Sélectionner et utiliser des alimentations CA/CC pour l'automatisation des usines

La transition vers l'automatisation des usines s'accélère avec l'application des technologies Internet industriel des objets (IIoT) et Usine 4.0. Les alimentations robustes constituent l'infrastructure fondamentale de ces technologies. Il est donc essentiel que les concepteurs soient en mesure de déployer rapidement des alimentations fiables prenant en charge une variété de niveaux de tension pour répondre aux besoins des installations de fabrication en matière d'automatisation, de mise en réseau et d'équipements de test et de mesure.

Pour répondre à ces besoins, les concepteurs peuvent soit construire eux-mêmes les alimentations, ce qui peut être coûteux et prendre du temps, soit trouver des solutions facilement disponibles adaptées à la tâche et à leurs contraintes budgétaires. Les deux solutions doivent respecter les normes de conformité électromagnétique (CEM) et de sécurité tout en respectant les réglementations sur les interférences électromagnétiques (EMI). En outre, les alimentations pour l'automatisation des usines doivent être dotées de fonctions de protection afin d'être adaptées aux environnements industriels.

Cet article décrit brièvement les exigences d'une alimentation CA/CC pour les applications d'automatisation d'usine et détaille les critères critiques de sélection des performances et du facteur de forme. Il présente ensuite des alimentations à rail DIN de RECOM Power comme exemples d'unités prêtes à être déployées.

Alimentations pour l'automatisation des usines

L'automatisation des usines inclut également des équipements de mise en réseau et des outils de test et de mesure, et repose largement sur une alimentation robuste et fiable. Les exigences des alimentations varient en fonction de l'application et de l'équipement. Une solution typique convertit une tension secteur (90 V_CA à 264 V_CA, avec de légères variations selon les pays) en une tension continue. Les exigences de sortie varient car les équipements d'automatisation d'usine fonctionnent sur plusieurs tensions CC standard, notamment 12 V, 15 V, 24 V et 48 V.

Outre la conformité certifiée avec les réglementations de sécurité et autres réglementations en vigueur, les solutions modulaires sont généralement conçues en tenant compte de la densité d'énergie et du rendement énergétique. Elles répondent à de nombreuses exigences standard en matière de tensions et de courants, et sont fabriquées dans un objectif de fiabilité et de longévité étendues.

Les alimentations modulaires commerciales pour l'automatisation des usines incluent des options adaptées au système à rail DIN populaire pour faciliter le déploiement. Ce système fonctionne avec des largeurs standard et des formes de matériel de montage universelles. Avec le système à rail DIN, les installateurs ont la garantie d'une cohérence dimensionnelle pour une série de produits, y compris les alimentations, quel que soit le fabricant.

Cette compatibilité inter-marques offre aux utilisateurs de systèmes à rail DIN la flexibilité de mélanger et d'associer des composants (Figure 1).

Figure 1 : Les rails DIN simplifient le déploiement d'alimentations et permettent de mélanger et d'associer des composants. (Source de l'image : RECOM Power)

Alimentations à rail DIN rentables

Les infrastructures d'automatisation d'usine utilisent de multiples alimentations, ce qui entraîne une augmentation rapide des coûts. Les alimentations CA/CC à rail DIN 120 W série REDIIN120 de RECOM Power (Figure 2) sont conçues pour minimiser les coûts tout en restant compactes et fiables. Chaque unité mesure 123,6 mm x 30,0 mm x 116,8 mm.

Figure 2 : Les alimentations à rail DIN 120 W série REDIIN120 mesurent 123,6 mm x 30,0 mm x 116,8 mm. (Source de l'image : RECOM Power)

Les alimentations CA/CC REDIIN120 à refroidissement par convection peuvent fonctionner à pleine puissance sur une plage de températures de -30°C à +50°C. Ces produits sont certifiés selon les normes de sécurité CEI 62368-1, CEI 61010-1 et CEI 61010-2-201.

