T II.

Figura 2: Schema bloc a EM4T II

Traductoare de înaltă precizie pentru curent și tensiune


Măsurarea curentului la nivelul de precizie specificat în noul standard de măsurare este dificilă, fiind și mai dificilă în mediul de tracțiune feroviară, unde traductoarele pot fi expuse la variații mari de temperatură ambiantă, la câmpuri magnetice externe mari, precum și un nivel ridicat de zgomot electric . Curentul de măsurat conține, de asemenea, valori foarte ridicate de vârf și valori tranzitorii mari: toate acestea constrâng la alegerea unei tehnologii de măsurare corespunzătoare. Măsurarea directă folosind un șunt rezistiv este posibilă și LEM poate satisface specificațiile necesare, cu traductoare de seria DI atunci când se specifică această metodă. Cu toate acestea, o rezistență în serie, de valoare suficient de mică pentru a menține pierderile acceptabile la extremitatea superioară a intervalului de curent, va duce la reducerea de precizie necesară la măsurarea de valori de curent reduse, iar efectul de auto-încălzire face ca asigurarea de linearitate în intervalul de măsurare de curent să fie foarte dificilă. De asemenea, această abordare nu oferă izolare galvanică. De aceea, în multe cazuri, este de preferat o măsurare a curentului indirectă. Mai multe tehnologii există pentru a face măsurători indirecte pe baza câmpului magnetic generat de curentul care curge prin conductorul de alimentare al sistemului de tracțiune. În forma lor fizică acestea apar, la prima vedere, similare cu un senzor toroidal, cu un conductor primar care trece prin centrul inelului. Măsurarea fluxului magnetic indus în toroid de către curentul primar va reflecta direct valoarea acelui curent.
O formă a acestui senzor folosește efectul Hall pentru a traduce fluxul magnetic la o valoare de măsurare. Cu toate acestea, senzorii cu efect Hall au dificultăți în a menține liniaritatea pe o gamă dinamică largă, cum ar fi cea specificată în standardul EN50463 și pot prezenta, de asemenea, o precizie limitată la valorile extreme de sus și de jos din gama lor de măsurare, datorită saturării și efectelor de magnetizare reziduală din materialul magnetic.
LEM a ales pentru a rezolva problema, senzorul Fluxgate, care poartă certificarea de Clasa 0.5R (±0.5% precizie). LEM are mulți ani de experiență în senzori bazați pe tehnologia Fluxgate.
Senzorul Fluxgate foloseste un principiu numit nulling, adică se generează un flux magnetic în miezul toroidal pentru a echilibra exact fluxul indus de curentul primar, și deduce valoarea curentă din nivelul necesar să facă acest lucru. În funcționare, senzorul controlează miezul magnetic cu un semnal de curent alternativ de înaltă frecvență, care inversează constant magnetizarea de bază, și îl conduce în jurul caracteristicii cunoscută sub numele de curba B-H. Câmpul magnetic suplimentar care apare din cauza curentului primar modulează acest comportament, iar folosind această abordare, senzorul poate detecta starea de nul cu o sensibilitate extremă. La toate valorile curentului măsurat, materialul magnetic este condus la saturație în ambele direcții, eliminând orice dependență directă între liniaritatea la măsurare și caracteristicile miezului magnetic.
Rezultatul este un senzor care poate oferi foarte mare precizie și liniaritate pentru un interval dinamic larg.
Evaluat la curentul nominal de 4000A, senzorul ITC 4000 va măsura ±6000A, consumând mai puțin de 80mA (la curentul primar egal cu zero), respectiv mai puțin de ± 340mA (la curent de 4000A în primar), la o tensiune de alimentare de ± 24V în circuitul său de măsurare (secundar). După cum s-a menționat anterior, tehnologia Fluxgate este capabilă de niveluri extrem de ridicate de precizie și liniaritate; eroarea de liniaritate a senzorului ITC 4000 este sub 0,05%. Curentul de offset al dispozitivului este mai mic de ±10µA și prezintă, de asemenea, derivă de temperatură extrem de scăzută. ITC 4000 operează în gama -40 la +85°C și îndeplinește sau chiar depășește toate standardele relevante pentru siguranța și mediul de operare.
Măsurarea tensiunii este asigurată de un traductor din seria DV a lui LEM, care va fi disponibil cu precizie de 1% sau 0,75% pe întreaga gamă (Clasa 1R sau Clasa 0.75R de precizie certificată, așa cum este exprimată în standardele de tracțiune feroviare). Seria îndeplinește sau depășește toate cerințele de performanță și de siguranță ale sistemelor de tracțiune feroviare, atât cele utilizate în prezent și cât și cele planificate pentru viitor. Acest traductor oferă măsurători izolate de tensiune de la 1200 până la 4200V, într-o capsulă semnificativ mai mică decât orice alt produs de pe piață. (Figura 2).

Contorizare la standardele fiscale


Completarea ofertei se face cu noua și îmbunătățita versiune de contor de energie EM4Tde la LEM, numit EM4T II. De asemenea, EM4T II este evaluat și certificat în Clasa de precizie 0.5R. Unitatea compactă este un contor de energie monofazat, care îndeplinește toate standardele actuale și propuse pentru monitorizarea la bord a energiei de tracțiune feroviară și, în special, în conformitate cu toate cerințele noului proiect de standard EN 50463. EM4T II oferă patru canale de intrare pentru a accepta măsurători de la orice rețea AC sau DC de alimentare pentru tracțiune. Din măsurătorile de tensiune și curent, se calculează puterea activă și reactivă, se compilează un profil de sarcină, și se stochează valorile în memoria flash internă; datele sunt înregistrate la intervale selectabile de la 1 la 60 de minute. Datele din înregistrare sunt marcate cu informații, cum ar fi ora și data, identificarea trenului, iar locația exactă a trenului la fiecare interval: coordonatele locației vin de la o intrare GPS dedicată pentru EM4T II. Înregistrând la intervale de 15 minute, EM4T II are suficientă memorie internă pentru date, mai mult de 300 zile. Interfețe de date în timp real sprijină, de asemenea, schimbul de date cu alte sisteme feroviare, inclusiv un ecran de comandă. EM4T II dispune de imunitate excelentă la niveluri ridicate de zgomot electric, care sunt tipice mediului de tracțiune. Acesta susține monitorizarea bi-direcțională a fluxurilor de energie și poate înregistra în mod corect energia care a revenit în rețeaua de alimentare în timpul frânării.
În timp ce EM4T II oferă o flexibilitate de interfațare completă, și se poate conecta la orice traductor corespunzător-evaluat, combinația de contor de energie cu traductoare optimizate de curent și tensiune de la LEM oferă industriei singura cale la deplina conformitate cu standardul prEN 50463, cu clasa de precizie certificată.

www.lem.com
Citeste tot articolul

Protecția la curenții de vârf la pornire

Curent de pornire (inrush current), val de curent pe intrare (input surge current) sau val de curent la comutare (switch-on surge) se referă la curentul maxim de intrare, absorbit instantaneu de un dispozitiv sau aparat electric la prima pornire. Firmele producătoare de surse de alimentare, în special, specifică nivelul curentului la pornire (inrush current), dar majoritatea aparatelor electronice nu au specificat nivelul acestui curent inițial care are nivele neașteptat de mari într-un timp foarte mic. De exemplu, o rezistență electrică de încălzire sau un bec, pot absorbi curenți mari de vârf la prima pornire, până când va crește rezistența cu temperatura, limitând curentul la o valoare mai mică. Motoarele electrice și transformatoarele pot absorbi un curent mai mare de mai multe ori decât curentul nominal, la prima punere sub tensiune, pentru câteva cicluri de undă ale puterii de intrare.

Sursele de alimentare cu comutare sau convertoarele de putere, au de asemenea, curenții de pornire mult mai mari decât curenții din starea de echilibru, din cauza curentului de încărcare a unor condensatoare de pe intrare. Selecția de dispozitive de protecție la supracurent, cum ar fi siguranțe și întrerupătoare de circuit este mai complicată dacă curenții mari de vârf trebuie tolerați, fiindcă dispozitivele care au și protecție la supracurent, trebuie să reacționeze rapid la depășiri de limite ale curentului la ieșire, fără să întrerupă circuitul la pornire din cauza curentului de vârf. Uneori se poate auzi chiar un zgomot la pornire datorită acestui val de energie care intră în componente și le poate deforma mecanic. Există mai multe opțiuni pentru componente și scheme care pot limita curentul de vârf. Două variante de protecție frecvent utilizate sunt: (1) termistoare NTC (coeficient de temperatură negativ) sau (2) scheme de circuite active. Cea mai potrivită tehnică de suprimare a curentului de vârf pentru o anumită aplicație depinde de: tipul de componente ce preiau primul șoc de curent, preț, nivelul de putere al echipamentului, precum și de frecvența pornirilor/ opririlor la care ar putea fi expus un echipament prin curenții de pornire.

