Criterii de alegere a sursei de putere

2 MARTIE 2017

Sursa de alimentare este partea cea mai importantă dintr-un sistem, fiindcă nimic nu funcționează fără o sursă de energie. Sursa de alimentare este “inima” oricărui sistem. O sursă de alimentare este o sarcină pentru rețeaua AC publică sau pentru o baterie DC. Alegerea unei surse de alimentare nu este simplă, dar se poate face rațional o alegere optimă urmând cele 18 criterii explicate în continuare.

EcasElectro_EA0217_IntroCriterii de alegere a unei surse de alimentare
1. Putere maximă necesară în utilizare continuă la temperatura maximă
2. Sursă de tensiune constantă sau sursă de curent constant
3. Domeniu, mediu real de lucru și limite extreme
4. Cerințe de fiabilitate (MTBF, durata estimată de viață, garanție)
5. Răcire naturală sau forțată a sursei
6. Curent maxim absorbit de sursă la pornire
7. Gamă pentru tensiunea de intrare
8. Caracteristici electrice impuse de aplicație
9. Protecții diverse la intrare și pe ieșire
10. Caracteristici dinamice
11. Caracteristici legate de indicări, interfațare și comunicație
12. Sistem de alimentare în care este inclusă sursa
13. Gabarit și formă constructivă
14. Certificări și aprobări cerute
15. Cerințe speciale pentru componentele sursei
16. Produs standard sau produs special
17. Cerințe de întreținere preventivă
18. Preț

EcasElectro_EA0217_Fig-3

PSC-100A Meanwell – Sursă 100W cu funcție UPS, intrare 90 … 264Vac, 127 … 370Vdc, ieșire ajustabilă 12 … 15Vdc/ 4.75A, ieșire încărcare baterie 13,8Vdc/2.5A, eficiența 86% tipic, protecții, testată 100% burn-in, 2 ani garanție.

1. Putere maximă necesară în regim de utilizare continuă la temperatura maximă. Se alege o sursă pentru alimentarea cu puterea electrică a unuia sau mai mulți consumatori cunoscuți (sarcina) la care se adaugă o rezervă de putere de cel puțin 30%. Sarcinile inductive precum motoarele electrice, transformatoarele și bobinele din relee pot solicita la prima punere sub tensiune, un curent mai mare de 2 … 5 ori decât curentul nominal, pentru câteva cicluri de undă ale tensiunii de intrare. Dacă o sursă alimentează altă sursă care are condensatoare la intrare (descărcate în primul moment) se solicită un puls mare de curent pentru încărcare (ex. din sursa de 24Vdc se alimentează o sursă de 12Vdc). Și sarcinile rezistive reci solicită la pornire un curent mai mare, până când rezistența crește prin încălzire (ex. bec cu filament, rezistență de încălzire).
Obligatoriu, sursa trebuie să asigure vârfuri de pu­tere la pornirea motoarelor electrice ce au inerție proprie la pornirea din repaus, dar și o sarcină mecanică, (ex. o pompă de apă într-o centrală termică). Sursele de alimentare cu comutare sau convertoarele de putere performante, specifică faptul că pot asigura, un timp limitat, curent mai mare decât curentul din starea de echilibru, la pornirea unor sarcini inductive sau capacitive.

EcasElectro_EA0217_Fig-6

TN-3000 Meanwell – Invertor sinusoidal 3000W tipic, 4500W pt.10 sec., 6000W pt. 30 cicluri, eficiența > 92%, încărcător de baterie solar/AC, protecții la intrare/ieșire, indicare locală, monitorizare prin PC, 3 ani garanție.

2. Sursă de tensiune constantă sau sursă de curent constant. Aplicația impune un minim de cerințe inițiale pentru o sursă de alimentare: dacă se cere tensiune constantă sau curent constant (ex. LED-urile se alimentează la curent constant), dacă tensiunea sau curentul la ieșire au nivelul fix sau nivel ajustabil, dacă se cer ieșiri multiple, dacă se cere conectarea în serie a surselor de tensiune pentru a obține o tensiune mai mare sau conectarea în paralel a surselor de curent pentru a obține un curent mai mare.