Les émissions électromagnétiques rayonnées et conduites des alimentations sont conformes à la norme d'immunité EN 61000-6-2 et à la norme d'émission industrielle EN 61000-6-4 Classe B. Les unités sont également conformes aux exigences de protection de l'environnement selon la directive RoHS.

La série REDIIN120 comprend trois modèles, chacun fonctionnant à partir d'une tension d'entrée de 90 V_CA à 264 V_CA et ne différant que par la tension de sortie. Le REDIIN120-12 a une sortie nominale de 12 V réglable de 10,8 V à 13,2 V. Le REDIIN120-24 a une sortie nominale de 24 V réglable de 21,6 V à 26,4 V. Le REDIIN120-48 a une sortie de 48 V réglable de 43,2 V à 52,8 V. Les courants de sortie maximum sont respectivement de 10 A, 5 A et 2,5 A.

Les alimentations fonctionnent avec un rendement maximum compris entre 86 % et 89,5 %, selon l'unité (Figure 3), et ont une consommation à vide de 150 mW pour les versions 12 V et 24 V, et de 210 mW pour la version 48 V.

Figure 3 : Rendement par rapport à la charge de sortie pour l'alimentation REDIIN120-24. (Source de l'image : RECOM Power)

Les alimentations peuvent fonctionner en mode courant constant, ce qui rend la série adaptée aux charges inductives et capacitives telles que les moteurs, les solénoïdes et les relais. La charge capacitive maximum au démarrage est de 8 mF pour les unités 12 V et 24 V, et de 3 mF pour l'unité 48 V.

Les alimentations REDIIN120 disposent d'une protection complète contre les surintensités (OCP), les surtensions (OVP) et la surchauffe (OTP) (Figure 4). Les tensions dépassant 17,4 V_CC pour l'unité 12 V, 33,6 V_CC pour l'unité 24 V et 64,8 V_CC pour l'unité 48 V génèrent une condition de verrouillage.

Figure 4 : La série REDIIN120 offre une protection complète. Les tensions dépassant 17,4 V_CC pour l'unité 12 V, 33,6 V_CC pour l'unité 24 V et 64,8 V_CC pour l'unité 48 V génèrent une condition de verrouillage. (Source de l'image : RECOM Power)

Il n'existe pas de variante 15 V dans la famille REDIIN. Cependant, RECOM Power propose le convertisseur CA/CC RACM15E-15SK/PMAD-CTN pour le fonctionnement à 15 V (Figure 5). Cette unité à montage sur rail DIN fournit une sortie de 15 V, 1 A à partir d'une entrée CA de 80 V à 275 V ou d'une entrée CC de 370 V. La puissance de sortie maximum est de 15 W et le rendement à pleine charge est de 85 %. Les unités disposent de certifications internationales EMI et de sécurité conformes aux normes médicales, domestiques, industrielles et de sécurité des transformateurs.

Figure 5 : Le RACM15E-15SK/PMAD-CTN est un convertisseur CA/CC 15 V, 15 W à montage sur rail DIN pour l'automatisation des usines. (Source de l'image : RECOM Power)

Considérations de conception pour les alimentations à rail DIN

Outre les exigences de sécurité, CEM et EMI, les concepteurs doivent prendre en compte d'autres paramètres critiques pour garantir que les alimentations CA/CC de l'usine peuvent fonctionner sans défaillance pendant de longues périodes.

Par exemple, il est essentiel de limiter la température de fonctionnement en dessous de la valeur nominale maximum de l'alimentation pour éviter les problèmes. Des températures de fonctionnement élevées peuvent entraîner une baisse des performances tout en réduisant également la durée de vie et en augmentant le risque de fonctionnement incorrect et de pannes. Les basses températures peuvent également entraîner des problèmes de performances, notamment une augmentation de l'ondulation de la tension de sortie et une régulation de sortie médiocre. De plus, des changements dans les caractéristiques électriques à basse température peuvent entraîner une défaillance au démarrage.

Les fabricants recommandent généralement de réduire la puissance de l'alimentation au-dessus d'un seuil de température, et les unités de la série REDIIN120 incluent également une coupure de sécurité au-dessus d'une température de fonctionnement maximum. La courbe de détarage de l'alimentation CA/CC 120 W REDIIN120-24 (Figure 6) indique une réduction de la puissance de sortie au-dessus de +40°C pour les entrées 100 V_CA et 115 V_CA, et au dessus de +50°C pour une entrée de 230 V_CA. Un fonctionnement au-dessus de +70°C déclenche une coupure.

Figure 6 : La courbe de détarage de l'alimentation CA/CC 120 W REDIIN120-24 indique une réduction de la puissance de sortie au-dessus de +40°C pour les entrées +100 V_CA et 115 V_CA, et au dessus de +50°C pour une entrée de 230 V_CA. Un fonctionnement au-dessus de +70°C déclenche une coupure. (Source de l'image : RECOM Power)

Une autre élément à prendre en compte est la longueur des câbles. Des câbles d'alimentation excessivement longs peuvent entraîner des pertes résistives qui se traduisent par une réduction de la tension au niveau de la charge en dessous des limites autorisées. L'augmentation du calibre de fil ou de la tension de sortie et l'utilisation d'une régulation CC/CC locale au point de charge (PoL) peuvent compenser les pertes de câbles.

Le type de charge doit également être pris en compte. Alimenter des charges capacitives ou inductives peut s'avérer difficile. Les charges inductives telles que les moteurs, les solénoïdes et les relais peuvent provoquer des pics de tension élevés. L'alimentation de charges capacitives peut réduire la réponse de charge dynamique de l'alimentation ou entraîner une instabilité et une ondulation de sortie accrue. Les concepteurs doivent soigneusement prendre en compte les types de charges exigées par l'application lors de la sélection de l'alimentation afin de s'assurer qu'elle peut y faire face. Les unités REDIIN120, par exemple, offrent un mode à courant constant, ce qui rend la série adaptée aux charges inductives et capacitives.

Enfin, la sortie OCP est importante pour minimiser les effets des cycles manqués et des chutes de tension. Les techniques typiques de protection de l'alimentation incluent la limitation du courant à une valeur définie, le « repli » du courant à une valeur sûre avec l'augmentation de la charge, ou la protection contre les « hiccups », par laquelle la sortie est désactivée puis réactivée après un délai. Si la condition de surintensité persiste, le cycle hiccup se répète. Les produits REDIIN120 sont dotés d'une protection anti-hiccup.

Par exemple, l'alimentation CA/CC 120 W REDIIN120-24 fonctionne en mode tension constante dans sa plage de charge nominale (Figure 7). Pour la sortie OCP, en cas de dépassement du courant nominal maximum de 105 % à 150 % de sa valeur nominale, l'unité entre dans un mode de courant limité, qui fait passer la tension de sortie à environ 80 % du point de consigne nominal. En cas d'augmentation de la charge, l'alimentation passe en mode hiccup avec redémarrage automatique.

Figure 7 : L'alimentation CA/CC 120 W REDIIN120-24 fonctionne en mode tension constante dans sa plage de charge nominale. Pour la sortie OCP, en cas de dépassement du courant nominal maximum de 105 % à 150 % de sa valeur nominale, l'unité entre dans un mode de courant limité, qui fait passer la tension de sortie à environ 80 % du point de consigne nominal. En cas d'augmentation de la charge, l'alimentation passe en mode hiccup avec redémarrage automatique. (Source de l'image : RECOM Power)

Conclusion

Les alimentations modulaires commerciales à montage sur rail DIN de RECOM offrent des solutions rentables, compactes, fiables et faciles à déployer pour l'automatisation des usines. Les unités sont pré-certifiées selon les réglementations obligatoires et sont fournies avec une gamme de sorties de courant et de tension CC standard. Les alimentations offrent un choix de fonctions de sécurité, et des options sont disponibles pour alimenter des charges capacitives et inductives.