Magnitudinea și durata pulsului de curent la pornire depind de tipul sarcinii (rezistivă rece – bec, element de încălzire; inductivă – transformator, motor, releu, solenoid; capacitivă – filtre pe intrare, filtre după redresare).

Tipuri de sarcini care absorb curenți mari la pornire



Transformator
La cuplarea unui transformator la o sursă de alimentare cu putere, un curent tranzitoriu de 10 ... 50 ori mai mare decât curentul nominal prin transformator poate curge timp de mai multe cicluri. Cauza curentului de pornire de o asemenea magnitudine este, de obicei, saturarea materialului magnetic de bază.
Transformatoarele toroidale au o rezistență mai mică a înfășurărilor pentru transferul de putere, astfel că pot avea până la 60 de ori curent de pornire.

Vârf de curent într-un transformator la pornire.
Situația cea mai nefavorabilă este atunci când înfășurarea primară este conectată la alimentare la un moment când tensiunea primară trece prin zero, ceea ce corespunde, pentru o inductanță pură, datorită defazajului, la curentul maxim într-o perioadă AC și dacă remanența miezului magnetic a rămas mare din jumătatea ciclului precedent. Odată ce miezul se saturează, inductanța înfășurării apare foarte redusă, și numai rezistența înfășurărilor primare și impedanța liniei de alimentare limitează curentul. Dacă saturarea apare doar în a doua jumătate a ciclului, forme de undă bogate în armonice pot fi generate și pot cauza perturbații la alte echipamente. În transformatoare mari, cu rezistență scăzută a înfășurării și inductanță mare, acești curenți de pornire pot dura câteva secunde până când regimul tranzitoriu se stinge (timpul de degradare este proporțional cu raportul XL/R) și echilibrul normal AC este stabilit. Pentru a evita șocul de curent, la transformatoare cu un strat de aer în miez, sarcina inductivă trebuie sincron conectată aproape de trecerea tensiunii de alimentare prin valoarea de vârf, în contrast cu comutare la trecerea tensiunii prin zero, necesară când sunt sarcini rezistive, ca încălzitoare de mare putere. Pentru transformatoare toroidale doar o procedură de premagnetizare înainte de a porni permite pornirea acestor transformatoare, fără vârf de curent.

Motor electric
Atunci când un motor electric, DC sau AC, este energizat prima dată, rotorul nu se mișcă și va curge un curent mai mare de 5 … 10 ori decât cel absorbit în regim normal de rotație, pentru a învinge inerția și a începe să se rotească. După ce se dezvoltă forța electromagnetică (EMF) curentul se stabilizează la o valoare normală, mai mică. Motoarele asincrone AC se comportă ca transformatoare cu un secundar scurtcircuitat, până când rotorul începe să se miște, în timp ce motoarele cu perii prezintă, în esență, rezistența înfășurării. Pentru motoare de mare putere, configurația înfășurărilor poate fi schimbată (conexiune stea la început și apoi conexiune triunghi) la pornire pentru a reduce curentul absorbit. Durata tranziției de pornire este mai mică dacă motorul este eliberat de sarcina mecanică (similar cu decuplarea motorului de autovehicul prin ambreiaj, la pornire), până când motorul a accelerat.

Condensator de capacitate mare
Curenții de încărcare a componentelor capacitive sunt de 20 … 50 ori mai mari și pot cauza degradarea caracteristicilor electrice și fizice ale acestora. Prin conectarea la o sursă de putere DC, brusc, sub forma unei trepte de tensiune, începe încărcarea condensatorului cu un curent de vârf și se termină cu o degradare exponențială până la starea de echilibru. În cazul în care magnitudinea acestui vârf este foarte mare în comparație cu valoarea maximă suportată de componentă, apare un stres. Variația de curent prin condensator este dată de relația: I= C (dV/dt), deci curentul de vârf va crește proporțional cu valoarea capacității și cu viteza de variație a tensiunii sursei de alimentare. Astfel, pentru C= 4700µF, cuplat la 12Vdc, în 2 ms apare un curent de vârf I = 28,2A.

Releu și solenoid
Un releu absoarbe un curent de 2…3 ori mai mare, iar un solenoid într-un element de execuție electromagnetic, de circa 10 ori mai mare.

Rezistențe de încălzire și becuri cu filament
Aceste componente pornesc din starea rece, cu rezistență mică, apoi absorb curenți mari de vârf de 10 … 15 ori la prima pornire, până când va crește rezistența cu temperatura.

Rezistor
Curentul printr-un rezistor nu are niciun vârf la conectare.
Notă. Datele referitoare la nivelele curenților de pornire sunt de la VPT, Inc., lider global în soluții aplicate de conversia puterii pentru uz în domeniile aviatic, militar și spațial. www.vptpower.com

Protecția
Curentul de vârf poate fi redus cu limitatoare de curent. Nu există o soluție care poate fi cea mai bună în orice aplicație, dar limitarea trebuie să existe. Protecția se alege în funcție de energia care trebuie absorbită inițial de un dispozitiv. De exemplu, un condensator are energia EC = CU2 /2, iar o bobină are energia EL = LI2 /2. Fiecare abordare are propriile avantaje și dezavantaje. Sursele de alimentare cu puteri mai mari de 200W necesită limitatoare de curent de vârf. Curentul nelimitat ce poate ajunge la zeci și chiar la sute de amperi și poate deteriora redresorul de pe intrare, poate activa o siguranță, poate arde inductoare din filtrul de pe intrare și circuitul PFC (de corecție al factorului de putere), poate distruge condensatoare de filtrare.

Termistorul NTC (ICL) se conectează în serie pe intrare.

Protecția se realizează cu diverse componente.


1. Termistoarele care au coeficient negativ de temperatură (NTC), sunt componente frecvent utilizate în surse de alimentare cu comutare, aparate ce conțin motoare și echipamente audio, pentru a preveni deteriorarea cauzată de curentul mare la conectare. Un termistor NTC este un rezistor sensibil, a cărui rezistență scade previzibil când temperatura sa crește. Rezistența scade cu un factor de 10 … 50, variind proporțional și puterea absorbită. În prima fază rezistența sa e rece și limitează vârful inițial de curent.

Termistor NTC Epcos B57364-S100-M, R 10 Ω, specificația S234/10/20%, temperatura nominală +25°C.
Deoarece curentul de pornire parcurge termistorul și îl încălzește, rezistența începe să scadă și fluxul de curent crește și încarcă condensatoarele de intrare. După ce condensatoarele din sursa de alimentare devin încărcate, limitatorul oferă în continuare, o mică rezistență în circuit datorită încălzirii prin șocul de curent, dar cu o cădere de tensiune redusă în raport cu căderea de tensiune totală a circuitului.
O formă aparte de inrush current este curentul continuu excesiv sau de scurtcircuit într-un echipament datorită condensatoarelor sau semiconductoarelor de putere ce se defectează brusc. Pericolul este înlăturat de termistoare PTC EPCOS conectate în serie. Curentul în exces va încălzi termistorul PTC (cu coeficient de temperatură pozitiv) graduat, va crește rezistența și va limita curentul. Practic, aceste componente ceramice sunt siguranțe auto-resetabile: când se răcesc trec în stare conductivă cu rezistență mică.