3. Domeniu, mediu real de lucru și limite extreme. Domeniul de aplicație (industrial, scheme de iluminat interior sau exterior, panouri de afișat cu LED-uri, aparate de uz comercial, medical, laborator, sisteme de supraveghere și alarmare), sursa cu utilizare independentă sau înglobată în alt produs sau dulap (sursa cu/fără carcasă), montare în exterior cu expunere la soare, umezeală, ploaie, praf… sau în interior în medii de birou, casnic, depozite, grad de protecție IP xy la mediul real de lucru, res­pectiv la umezeală, praf, corpuri străine ce pot intra în sursă (pulberi metalice, șpanuri, bucăți de sârme…), abuzuri prin solicitări extreme de temperatură și de umiditate, porniri și opriri dese, vibrații și șocuri mecanice, câmpuri electromagneti­ce perturbatoare, vapori corozivi, mediu exploziv.

EcasElectro_EA0217_Fig-2

TDR-960-24 Meanwell – Sursă 960W, intrare 3 faze (sau 2 faze) 340 … 550Vac, ieșire 24Vdc/40A, PFC activ, protecții, limitare la curent constant, eficiență >94.5%, răcire prin convecție, testată 100% burn-in, 3 ani garanție.

4. Cerințe de fiabilitate (MTBF, durată estimată de viață, garanție). Cerințe de funcționare ultra-sigură (mai ales în domeniile: medical, militar și sisteme de supraveghere). Sursele ieftine nu au testată fiabilitatea la condiții limită specificate.
Trebuie să se aleagă surse testate burn-in (Nota 1), la care se specifică faptul că piesele sensibile la temperatură (condensatoare electrolitice) au mare fiabilitate (long life) și la temperatura de max. 105°C. Garanția să fie de 2 sau 3 ani.

5. Răcire naturală sau forțată a sursei. Sursa poate avea răcire forțată cu cel puțin un ventilator funcționând continuu sau intermitent controlat de un senzor de temperatură sau răcire prin convecție (prin circulație liberă, naturală, a aerului) sau răcire prin conducție (prin montare pe suport metalic bun conductiv de căldură). Se verifică obligatoriu în specificațiile tehnice ale sursei, scăderea puterii la ieșire în funcție de temperatura sursei (diagrama putere – temperatură), fiindcă puterea dată de sursă scade la creșterea temperaturii. Sursele de calitate dau în specificații această diagramă. Se va prevedea un dispozitiv adițional de răcire dacă se cere puterea nominală a sursei la temperatura maximă de lucru. De ex. la 50°C, puterea livrată poate scădea de la 100% la 70%. În funcție de pu­terea maximă cerută și de locul montării (cutie de plastic sau metal sau în dulap cu orificii de aerisire sau fără, pe șină, pe masă, pe perete, în corpuri de iluminat stradal…) se aleg surse având răcirea în aer liber sau forțată cu ventilator.

EcasElectro_EA0217_Fig-7

SD-350B-12 Meanwell – Convertor DC/DC 350W, intrare 19 … 36V, ieșire 12V/27.5A (variante 5V, 12V, 24V, 48V), protecții, izolare I/O 1500Vac, la 50°C asigură 80% sarcină, eficiență 80% tipic, răcire forțată, testată 100% burn-in, 2 ani garanție.

6. Curent maxim absorbit de sursă la pornire. La pornire, orice sursă cu comutare absoarbe, într-un timp foarte scurt, un curent foarte mare (numit curent de invadare, in-rush current) pentru a încărca un condensator din interior, aflat la intrarea sursei. Se poate auzi la pornire și un zgomot brusc, ca o pocnitură scurtă. Acest zgomot e normal, semnifică încărcarea bruscă cu sarcină electrică a condensatorului de pe intrarea sursei, condensator care în primul moment este ca un scurtcircuit. Se are în vedere ca siguranțele de pe liniile rețelei AC (fază, nul) la care se conectează sursa să nu fie ultrarapide pentru a permite acest șoc de curent, iar pornirea mai multor surse să nu se facă simultan pentru a nu acționa siguranțele de supracurent de pe liniile rețelei AC.