Termistoarele NTC și PTC sunt elemente rezistive sensibile la temperatură în mod diferit.
Un avantaj al termistoarelor NTC față de circuitele active pentru limitarea curentul de vârf este costul mic al componentelor, răspunsul la temperatură, stabilitate ridicată și fiabilitate excelentă.
Dezavantajele sunt: (1) nu se poate limita imediat curentul la nouă cuplare decât, dacă se răcește timp de zeci de secunde, pentru a crește rezistența. Acest timp de creștere a rezistenței depinde de mărimea termistorului, modul de montare și de temperatura ambiantă; (2) termistorul NTC poate ajunge să fie scurtcircuit, fără a

Două tipuri de PTC EPCOS pentru limitarea curenților de încărcare a condensatoarelor. Energia maximă ce poate fi aplicată este produsul între capacitatea de încălzire și variația max de temperatură EPTC= Cth x (Tref-TAmax).
se ști starea.
(3) termistorul reprezintă un rezistor în serie cu linia de alimentare utilizat pentru a limita curentul în condensatorii de intrare, dar această abordare nu este foarte eficientă, în dispozitive de mare putere, deoarece pe rezistor va fi o cădere de tensiune și se va disipa o anumită putere. Deci alegerea va ține cont de căderea de tensiune tolerată.
Statistici actuale în industrie indică faptul că termistoarele NTC cuprind în prezent mai mult de 90% din piața de componente pentru acest scop, fiindcă au preț mic, ocupă spațiu redus și necesită timp mic de montare.
2. Circuit de pre-încărcare este o altă opțiune, în special pentru circuitele de înaltă tensiune. Circuitul va asigura un curent de pre-încărcare, limitat la timpul de încărcare al condensatoarelor și apoi se trece la un curent nelimitat (dar considerat acceptabil) pentru funcționarea normală, când tensiunea de încărcare este de 90% din încărcarea completă.
3. Scheme active de limitare a curentului includ de obicei, puține componente: triace, tiristoare și rezistoare și au avantajele simplității în suprimarea curentului de vârf. Există unele situații în care un circuit activ poate oferi o soluție mai potrivită, fiindcă schemele active au puterea proprie disipată mai mică decât limitatoarele de curent cu NTC, la puteri mai mari ale aparatelor protejate, de peste 300W și permit porniri-opriri repetate și imediat.
4. Releu electronic pentru pornire soft, este cea mai bună metodă de a se porni alimentarea pe transformatoare și alte sarcini saturabile, extrem de inductive.
Se bazează pe un dispozitiv care sesizează o tensiune de vârf și face comutarea. Acest dispozitiv nu are nevoie de timp pentru a se răci. Dispozitivele SSR (Solid State Relay) de comutare de tip zero-crossover sunt excelente pentru sarcini rezistive, capacitive și sarcini inductive mici. Procedura de pornire soft trebuie utilizată mai ales la porniri dese de sarcini inductive, unde limitările evită declanșarea siguranțelor.

Curentul la pornire este limitat semnificativ de termistoare NTC. Vezi seria EPCOS ICL (Inrush Current Limiters).
5. Combinație de termistoare NTC și circuite active. Nu este o tehnică universală pe care inginerii să o poată folosi pentru a elimina problemele ridicate de timpul de răcire necesar pentru ca limitatoarele de curent vârf să revină la nivelul inițial de rezistență. În esență, aceasta implică proiectarea unei protecții în care circuitul de limitare să fie scos din funcție după ce a efectuat limitarea.
Toate componentele circuitului de protecție sunt în serie cu linia de intrare. Prin scoaterea din circuit, după ce creșterea inițială a trecut, termistorul pot să se răcească, pentru a fi gata să răspundă la o creștere ulterioară, la o nouă repornire.

R25: rezistenţa NTC la 25°C, Imax: curentul DC sau AC rms maxim permis continuu, B: constantă ce arată tendinţa rezistenţei la schimbări de temperatură, Pmax: puterea maximă la 25°C, δth: factor de disipare.
Această tehnică necesită adăugarea fie a unui releu, fie a unui triac în paralel cu limitatorul de vârf de curent, plus circuitele necesare de control. După ce curentul de cuplare a fost absorbit de termistor, atunci un triac sau un releu se închide, renunțând la termistorul din circuit, permițându-i să se răcească și recapete rezistența inițială, fiind gata să ofere iar protecție la curentul de vârf. Cea mai simplă metodă de a alimenta aceste componente este de la sursa de alimentare în sine.

Criterii de selectare corectă a limitatoarelor de curent:



a) disipația minimă de putere la solicitarea maximă de curent cerut la pornire.
b) curentul maxim în regim continuu DC sau AC rms, după faza de pornire, la temperatura ambiantă maximă.
c) nivelul considerat normal, la care trebuie redus curentul de pornire, la temperatura de lucru de 25°C, respectiv rezistența la 25°C.
d) capacitatea maximă ce trebuie comutată.

Rezistența efectivă pentru schimbări uzuale ale curentului poate fi aproximată cu formula:

Componente EPCOS care protejează sigur surse de alimentare: termistor NTC pentru limitare curent la pornire, termistor PTC la supracurenți și varistor MOV la supratensiuni.

RNTC = k × In [Ω],
unde 0.3 × Imax < I ≤ Imax
k, n, B – parametri ai NTC
I – curentul continuu prin NTC

Caracteristicile termistoarelor NTC EPCOS ICL
• Certificat QS9000
• Aprobat UL (E69802)
• Fiabilitate ridicată (IEC 68-2-2, 68-2-3, 68-2-14)
• Gamă largă, toleranța R ±10%
• Capabilitate mare de absorbție a energiei la pornire
• Putere mică disipată în regim normal
• Configurații diferite de terminale

Nota 1.
Elementele de circuit R, L, C se comportă diferit la aplicarea bruscă a tensiunii de alimentare DC.
La conectarea bruscă de tensiune DC, inductanța (L) și capacitatea (C) se comportă diferit:
- în L: tensiunea crește brusc, iar curentul crește cu întârziere
- în C: curentul crește brusc, iar tensiunea crește cu întârziere

Nota 2.
Elementele de circuit R, L, C se comportă diferit la aplicarea tensiunii de alimentare la rețeaua AC.
La conectarea la rețeaua AC inductanța (L) și capacitatea (C) se comportă diferit:
- în L: curentul este în urmă cu 90° față de tensiune
- în C: tensiunea este în urma cu 90° față de curent

Detalii la: www.learnabout-electronics.org

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al produselor EPCOS:
Capacitoare aluminiu, Capacitoare film, Capacitoare de putere, Ferite, Filtre absorbante de curenţi mari, Inductoare, Supresoare ceramice pentru tensiuni tranzitorii, Termistoare NTC, Termistoare PTC, Transformatoare, Varistoare.
www.epcos.com
www.ecas.ro

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Surse de alimentare diferite și același Ground

Noţiunile Pământ și Ground, Ground pământ și Ground șasiu sunt, probabil, cele mai puţin înţelese în electronică. Diferenţa se reduce la chestiunea de a se defini un punct de referinţă. Termenul “pământ”, literalmente indică un punct de referinţă pentru planeta Pământ. Planeta Pământ este în esenţă un rezervor infinit de electroni și este, astfel, cel mai bun loc pentru “scurgerea” electronilor în exces dintr-un sistem. Punctul de contact cu trimitere la pământ este, în general, realizat prin înfigerea unui obiect bun conductor de curent la câţiva metri în sol, asigurând o conexiune solidă la pământ. Datorită tipurilor diferite de sol, chiar și această conexiune la pământ va avea rezistenţe diferite în locuri diferite. Tranziţii mari de tensiune și de curent datorită activităţilor umane și descărcărilor electrice naturale vor influenţa reţelele de împământare. De aceea va exista mereu diferenţă de potenţiale între punctele Ground ale diferitelor aparate.



Termenul de “împământare” sau “Ground pământ” denotă o conexiune la un punct de referință reală la pământ. Termenul de “Ground șasiu” indică un Ground referință al unui dispozitiv electronic din incintă, pe carcasa de metal. Este posibil ca această referință de Ground să stea la potențialul pământului sau la o altă valoare dacă nu se leagă la pământ. În cazul în care un șasiu nu este legat la pământ, se spune că este “flotant” sau că “plutește” la un alt potențial decât Ground pământ. Un circuit flotant poate avea problemele de siguranță în utilizare pentru un operator uman asociat cu acesta, datorită faptului că nu există nicio cale cu impedanță mică spre Ground pământ prin care să se scurgă curenți accidentali. Cu toate acestea, acest tip de circuit flotant poate ajuta la izolarea unui sistem de problemele de interferență cauzate de buclele de Ground.

Diferitele tipuri de Ground în circuite electrice sau electronice


Un “Ground” sau o masă sau un nivel comun sau o bază de referinţă în circuitele electrice sau electronice, este un nivel ideal de referință care, în mod teoretic,

Figura 1: Firul de Nul (N) plutește la un potenţial mai mare decât o referinţă Ground pământ, deoarece conductoarele din circuit sunt complet izolate faţă de pământ.
este la

Figura 2: Firul de Nul (N) este legat la Ground pământ (GND). Se poate asigura siguranţa operatorului uman care nu va mai reprezenta o impedanţă mică către pământ prin care să se scurgă curentul accidental.
zero volți peste tot. Pământul însuși este adesea

Figura 3: Ground de referinţă al sursei de putere este Ground șasiu, iar la sarcina (S) Ground de referinţă este Ground pământ. Bucla Ground apare datorită diferenţelor de potenţial între Ground șasiu la Sursa de putere și Ground șasiu la sarcina S.
folosit ca un nivel de referință ce aproximează noțiunea de Ground sau de bază considerată cu potențial zero, la care se raportează toate celelalte tensiuni sau conexiuni. De aceea se folosesc expresiile conexiune la Pământ sau împământare.
Pornind de la această definire, în domeniul ingineriei electrice și electronice este o mare provocare de a face ca lucrurile să funcționeze bine în lumea reală, care diferă de modelul ideal sau teoretic.
Împământarea este una dintre cerințele în care diferența dintre lumea ideală și lumea reală trebuie să fie satisfăcută. Problematica ridicată de împământare și de protecție este complexă, iar rezolvările sunt foarte diferite. Acest articol abordează pe scurt noțiunile și propune câteva soluții general valabile. Vom folosi în continuare numai denumirea de Ground pentru nivelul considerat zero volţi.
Funcțiile unui Ground sunt diferite și trebuie să facem distincție între ele:
1. Ground - oferă o cale de întoarcere pentru un curent.
2. Ground - oferă un punct de referință pentru măsurarea de alte potențiale sau semnale (Nota 3)
3. Ground - oferă o conexiune de siguranță pentru carcase metalice.
4. Ground - oferă un ecran contra infiltrării zgomotului electromagnetic, ca într-un cablu coaxial sau o carcasă metalică de tip cușcă Faraday.
5. Ground - este un plan necesar pentru ca o antenă să funcționeze corect.
6. Ground - este adesea folosit ca un radiator pentru a disipa căldura din componentele circuitelor electronice.
O idee bună este de a utiliza câte un “Ground” diferit pentru fiecare funcție. De exemplu, în cablajul electric, atât firele neutre (N) cât și cele de protecție la Ground (G) sunt conexiuni la un Ground general, dar unul servește ca o cale de întoarcere a curentului, iar celălalt este o conexiune de siguranță pentru utilizator. Există motive foarte bune, verificate în practică, pentru a avea această conectare pe două fire diferite.

GS25B24P1J - Sursă Green Adaptor (consum propriu ≤ 0.3W) Sursă flotantă, Intrare 90 ... 264Vac, Ieșire 24V, 0 ... 1.04A, cu protecții, fără Ground pământ (Class II).

DR-60-5 - Sursă modulară izolată Class II, Intrare 85 ... 264Vac sau 120 ... 370Vdc, Ieșire flotantă, 5V/max.6.5A, izolată față de intrare. Carcasa din plastic nu are bornă Ground șasiu.

DR-120-24 - Sursă modulară industrială (aprobare UL 508), Ieșire flotantă 24 ... 28V/max. 5A, izolată față de intrare. Intrare 180 ... 264Vac. Borna G se leagă la pământ.
În circuitele electronice, sunt adesea folosite Ground-uri diferite, deoarece căile către un Ground real au rezistență, inductanță și capacitate, iar semnalele vor avea nevoie de timp pentru a parcurge dintr-o parte de circuit la alta - mai ales atunci când sunt utilizate trasee subțiri de cupru pe o placă de circuit.
Principala preocupare în lumea reală legată de împământare trebuie să aibă în vedere debitul curent și căile de curent. De exemplu, într-o placă de PC, curenții de putere și semnalele de ceas de mare viteză folosesc, de obicei, trasee de cupru considerate Ground, ce sunt diferite de traseele de referință considerate Ground pentru semnalele cu nivele mici și frecvențe joase date de senzori, astfel încât curentul tranzitoriu de comutare (puternic perturbativ prin comutările rapide de putere) nu afectează Ground-ul de referință pentru semnale mici. Ground-urile sunt legate împreună într-un punct, astfel încât nu există nicio cale de circuit pentru curent între căile de conectare la fiecare Ground, dar ele sunt la același potențial. Nu ar fi necesară această separație dacă am fi avut un Ground ideal - de zero volți peste tot, cu nicio impedanță între oricare două puncte.
Configurația descrisă, cu fire de Ground ce vin radial într-un singur punct, considerat Ground circuit este “Ground de tip stea” în care toți consumatorii mari de energie au proprile lor fire (putere și Ground) de conectare la sursa de alimentare. În acest mod se previne ca, prin curenți mari să apară ridicarea nivelului de bază, adică al Ground-ului considerat de zero volți, ceea ce ar afecta nivelul de raportare (deci de măsurare corectă) al semnalelor de putere mică.
Regulă simplă și practică: se leagă toți consumatorii mari de energie direct la sursa de alimentare și se face orice cu restul. Există însă un risc de a apărea “bucle” de Ground, care sunt o mare problemă în circuitele audio (deoarece pot duce la un zumzet acustic), dar nu este aproape la fel de important ca obținerea unui control al curenților mari. În buclele de Ground aflate câmpuri electromagnetice variabile vor apărea bucle de curenți conform legii de inducție a lui Faraday, ce pot perturba sau chiar defecta aparatele electronice.
Trebuie să reținem diferențele de tipuri de Ground într-un aparat electric:
Ground semnal (Signal Ground) - asigură calea de întoarcere pentru semnale cu nivel redus de energie.
Ground șasiu (Chassis Ground) – este prevăzut pe cadrul mecanic sau pe carcasă, în cazul în care este realizată dintr-un material conductor. Poate fi legat la Ground circuit (punctul de conectare stea a tuturor Ground-urilor) sau la Ground analogic (vezi Nota 3)
Ground împământare (Earth Ground) este borna ce se leagă efectiv la pământ pentru a asigura o cale de impedanță mică pentru curent în scop de protecție la atingeri accidentale. Deteriorarea circuitelor sensibile, când se leagă împreună, toate la potențiale diferite, având surse de alimentare diferite și diferite puncte de împământare este evitată știind următoarele aserțiuni:







A1.

Tensiunile nu provocă daune, acestea pot apărea când rezultă curenţi

. De exemplu, putem fi încărcați la o tensiune mare datorită hainelor din materiale sintetice, dar simțim curenții de descărcare ce apar când atingem un element conductor. Echipamentele de lucru anti ESD împiedică acumulare de sarcini electrice statice, prin conectarea permanentă la pământ. Deci, atât timp cât este un circuit cu înaltă impedanță, între două puncte cu potențiale diferite, nu apar cu adevărat daune (vezi Nota 2). De exemplu o sondă de măsură are impedanță mare (uzual, 1 ... 10MΩ) și nu va fi o problemă de verificat o tensiune mare (dacă nu se depășește tensiunea nominală maximă pentru sondă).

A2:

Energia electrică se scurge numai atunci când există o cale de întoarcere

. O sursă de alimentare este în mod normal, izolată galvanic față de rețeaua de alimentare AC. Acest lucru înseamnă că nu este nicio legătură între rețeaua AC și tensiunea de ieșire, deci niciun curent nu poate curge. Legarea bornei minus (-) de la ieșirea sursei la șasiu sau la carcasă nu va schimba acest lucru. De asemenea, legând “Ground șasiu” la “Ground pământ” nu se va produce niciun curent.

A3:

Firul de Ground nu poartă în mod normal, niciun curent

. Acest lucru este esențial, ceea ce se asigură cu o împământare bine executată. Atunci când nu există niciun curent, nu apare nicio cădere de tensiune. Într-un sistem de alimentare din rețea AC cu 3-fire (L, N, G) folosit în cele mai multe părți ale lumii, firul de Ground (G) este bun și ca referință și la protejare la scurgeri de curent. Prima regulă de autoprotejare: se leagă toate Ground-urile de șasiu și de semnal la firul “G”, care, la rândul său, este în mod normal, legat la Ground-ul pământ undeva în subsol (numai într-un singur loc). Dacă există vreodată un scurtcircuit între celelalte fire de alimentare AC purtătoare de curent (și periculoase) și acest fir “G”, se petrec două lucruri: 1) curenții în firul “L” (live) și firul “N” (neutru) nu se mai pot anula și poate interveni o siguranță, sau 2) un curent va începe să curgă prin firul “G”.

A4:

Energia electrică se transferă pe calea minimei rezistenţe (sau inductanţe în cazul HF)

. Firul G nu este prevăzut pentru a transporta curent, ci de a lega toate sursele de alimentare cu putere, zise izolate și anume cele flotante, din toate dispozitivele, împreună! Dacă se revine la aserțiunea A2, atunci se poate spune că, fiecare aparat izolat are propria sursă de alimentare și curentul pe care îl produce merge întotdeauna înapoi în el. Sau, spusă în mod diferit: fiecare sursă de alimentare gestionează electronii proprii. Conexiunea Ground comună doar “asigură” ca o parte din fiecare alimentare să fie la un punct de referință în condiții de siguranță, și leagă ferm acest punct la toate suprafețele conductoare din jurul nostru.
Trebuie respectate indicaţiile producătorilor de surse de alimentare, care cunosc bine aceste noţiuni și de aceea sursele au specificate bornele L, N, G de conectare la reţeaua AC, precum și borna Earth Ground (simbolizată uneori EG).
Trebuie proiectată cu grijă conectarea surselor de alimentare pentru a evita buclele de Ground, prin care perturbaţiile electromagnetice induc curenţi în sistem. În cazul conectoarelor pentru cabluri de legătură care transportă semnale și curenţi de alimentare este prevăzută conectarea unei ecranări metalice ce îmbracă cablul, la pământ (Earth) printr-un pin dedicat, notat cu litera E, folosit exclusiv pentru împământare.

HLG-320H-20 - Sursă LED, Intrare 90 ... 305Vac sau 127 ... 431Vdc, Ieșire flotantă 20V/15A, izolată față de ieșire.

TN-3000-224 - Invertor sinusoidal DC/AC cu intrare DC 24V (baterie Pb min.200Ah sau panou solar max. 30A) funcție UPS și Save Energy (încărcare baterie din rețea AC sau panou solar), ieșire 220Vac (L, N) și G care se leagă la Ground pământ.

SPV-300-12 - Sursă programabilă prin semnal extern analogic, Intrare 88 ... 264Vac sau 124 ... 370Vdc, Ieșire flotantă 10.8 ... 13.2V/max.25A, izolată față de intrare.


Nota 1.

Ground virtual


O problemă comună în electronica cu semnale analogice este cerința de alimentare cu tensiune duală (de exemplu, ±5 V), dar având doar o singură sursă de tensiune disponibilă, sursă flotantă, cum ar fi o baterie în cazul aparatelor portabile. Există diverse modalități de a “diviza” o singură tensiune, astfel încât să se comporte ca o sursă dublă cu un Ground virtual. Sunt disponibile circuite integrate de Ground virtual de la diverse firme care realizează această cerință. Ground-ul virtual nu are nicio legătură cu pământul.

Nota 2.

Diferenţă de Potenţial


Tensiunea între oricare două puncte într-un circuit este cunoscută sub numele de diferenţă de potenţial. Vorbim de căderea de tensiune dacă există o legătură prin care să apară un flux de curent. Unitatea măsură a diferenței de potențial este Voltul (V) și este definit ca diferența de potențial peste o rezistență de 1Ω (ohm) prin care se transportă un curent de 1 amper. Aceasta este legea lui Ohm: 1V = 1A × 1Ω

Nota 3.

Tipuri de Ground de semnal în schemele electronice


Se utilizează în funcție de schema electrică a aplicației, o separare mai clară a
nivelelor de Ground de semnal: Ground Intrare Analogică (AIGND - Analog Input Ground), Ground Ieșire Analogică (AOGND - Analog Output Ground) și Ground Digital (DGND - Digital Ground). Aceste Ground-uri sunt toate raportate la un singur punct de pe placa de circuit în sine, dar au planuri diferite de ground pe placă pentru a minimiza zgomotul electric și cross-talk. Ground Digital este deosebit de zgomotos din cauza conținutului de înaltă frecvență a semnalelor digitale. Deci, pe o placă de cablaj corect proiectată ar putea fi trei tipuri de Ground de semnal, plus un Ground de putere care adună curenții de alimentare a circuitelor electronice.
Un număr sau literă în triunghiul Ground semnal, indică faptul că este comun cu alt Ground semnal, din schemă.

Nota 4.

Surse de semnal


Există 2 categorii principale de surse de semnal:
- Surse cu Ground. O sursă de semnal cu Ground este una în care semnalele de tensiune sunt raportate la un Ground de sistem, cum ar fi pământ sau baza clădirii. Rețineți că terminalul negativ al sursei de semnal face referire la Ground. Cele mai comune exemple de surse de semnal cu Ground sunt: surse de alimentare, osciloscoape, generatoare de semnal și altele care se conectează la pământul clădirii printr-o priză de perete.
Ground-urile a două surse de semnal cu Ground, independente , nu vor fi la același potențial. Diferența de potențial între Ground-uri la două instrumente conectate la același sol al clădirii este de obicei 10mV până la 200mV, sau chiar mai mult. Diferența poate fi mai mare în cazul în care circuitele de distribuție a energiei electrice nu sunt conectate corect.
- Surse fără Ground sau flotante. O sursă de semnal flotantă sau sursă fără Ground este una în care semnalul de tensiune nu se referă la un Ground de sistem, cum ar fi pământ sau baza clădirii. Niciun terminal al sursei, pozitiv sau negativ, nu este referit la Ground. Exemple uzuale de surse de semnal plutitoare includ: multimetru digital portabil, baterii, termocupluri, transformatoare, amplificatoare cu izolare. Avantajul sursei de alimentare flotante este izolarea tensiunii de ieșire față de interferețele cauzate de eventuale bucle de Ground. Se evită astfel distrugerea componentelor sensibile prin diferențe mari de potențial și se asigură măsurători corecte.

Sursele de alimentare date ca exemple sunt fabricate de Meanwell.

Detalii tehnice și comerciale obțineți la

ECAS

ELECTRO
, distribuitor autorizat al produselor Meanwell.

mihaela.tudorascu@ecas.ro;
www.ecas.ro
www.meanwell.com

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul

Este uşor de supradimensionat o sursă AC/DC - Dar nu ar trebui procedat aşa.

Puteţi utiliza o sursă de alimentare mai puternică decât este necesar, dar de multe ori este bine să fie corect dimensionată, declară Don Knowles, VP Engineering la N2Power.
După cum este importantă dimensionarea corectă a sursei AC/DC, este de asemenea important pentru proiectanţi să nu supradimensioneze această componentă vitală. Poate părea împotriva intuiţiei, dar “prea mult” dintr-un lucru bun poate avea consecinţe negative în eficienţă, răcire, dimensiunea globală a produsului, şi chiar şi asupra vânzătorilor disponibili. Pe lângă aceasta apare şi problema evidentă a costului mai ridicat.



de Don Knowles, VP Engineering, N2Power

Primul şi cel mai important factor de luat în consi­derare este potrivirea dintre capabilitatea de ieşire a sursei şi sarcina pe care trebuie să o suporte.
De exemplu, dacă sarcina maximă (tensiunea DC × curentul) este 500W, atunci o sursă de 1000W oferă mult mai multă toleranţă de proiectare decât este necesară.

Figura 1: Randamentul unei surse variază cu sarcina, cu vârful în zona 80-95% din capacitatea lor maximă nominală; Acest grafic arată curba N2Power XL280-48.
Care sunt consecinţele unei surse care are aşa de multă putere disponibilă? Vestea bună este că, evident, sunt disponibili mai mulţi amperi la valoarea de tensiune nominală de care este nevoie. Simplu, dar nu exact. Există inconveniente semnificative în a avea disponibilă această putere suplimentară nefolosită.
Cel mai semnificativ inconvenient are de-a face cu ineficienţa şi numeroasele sale consecinţe. Fiecare sursă are o caracteristică eficienţă vs. sarcină, precum cea din figura 1. Pentru o sursă în comutaţie bine proiectată, randamentul uzual are valoarea cea mai mare în domeniul 80-95% din sarcina nominală maximă. [Această chestiune generală nu se aplică surselor şi stabilizatoarelor liniare, dar acestea sunt rar peste nivele de putere cu câţiva watt.]
Când operează la sarcini reduse, ce poate însemna majoritatea timpului în aplicaţii precum un centru de date, sursa de tensiune poate genera multă căldură suplimentară, şi aici este momentul în care încep consecinţele evidente şi nedorite ale coşmarului inginerilor. Efectul evident este acela că se iroseşte multă putere AC, astfel încât sistemul costă mai mult să opereze, iar costul este simplu de cuantificat.
O sursă mai mare este de asemenea mai scumpă şi este simplu stabilit acest preţ.
Dar dincolo de aceste elemente ușor de evaluat sunt şi unele mult mai greu de înțeles. Ca o consecință a căldurii suplimentare, de care trebuie scăpat, trebuie făcut faţă unui design mult mai complex și unor pro­bleme de buget legate de răcire prin convecție (care ar putea să nu mai fie posibilă), cu ventilatoare, trasee de aer, radiatoare. Aceste elemente adaugă costuri directe, materiale, lipsă de fiabilitate, precum și constrângeri legate de capsulare, limitând chiar libertatea de mişcare datorită capacităţii cutiei, sau trebuind să se redimensioneze cutia. Suplimentar, o sursă de tensiune mai mare are evident o amprentă mai mare, cu consecinţe negative clare.
Mai mult, alegând dimensiuni mai mari de surse de tensiune, veţi găsi mai puţini vânzători dintre care să alegeţi, şi mai puţine alternative directe sau surse secundare de produse. Acest lucru poate să nu vă supere direct, dar departamentele de achiziţii sau de contractare pot avea probleme.
Pentru aceste motive, majoritatea distribuitorilor de surse de tensiune AC/DC oferă o familie largă cu multe unităţi similare, cu excepţia capacităţii, astfel încât să puteţi echilibra dimensiunea sursei cu sarcina cu un mic supliment de capacitate.
De exemplu, produsele seriei XL de surse de tensiune de la N2Power sunt disponibile cu puteri nominale apropiate, şi anume: 125, 160, 275 şi 375W.
De observat că dispozitivele apropiate ca putere ale unor distribuitori diferă doar ca putere nominală, dar au aceeaşi dimensiune fizică şi conectoare, astfel că se pot înlocui fără probleme dacă apar schimbări în necesarul energetic.
Un exemplu poate fi situaţia surselor N2Power XL125 şi XL160 (Figurile 2a şi 2b); ambele au o amprentă identică 3" × 5" inch (7,5cm × 12,5cm).
Desigur, este uşor de spus “proiectul să dispună utilizarea unei puteri mai mici, dar dimensionarea sursei să se facă la sarcina maximă.”
Problema este că pentru multe proiecte, raportul dintre sarcina maximă (vârf) şi sarcina tipică este mare; rapoarte precum 2:1 sau chiar 3:1 sunt des întâlnite. Astfel că sursa de tensiune trebuie dimensionată la sarcina de vârf, dar majoritatea timpului sursa rulează departe de această sarcină, într-o zonă ineficientă.
Există căi de ocolire a acestei probleme, precum utilizarea unui amplificator auxiliar pentru sarcini de vârf, un super-condensator, sau alte tehnici. Totuşi, fiecare dintre acestea aduc noi probleme de proiectare, cu conectarea la sarcină, şi răspunsul global la sarcini tranzitorii. De aceea, pentru a evita supradimensionarea, trebuie încercată aducerea sarcinii maxime a sistemului cât de aproape se poate de valoarea sarcinii tipice.

Dincolo de randament ce mai este?


Alţi factori de luat în considerare sunt domeniul temperaturii de operare, domeniul tensiunii de operare, stabilizarea în linie/sarcină, diferite tipuri de protecţii, redundanţe şi intrări / ieşiri. Ştiind temperatura ambientală de operare şi schema de răcire ce va fi utilizată, ce temperatură de operare este nevoie pentru sursă? Cu siguranţă, o sursă de tensiune cu posibilitatea de a opera la temperaturi mai ridicate costă mai mult - dar poate că aceasta vă permite să “scăpaţi” cu cerinţe de răcire mai reduse, astfel că trebuie luat în considerare un echilibru.
Nu uitaţi operarea la joasă temperatură de asemenea, dacă aplicaţia urmărită este una în care sursa de tensiune trebuie să supravieţuiască sau măcar să pornească la temperaturi sub cea de îngheţ.

Figura 2: a) XL125 125W AC/DC şi b) XL160 160W de la N2Power diferă prin puterea nominală; amprenta lor, dimensiunile fizice, conectoarele şi multe alte specificaţii sunt identice.
Care este valoarea nominală a linei AC (reţea)?
Aveţi nevoie de o sursă pentru numai 115VAC, numai 230VAC, sau o sursă cu plajă largă de intrare care să poată gestiona ambele valori?
Ca de obicei, există un echilibru: în general, o sursă pentru ambele valori AC este un pic mai scumpă, dar costul suplimentar poate merita pentru că veţi putea cumpăra mai multe bucăţi de acelaşi fel, iar costurile de stoc, inventar şi suport vor fi mai mici.
Mai complicată este toleranţa de care este nevoie în jurul valorii nominale a liniei de reţea AC.
Sursa va trebui să lucreze cu un balans de ±5%, o des­chidere medie de ±10%, sau o variaţie mai mare de ±20% în jurul valorii nominale?
Sursele care pot lucra cu reţele mai problematice, dar să păstreze stabilitatea conform specificaţiilor sunt mai costisitoare, şi există mai puţini distribuitori potriviţi. Dacă vreţi să acceptaţi o toleranţă mai mare, este poate mai puţin costisitor să achiziţionaţi un dispozitiv pre-stabilizator pentru a păstra linia AC într-o gamă mai strânsă şi apoi să utilizaţi surse mai puţin costisitoare.

Ce nivel de precizie absolută de ieşire, stabilitate şi stabilizare necesită sistemul dumneavoastră?
Majoritatea surselor de tensiune au un reglaj din fabrică pentru valoarea ieşirii nominale, astfel că sursa trebuie să fie foarte aproape de ieşirea specificată. Dar trebuie avut în vedere că în vreme ce stabilitatea şi stabilizarea variază de la producător la producător şi specificaţiile mai strânse costă mai mult, s-ar putea să nu fie nevoie de asemenea performanţe.
Motivul este acela că multe căi ale surselor de tensiune de la AC la DC în final constau din mai multe niveluri. Primul nivel, convertorul AC/DC alimentează un convertor de magistrală intermediar (IBC) sau convertor de punct de sarcină (POL), nu linia finală. Aceste convertoare DC/DC oferă tensiunile pe care le utilizează sistemul, ele putând fi capabile să tolereze variaţii modeste ce provin de la sursa AC/DC la intrările lor DC.
Aproape toţi producătorii credibili oferă caracteristici precum protecţie la supratensiune, protecţie la scurtcircuit şi închiderea ieşirii în caz de probleme. Unii oferă şi extra-protecţie împotriva tensiunilor tranzitorii extreme, inclusiv vârfuri induse de fulgere. Dacă nu vă aşteptaţi să întâlniţi asemenea evenimente, sau dacă preferaţi să asiguraţi protecţia cu componente discrete externe, puteţi utiliza o sursă ce răspunde specificaţiilor de bază în ceea ce priveşte tensiunile tranzitorii, şi nu una cu protecţii suplimentare.
Unele surse oferă capabilitate N+1, în care se poate crea un şir de surse de tensiune cu comutaţie automată în caz de probleme de funcţionare.
Dacă nu aveţi nevoie de asemenea nivel de siguranţă de funcţionare, sau dacă preferaţi utilizarea unei singure surse AC/DC, această caracteristică nu este necesară.
Există de asemenea o tendinţă, în special în cazul sistemelor mari, ca sursele să ofere un raport asupra multor condiţii de operare (în special temperaturi interne) către un dispozitiv de monitorizare a sistemului, şi chiar să modifice parametrii de operare sub comanda unui controler de sistem.
Pentru aplicaţii ce nu necesită acest nivel de interacţiune sursă/sistem, nu trebuie cheltuit suplimentar pentru porturi de intrare/ieşire (I2C, PMBus, SPI) şi pentru circuitele aferente din sursă.
Dacă vă gândiţi la supra-specificarea sursei dumnea­voastră de tensiune datorită lipsei de înţelegere a necesităţilor sistemului, a parametrilor alimentării, sau numai ca să fiţi liniştiţi, chiar nu este nevoie să procedaţi aşa.
Ca în multe alte decizii inginereşti, puteţi specifica ce aveţi nevoie şi nimic mai mult, odată ce aţi înţeles priorităţile proiectului şi piaţa lui, precum şi echilibrul alegerilor făcute în proiect.

www.n2power.com


Don Knowles s-a alăturat N2Power ca VP Engineering în urmă cu 12 ani după
mai mult de 20 de ani de experienţă în electronică de putere şi fabricaţie industrială, ICT sectoarele de electronică medicală. Înainte de a se alătura N2Power, el şi-a condus propria afacere timp de 20 de ani, proiectând surse de tensiune şi sarcini de mare putere AC şi DC, având contracte cu producători. Don deţine o diplomă în electronică la American River College, Sacramento, California, USA.
Citeste tot articolul

Control și protecție bazate pe precizia de măsurare

Proiectanții de sisteme care generează energie electrică din energia solară - foto-voltaice sau PV - se confruntă cu unele dintre aceleași probleme ca și omologii lor din orice altă tehnologie legată de putere; trebuie să îmbunătățească în mod constant performanța, fiabilitatea, longevitatea și mai presus de toate, eficiența. Ca în orice demers de inginerie, performanțele îmbunătățite impun ca măsurătorile să fie de calitate superioară și mai precise.



de Stéphane Rollier & Bernard Richard, LEM

Dintre aproape toate instalațiile răspândite în lume care alimentează în mod activ puterea în rețelele electrice naționale și trans-naționale, aproximativ 40% din capacitatea totală instalată este situată în Europa; și de fapt, cea mai mare bază națională instalată este în Germania. În 2011, capacitatea de generare foto-voltaică (PV) cumulată în Germania a fost aproape de 25GW, iar în anul 2012 centralele sale electrice fotovoltaice au generat aproximativ 18 TWh (tera-Watt-ore) pentru rețeaua germană.
Rapida ascensiune a instalațiilor fotovoltaice poate fi judecată din faptul că, deși capacitatea de conectare a rețelei de generare datează de la începutul anilor 1990, “primul GW” figurează că a fost atins în Germania doar în 2004, iar capacitatea instalată a crescut cu 7,5GW în 2010 - 2011. Alte țări au văzut cum crește aportul instalațiilor fotovoltaice într-un ritm similar.
Această creștere aproape exponențială a fost parțial determinată de tarifele generoase disponibile pentru cei care au contractat pentru a furniza energie solară la rețea, la începutul adoptării tehnologiei. În multe teritorii, acești termeni inițiali atractivi nu mai sunt disponibili, și crește presiunea asupra proiectanților de sisteme pentru a oferi mai multă putere în rețea de la fiecare unitate de radiație solară incidentă, astfel că sistemele devin mai puternice, pentru a face acest lucru în condiții de siguranță. Eficiența sistemului de energie PV provine dintr-o serie de surse; inginerii specializați în semiconductoare se străduiesc să sporească în continuare eficiența de conversie a celulelor pe bază de siliciu, dar o atenție mai mare se concentrează pe arhitectura invertorului și pe control.
Maximizarea performanței invertorului se bazează pe măsurători precise de curent și tensiune, cât și pe măsurări de precizie ale parametrilor de bază care stau la baza mai multor funcții ale invertorului solar. Cel mai evident este indicatorul fiscal, contorizând exact cât de multă energie facturabilă a fost generată și transferată la rețea într-o anumită perioadă de timp. În continuare, este necesară maximizarea la conversia puterii, și, în sfârșit, este necesar de a monitoriza căile posibile de scurgeri de curent pentru a se asigura că panourile solare și invertoarele lor sunt sigure pentru cei care lucrează cu ele și în jurul lor.

Tehnologia de măsurare izolată


La toate punctele din lanțul de conversie a energiei, este avantajos să se efectueze măsurători cu tehnologii non-intruzive, care sunt posibile doar cu senzori care nu sunt conectați direct în circuitul de măsurare. Acest lucru este oferit de izolarea galvanică față de potențialele – posibil foarte mari – din calea de generare a puterii; și se elimină, de asemenea, pierderile de I2R asociate cu inserarea senzorilor rezistivi pe căi de circulație a puterii.
Cheia eficienței de conversie este menținerea punctului de transfer maxim al puterii - Maximum Peak Power Transfer (MPPT). Puterea de ieșire din aria de panouri PV este produsul (V×I), dintre tensiunea la borne și curentului DC livrat. Ca la orice sursă de curent continuu care are o impedanță proprie, tensiunea scade pe măsură ce crește curentul. În celulele solare, relația nu este liniară, și, de asemenea, variază în funcție de nivelul de energie luminoasă care ajunge pe celule. Algoritmii care controleaza invertorul trebuie să adapteze în mod constant punctul de operare pentru a menține funcționarea la MPPT. Valorile DC care determină schimbarea MPPT se schimbă relativ lent, iar precizia de măsurare moderată este suficientă pentru a determina punctul optim de funcționare și, prin urmare, aceste măsurători ale curenților DC pot fi realizate cu traductoare de curent care utilizează tehnologie bazată pe efect Hall, în buclă deschisă sau închisă.
Un număr de scheme sau modele de invertor sunt folosite în instalațiile fotovoltaice. Pentru scop comercial și pe site-uri industriale sau agricole cu arii extinse de PV, sunt de obicei conectate în serie panouri solare pentru a oferi o tensiune DC mare la un invertor de mare putere, cu o singură conectare către rețeaua în care se injectează putere. Pentru instalațiile mai mici, de obicei domestice sau comerciale, se lucrează continuu pentru a optimiza conceptul de micro-invertor, în care trecerea spre tensiunea de rețea se face la fiecare panou. Astăzi micro-invertoarele nu sunt eficiente la cost în comparație cu tehnologia tradițională. Monitorizarea globală a rețelei AC alimentată în acest aranjament prezintă o provocare separată de măsurare.
Conectarea ariei solare printr-un invertor la rețea se poate face, fie prin utilizarea unui transformator, fie direct, fără transformator. Instalațiile fără transformator nu au nicio izolare galvanică, deci au un risc de scurgeri la pământ. Ambele configurații pot fi, de asemenea, utilizate cu sau fără stocarea energiei într-o baterie.

Figurile 1a) b) c) d): Patru modele principale de invertor frecvent întâlnite cu măsurătorile lor curente (cu transformator și fără transformator)

Patru modele principale de invertor sunt frecvent întâlnite. Două modele folosesc un transformator (la frecvență redusă sau ridicată) iar două modele sunt fără transformator, cu sau fără un “chopper” DC sau step-up convertor. Proiectul cu transformator de joasă frecvență comută puterea DC din aria PV la frecvența de 50Hz a rețelei, iar transformatorul (în funcție de potențialul disponibil DC) o ridică până la tensiunea de rețea. Acest lucru oferă izolare, elimină posibilitatea de injectare DC în rețea, dar implică un transformator mare, și nu este extrem de eficient. Este nevoie de măsurători la ieșirea panoului solar și la ieșirea către rețeaua AC. O alternativă este de a comuta DC, la o frecvență mai mare (zeci de kHz), într-un transformator step-up, de a redresa la un potențial intermediar DC la nivelul rețelei și de a folosi apoi un element de comutare pentru a genera curent alternativ sincronizat cu rețeaua. Acest lucru este mult mai complex, și în funcție de exactitatea comutării la ieșire, se poate injecta putere DC în rețea. Arhitecturile fără transformator comută un potențial DC, fie direct de la aria PV, fie printr-un etaj “chopper”, sincronizat AC, care este alimentat în mod direct (prin intermediul unui filtru) la rețea. Fiindcă nu există nicio izolare galvanică între panoul PV și rețea, pierderile și căile de scurgere pot expune personalul care lucrează pe și în jurul panourilor la tensiuni periculoase sau letale.
Toate aceste configurații de invertor impun realizarea unor măsurători de curent și tensiune, atât de la ieșirea din aria PV cât și la ieșirea de curent alternativ a invertorului, atât pentru controlul invertorului, cât și pentru a detecta condiții de avarie. Din nou, traductoare bazate pe efectul Hall în buclă închisă și deschisă pot oferi precizia necesară, cu moduri de răspuns rapid care asigură protecție la scurt-circuit.

Traductor de curent HO programabil de către utilizator
Abordând exact această clasă de aplicare, LEM a introdus recent seria de traductoare HO cu buclă deschisă bazate pe efect Hall, care măsoară până la 25A DC, AC sau curent în pulsuri, cu o precizie bună, 1% la +25°C. Seria HO este formată din dispozitive programabile și configurabile şi oferă proiectanților o flexibilitate mare deoarece o parte a dispozitivului poate efectua multiple sarcini. O funcție separată de detectare a supracurentului se poate adăuga, de asemenea, ca nivel suplimentar de siguranță și de protecție a circuitului.

Detectarea DC-la-rețea și a scurgerilor de curent


În proiectele fără transformator și în configurații de înaltă frecvență cu transformator, curentul DC injectat în rețea trebuie să fie limitat la o valoare maximă între 10mA și 1A, în conformitate cu diferite standarde care se aplică în diferite țări (standardele relevante includ IEC 61727, IEEE 1547, UL 1741 și VDE 0126-1, IEC 62109-2). Aceasta necesită utilizarea de traductoare cu o precizie foarte mare și derive foarte mici pentru offset și câștig; o tehnologie ideală este traductorul Fluxgate în buclă închisă.
Invertoare fără transformator, fără izolare galvanică, au un posibilitatea de a avea curenți de scurgere și este o cerință de a monitoriza curentul de scurgere. Orice curenți de scurgere AC, 50/60Hz, vor fi mici, și trebuie să fie mai mici de 300mA, în funcție de capacitatea generată de configurația acoperiș- panou-solar și se măsoară ca o componentă reziduală rămasă de la o măsurare diferențială a curenților în mai multe conductoare. O persoană care ar contacta un panou într-o stare de defecțiune va genera

Traductor de curent seria CAS/CASR/CKSR folosind tehnologia Closed Loop Fluxgate
o modificare bruscă a curentului de scurgere, iar această condiție trebuie să fie recunoscută. În ceea ce privește traductorul de curent, acesta necesită precizie și, mai ales, mici derive pentru offset și câștig, pentru a asigura rezoluția de măsurare a acestor curenți mici; din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă abilitatea de a cuprinde mai multe conductoare, pentru a satisface un sistem monofazat sau trei faze în cadrul deschiderii din traductor.
Cereri similare se aplică pentru detectarea curentului scurs la pământ, care rezultă dintr-un defect de izolație. Traductorul utilizat pentru măsurarea scurgerii la pământ trebuie să fie capabil să măsoare semnale de curent alternativ și curent continuu ca defect de scurgere ce ar putea fi AC sau DC, în funcție de cazul în care defectarea (de exemplu, un scurt-circuit) are loc, și în funcție de faptul că panoul PV este legat la pământ sau nu.

Seria CTSR de traductori de curent folosind tehnologia Closed Loop Fluxgate (disponibil cu bobinaj de test integrat)
Pentru a atinge obiectivele în ceea ce privește precizia la curenti mici, LEM a aplicat tehnologia Closed Loop Fluxgate și a creat gama de traductor de curent LEM “CTSR” (figura alăturată).
Traductoare de curent cu buclă închisă măsoară curentul peste game largi de frecvență, inclusiv DC. Acestea oferă cuplare fără contact la curentul care trebuie să fie măsurat, în plus asigură izolare galvanică în condiții de siguranță și fiabilitate ridicată. Principiul lor de funcționare în buclă închisă, împreună cu procesarea sofisticată a semnalului intern, asigură un traductor care realizează măsurarea precisă a curenților reziduali foarte mici DC sau AC, cu foarte mici derive de offset și câștig într-o gamă largă de temperaturi de funcționare de la -40°C până la +105°C.
Capabilitatea de măsurare de curent rezidual se aplică la suma tuturor curenților care curg instantaneu prin deschiderea traductorului, în configurații unice sau cu trei faze, cu o suprasarcină ce poate fi foarte mare, de până la 3300A, pentru o durată a pulsului de 100μsec și cu o viteză de creștere de 500A/μsec. Conductoarele pot să transporte curenți primari de până la 30A/fir, AC sau DC.

www.lem.com
Citeste tot articolul

Managementul încărcării bateriilor - Cerințe pentru baterii reîncărcabile

Bateria este un dispozitiv care transformă energia chimică în energie electrică și vice versa. Bateriile pot fi cu o celulă, multicelulă sau pachete. Bateriile primare sunt de unică folosinţă și nu se pot reîncărca. Bateriile secundare sunt cele reîncărcabile. Conectarea în serie sau paralel asigură tensiunea și curenţii la nivelele oferite de baterie. Bateriile pot avea energie mare (baterii de rezervă) sau putere mare (baterii de pornire), dar nu ambele simultan. Fabricanţii oferă și tipul de baterie de înaltă durabilitate (viaţă lungă) care are o chimie modificată să dea și putere și energie mari, dar la un preţ ridicat. Bateria este descrisă de parametrii: (1) Tensiune la borne în circuit deschis (V), (2) Tensiune la borne cu sarcină (V), (3) Tensiune minimă diponibilă (V), (4) Capacitate (Ah), (5) Curent maxim de descărcare (A), (6) Număr de cicluri de descărcare/ încărcare, (7) Energie specifică (Wh/kg).



Surse de putere pentru încărcarea bateriilor


Încărcător liniar de baterii Li-Ion cu protecţii front-end, cu 3 nivele de protecţie: supratensiune (max. 30V) și supracurent (max.1.5A) pe intrare, supratensiune (4.35V) pe baterie Li-Ion 4.2V. Autoprotecţie termică. Detalii: www.ti.com/battery, seria bq243xx.

Încărcător cu comutare 1.5MHz, curent 2.5A și controlul circui­tului de putere. Încărcare cu 2.5A de la Vin max.20V și 1.5A de la USB. Are controlul parametrilor de încărcare, limitarea curentului cu temperatura, comunicaţie serială I2C (1.8V, 400kbps), detectare USB input bazată pe D+/D- sau pin selectabilă. Detalii la: www.ti.com/battery, seria bq241xx.

Volum mic, greutate redusă și eficienţă energetică mare (depinde de rezistența internă, care la încărcare va duce la încălzirea bateriei, iar la descărcare va limita curentul) sunt cerințele esențiale pentru baterii. Bateriile Li-Ion sunt o fracțiune din totalul bateriilor tradiționale de tip Pb-Acid, dar au o cantitate dublă de energie și ating în medie o durată de viață de 6 ori mai mare. Bateriile cu litiu pot suporta până la 3000 cicluri de descărcare profundă (până la 80%) și încărcare rapidă fără a se distruge. Fiind compacte, ușoare, cu timpii de încărcare foarte scurți și o tehnologie de realizare care le asigură fiabilitatea extrem de ridicată, bateriile cu litiu sunt soluția perfectă pentru echipamente mobile.

Elemente de proiectare a schemei de încărcare


Tipul bateriei - fiecare baterie are la bază procese chimice ce determină timpii, curenții, nivele limită de încărcare și de descărcare și temperatura normală de operare. Fiecare tip de baterie are cerințe proprii de operare, ce trebuie respectate strict pentru a asigura o funcționare sigură și de durată.
Metoda de încărcare – (a) o schemă liniară simplă, lucrează bine pentru baterii cu puteri reduse la curenți de încărcare sub 1A. Schema de (b) sursă cu comutare este bună (se disipă căldură mai puțină) pentru încărcarea rapidă chiar de la (c) un port USB sau pentru baterii mari care cer curenți mai mari de 1A.

Notă. Multe porturi USB pot da ceva mai mult de 500mA, dar începând din 2010 au apărut schimbări, inclusiv creșterea limitelor până la 1.5A pentru porturi care sezizează și încărcă baterii. Astfel, sunt posibile comunicaţii de mare viteză având în același timp un curent de până la 1.5A și ajungând la maxim 5A.

Principiul încărcării wireless power asigură încărcarea bate­riilor în aplicaţii low-power ţinând cont de siguranţă (conform WPC- Wireless Power Consortium) și interoperabilitate. Puterea transferată < 5watt. Detalii: www.ti.com/battery, seriile bq50021x, bq5101x.


Texas Instruments oferă un Kit cu module de evaluare bqTESLA™ pentru a dezvolta rapid soluţii wireless power ce conţin circuitele: bq500210EVM-689(Tx) și bq51013EVM-725 (Rx). Detalii la: www.ti.com/wirelesspower
Schema de (d) încărcare wireless se bazează pe transferul puterii prin inducție, între două bobine. Transmițătorul trebuie să aibă puterea și frecvența care asigură cuplajul optim. Pulsurile receptate sunt redresate și condiționate pentru a produce o putere DC care este utilă pentru încărcarea bateriilor portabile sau în lipsa surselor de încărcare de la 5Vcc.

Încărcarea corectă se face la curent constant controlând tensiunea și temperatura bateriei, pentru a maximiza capacitatea și durata de viaţă a bateriei. Multe aplicaţii cer simultan operarea și încărcarea bateriei. De aceea un dispozitiv de încărcare poate include și supravegherea funcţionalităţii circuitului de putere.

Tensiunea de intrare - o gamă largă a tensiunii de intrare în dispozitivele de încărcare și protecția la supratensiune oferă o protecție maximă și permite utilizarea unor adaptoare fără stabilizare, low-cost.

Numărul de celule – o baterie este formată din șiruri de celule în serie și în paralel care trebuie protejate la supra-încărcare/descărcare și la scurtcircuit.

Texas Instruments sprijină aplicațiile legate de managementul bateriilor prin serii de dispozitive electronice, module de evaluare, note de aplicații și mostre care să scurteze timpul de proiectare și de lansare pe piață a produselor.

Informații tehnice de la Texas Instruments:
Power Management Guide 2012: www.ti.com/power
Suport pentru proiectare: www.ti.com/powerlab
Proiectare on-line și prototipuri: www.ti.com/webench
Literatură tehnică: www.ti.com/lit/litnumber

ECAS

ELECTRO
este distribuitor autorizat al companiei Texas Instruments [ www.ti.com ]

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro
Citeste tot articolul