7. Gamă pentru tensiunea de intrare. Sursele au game diferite de tensiuni la intrare (ac – tensiune alternativă sau dc – tensiune continuă), astfel: intrare universală 90 … 265Vac din rețea AC, 36 … 72Vdc pentru domeniul telecom, 240 … 300Vdc pentru domeniul militar.

EcasElectro_EA0217_Fig-4

RT-125A Meanwell – Sursă 125W, intrare 88 … 132Vac / 176 … 264Vac, 248 … 373Vdc, ieșire triplă +5V/12A, +12/5.5A, -5V/1A, eficiență 79% tipic, răcire prin convecție, la 50°C asigură 100% sarcină, testată la vibrații 5g, componente long life, fiabilitate ridicată (min. MTBF 209.3Kh), 3 ani garanție.

8. Caracteristici electrice impuse de aplicație. Riplu (nivelul tensiunii sau curentului la ieșire nu e perfect constant, are mici oscilații), zgomot electric (sursa poate emite perturbații prin aer sub formă de câmp electromagnetic sau induce în fire, fiindcă o sursă cu comutare absoarbe din rețeaua AC pulsuri scurte de curent, cu amplitudine mare și conținut ridicat de armonice), precizia stabilizării, timp de activare/dezactivare (off/on), eficiența (randamentul sursei, adică raportul între puterea cedată sarcinii și puterea absorbită, de dorit >90%), izolarea galvanică între intrare și ieșire (nivelele de referință pentru intrare și ieșire, GND sau COM sunt separate inductiv sau capacitiv sau prin optocuplor) în aplicații din domeniul medical și industrial în medii Ex (potențial explozive), clase de protecție (Clasa I – carcasa legată la pământ, Clasa II – izolare dublă, Clasa III – transformator de izolare), corecția factorului de putere –PFC (Nota 2.)

9. Protecții diverse la intrare și pe ieșire. Sunt prevăzute protecții la intrare (la inversarea pola­rității prin conectarea la alimentare DC și la supra­tensiune), respectiv protecții pe ieșire (la scurt­circuit, la suprasarcină, supratensiune) și la supraîncălzire. Modul de manifestare la ieșirea sursei în cazul acționării unei protecții: se limitează la curent maxim (constant current), oscilează (modul hiccup), sau se întrerupe (shutdown).

10. Caracteristici dinamice. Răspunsul tranzitoriu la pornire, secvența de activare, timpul de comutare on/off, starea ieșirii la activarea unei protecții (curent constant, oscilare între ultimul nivel și zero sau întrerupere totală) și cum se revine la funcționare normală după dispariția cauzei care a activat protecția (se revine automat sau prin acționarea manuală a unui buton sau contact extern).

11. Caracteristici specifice legate de indicări, interfațare și comunicație. Indicarea stării de bună funcționare și a nivelului ieșirii, local, vizual sau prin semnale logice (relee sau open colector), control de la distanță prin linie serială (orice funcție în plus va crește prețul), modalitatea de pornire/oprire (prin buton local sau prin contact extern).

EcasElectro_EA0217_Fig-1

DR-60-5 Meanwell – Sursă 32.5W, intrare 88 … 264Vac, 124 … 370Vdc, ieșire 5V/6.5A, (12V/54W, 15V/60W, 24V/60W), protecții, eficiență 76% tipic/5V, 84%/24V, răcire prin convecție, izolația Clasa II, testată 100% burn-in, 3 ani garanție.

12. Sistem de alimentare în care este inclusă sursa. Sursa poate fi unică sau sunt mai multe surse diferite distribuite în configurație: surse de curent conectate în paralel, surse de tensiune conectate în serie, surse pentru sisteme de securitate cu încărcător de baterie, diverse modele de UPS DC, UPS AC, încărcătoare de baterie cu intrare de la rețea AC sau/și panou solar, convertor DC/DC, invertor DC/AC. Cablurile de legătură trebuie să respecte cerințele de curent maxim și izolație.

13. Gabarit și formă constructivă. Dimensiuni maxime impuse, formă, mod de montare (pe perete, în sertar tip rack, pe șina DIN, pe circuit imprimat, într-un PC sau aparat), cu/fără carcasă de protecție, tipul de borne (cu șuruburi, cu fire de lipire, borne aurite) și dispunerea spațială și accesul la borne.

14. Certificări și aprobări cerute. Certificări de calitate, de protecție a utilizatorului și de protecție a mediului (perturbații minime emise în jur): UL, CSA, TUV, marcaj CE, directive europene EN, ErP și alte standarde în funcție de domeniu și cerința de consum propriu cât mai redus în lipsa sarcinii (standby power – pierdere de putere sau sarcină fantomă în așteptarea unui consumator). În starea de așteptare o sursă are consum propriu fiind conectată la rețeaua AC publică, dar fără a avea un consumator activ (de ex. UPS, alimentator de televizor, încărcătoare de telefon sau de dispozitive portabile). Sunt limite impuse, corelate cu nivele de putere ale surselor (ex. fără sarcină: o sursă de 150W consumă <0,5W, un încărcător de telefon de 4,25W consumă <0,15W, dar un invertor de 1000W consumă <6W (consumă din bateria DC pe care o va descărca continuu, chiar fără sarcină).

15. Cerințe speciale pentru componentele sursei. Carcasa sursei poate fi: cu fante sau orificii prin care circulă aerul, închisă complet și căldura disipată printr-un contact cu o suprafață metalică sau închisă ermetic prin umplere cu material siliconic (ex. sursele de alimentare care stau în mediu stradal). Se pot impune materiale neinflamabile (standard UL94V), rezistența izolației în mediu umed (curenți de pierdere prin izolație cât mai mici), să nu se degaje gaze corozive sau inflamabile (bateriile din UPS).

16. Produs standard sau produs special. Produsele standard sunt mai fiabile, fiind “mature”, adică sunt îmbunătățite pe baza observațiilor de la utilizatori. Produsele proiectate la cerere (custom design) sunt verificate doar în timpul utilizării.

17. Cerințe de întreținere preventivă. Se poate impune verificarea periodică a condensatoarelor electrolitice (să nu fie uscate sau umflate), a siguranțelor și a dispozitivelor supresoare de protecție la supratensiuni accidentale sau descărcări electrice naturale (să nu fie străpunse, arse), curățarea prafului depus (pe radiatoare și ventilator), conexiunea de împământare de protecție să nu fie oxidată.

18. Preț. Se face un studiu de preț pentru produse standard similare, dar siguranța și durata de viață sunt decisive. Nu se fac compromisuri, prețul reflectă calitatea.

Nota 1
Testare accelerată (‘burn in’). O componentă sau un produs este supus la stres mai mare decât orice stres tipic, pentru a determina rata defectării timpurii (‘infantile’, ‘early failure’). Dacă această operație se execută la producător, sunt eliminate produsele ce conțin componente puțin fiabile (sau variante folosite în fabricație fără echivalarea totală cu cele din proiect), afectate de descărcări electrostatice (ESD) sau execuții defectuoase și lipsa unui control interfazic de calitate.

Nota 2
Corecția factorului de putere (PFC- Power Factor Correction) face ca distribuția energiei electrice în rețeaua AC să aibă eficiență maximă. Factorul de putere PF= puterea reală (W) : puterea reactivă (VAr). O sursă de alimentare este o sarcină pentru rețeaua AC publică. PF= 0.0 … 1.00. PF > 0.8 arată că sursa utilizează energia eficient. Sursa standard are PF= 0.70-0.75, dar sursa cu PFC are PF= 0.95 – 0.99. Se folosesc PFC activă și PFC pasivă. PFC activă e scumpă, dar eficiență > 95% la gamă largă a tensiunii AC de intrare, reducând armonicele perturbative în rețeaua AC și pierderile prin încălzirea firelor. PFC pasivă e uzuală, fiind un filtru capacitiv, folosit la puteri mici, afectat de mediu și cere tensiunea de intrare AC să fie setată manual. În UE este obligatorie utilizarea surselor cu PFC, dacă depășesc 75W.

ECAS Electro   |    www.ecas.ro

ECAS Electro este distribuitor autorizat pentru MeanWell® ce are serii mari de surse de alimentare care se încadrează ușor în aceste criterii.

Detalii tehnice:
ing. Emil Floroiu emil.floroiu@ecas.ro, Autor, asistent tehnic

Detalii tehnice și comerciale pentru produsele MeanWell: birou.vanzari@ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre