Automatisation croissante des systèmes industriels pour les environnements difficiles et potentiellement explosifs, notamment les lignes de production, les systèmes robotiques industriels, les infrastructures énergétiques, les raffineries et les lignes de fabrication de semi-conducteurs. L'alimentation électrique industrielle sélectionnée par le concepteur du système doit non seulement répondre aux exigences de puissance de crête élevée et de protection contre le reflux de l'alimentation électrique, mais également répondre aux exigences de fiabilité, de durabilité, de sécurité, de densité de puissance élevée, de rendement élevé et à diverses exigences complexes de conformité réglementaire.
Cet article traite des défis auxquels sont confrontés les concepteurs de systèmes électriques pour les applications d'automatisation exigeantes. Les alimentations sur rail DIN pour TRACO Power sont ensuite présentées, expliquant comment elles aident les concepteurs à relever ces défis.
Les défis de l’alimentation électrique industrielle
Les équipements et systèmes électroniques sont exposés à des environnements industriels difficiles pour les lignes de fabrication, les systèmes d'énergie renouvelable, les entrepôts de distribution et les installations de traitement chimique. Les équipements électroniques peuvent être exposés à des températures extrêmes, à l'humidité, à des chocs mécaniques, à des interférences électromagnétiques (EMI), à des vibrations, à la poussière, à des contacts chimiques et à des atmosphères explosives. L’électronique étant largement utilisée dans les domaines de l’alimentation, du contrôle et de la surveillance, toutes ces applications doivent être conçues pour garantir l’exactitude, la précision, la fiabilité et la sécurité.
L’alimentation électrique est essentielle. En tant que composant principal des équipements électroniques industriels, l’alimentation industrielle prend en charge l’alimentation régulée en courant alternatif et continu. Sa production doit répondre aux exigences de base en matière de consommation d'énergie de l'équipement connecté et une marge de sécurité suffisante doit être réservée. Par exemple, les systèmes électromécaniques tels que les moteurs, les pompes et les variateurs de commande de mouvement nécessitent des courants de crête très élevés au démarrage et les alimentations industrielles doivent être capables de fournir ces courants. En général, l'alimentation industrielle doit également avoir des fonctions de protection contre les surtensions, les surintensités et la surchauffe.
L'alimentation doit avoir une bonne capacité de régulation de tension lorsque la charge ou la ligne change et garantir un rendement élevé. Ceci est particulièrement important pour les alimentations installées dans des boîtiers compacts, où un faible rendement peut entraîner une accumulation excessive de chaleur.
Les spécifications générales des alimentations industrielles sont également importantes. L'alimentation industrielle doit pouvoir être installée dans des machines ou des armoires de commande avec un espace limité. De plus, les applications industrielles nécessitent un remplacement rapide des équipements défectueux, ces derniers doivent donc être installés de manière à faciliter le retrait et le remplacement. Il est essentiel que les alimentations industrielles soient certifiées en matière de sécurité et de compatibilité électromagnétique (CEM).
Certification pour emplacements dangereux
Les emplacements dangereux (HazLoc) constituent un domaine spécifique de certification. Le National Electrical Code (NEC) définit un emplacement dangereux comme une zone où la présence de gaz ou de vapeurs inflammables, de liquides inflammables, de poussières inflammables, de fibres inflammables ou de peluches volantes pourrait entraîner un risque d'incendie ou d'explosion. Les alimentations industrielles et autres équipements électroniques doivent être spécifiquement certifiés pour fonctionner dans un environnement HazLoc.
Underwriters Laboratories (UL), en collaboration avec la directive ATEX (Equipement for Explosive Atmospheres) de l'Union européenne, établit des normes de test pour les composants utilisés dans des emplacements dangereux. Une telle certification peut prouver que l'équipement certifié répond aux normes de sécurité minimales pertinentes requises pour une utilisation dans la zone dangereuse désignée.
La certification prend en compte deux facteurs : le type de matière volatile et la probabilité de sa présence. Le type d'explosif potentiel détermine la catégorie de certification. La classe 1 comprend les vapeurs et gaz inflammables ; La catégorie 2 comprend les poussières combustibles, telles que la farine ; La catégorie 3 concerne les fibres et les volants combustibles (petits volumes de particules combustibles telles que les tissus).
La probabilité d'existence de substances dangereuses volatiles détermine le type de zonage des zones dangereuses. La division 1 couvre les environnements où des matières dangereuses sont normalement présentes. La division 2 couvre les environnements dans lesquels les matières dangereuses ne sont normalement pas présentes, mais peuvent l'être dans certaines conditions.
Alimentation industrielle pour les applications HazLoc
L'alimentation électrique à haut rendement série TIB-EX sur rail DIN de TRACO Power (Figure 1) est conçue pour les environnements difficiles et les zones dangereuses. Le rail DIN est une sorte de rail métallique largement utilisé pour installer des équipements de contrôle industriel dans un rack d'équipement ou une armoire à panneaux. La série propose également des options de montage latéral pour un profil de montage inférieur afin de répondre aux exigences de montage sur panneau. Cette série d'alimentations est conforme aux normes de sécurité UL HazLoc Classe 1, Division 2 (C1D2) et ATEX (EN60079-0, EN60079-7 et EN60079-15) et est certifiée EMC.
Alimentation rail DIN TIB-EX pour TRACO Power
Figure 1 : Les alimentations sur rail DIN série TIB-EX sont certifiées HazLoc C1D2 et EMC, nominales à 80 W, 120 W, 240 W et 480 W (source : TRACO Power)
L'alimentation HazLoc C1D2 est conçue pour un fonctionnement sûr dans des zones qui contiennent normalement des gaz ou des vapeurs inflammables mais qui peuvent s'échapper en cas de conditions anormales telles qu'une fuite, une panne d'équipement ou une panne du système de ventilation.
La caractéristique la plus importante de l'équipement C1D2 est qu'il ne deviendra pas une source d'inflammation dans des conditions de fonctionnement normales et accidentelles. Un tel équipement doit être conçu de manière à ne pas émettre d'énergie électrique ou de chaleur suffisante pour enflammer une atmosphère explosive volatile. Par conséquent, un tel équipement ne générera pas d’arc ou d’étincelle électrique pendant un fonctionnement normal, et la structure du boîtier peut limiter le taux d’entrée de substances dangereuses volatiles.
En plus de la certification HazLoc, ces alimentations refroidies par convecteur ont un rendement de 88% à 95% (selon le modèle) et peuvent fonctionner à des températures de - 40°C à +60°C (pleine charge). Puissance nominale 80 W, 120 W, 240 W et 480 W, tension de sortie 12 V, 24 V ou 48 V, tension de fonctionnement 85 VAC à 264 VAC, fréquence 50/60 Hz.
L'alimentation de la série TIB-EX est très adaptée à l'environnement industriel, avec des fonctions complètes de protection du fonctionnement, y compris une protection contre les surtensions de sortie et les courts-circuits. À l'extrémité d'entrée, cette série d'alimentation peut empêcher la chute de tension de la ligne électrique, c'est-à-dire que la tension chute à moins de 90 % de la valeur nominale, mais elle ne sera pas complètement déconnectée. La durée typique est de 3 à 10 cycles ou de 50 ms à 167 ms. La série d'alimentations est conforme à la spécification SEI F47 Sag Immunity.
L'alimentation TIB-EX résiste également aux surcharges de puissance à court terme et maintient la sortie jusqu'à 4 s à une surcharge de 150 %. Cette série est idéale pour les conceptions de systèmes avec des moteurs pas à pas, des électrovannes ou des actionneurs - des charges qui génèrent des surtensions élevées lors de la mise sous tension initiale.
Un autre phénomène courant dans les environnements industriels est la puissance inverse, où des charges telles que des inductances et des moteurs de réduction renvoient la tension à l'alimentation électrique. Les alimentations de la série TIB-EX ont la fonction importante de protection contre le reflux de l'alimentation pour aider à prévenir l'arrêt ou la panne provoquée par de telles charges.
L'alimentation à découpage (SMPS) doit initialement charger ses condensateurs d'entrée, ce qui peut entraîner des courants d'appel importants lorsque l'alimentation est connectée pour la première fois à la ligne. La plupart des alimentations SMPS (telles que la série TIB-EX) utilisent des limiteurs de courant de surtension pour contrôler ce courant de surtension. Ces alimentations sont conçues pour des surintensités de 30 A (entrée 230 VCA), 15 A (115 VCA).
Tous les modèles signalent l'état de sortie via la fermeture de contact DC-OK et les indicateurs LED DC-OK sur les panneaux avant et latéraux.
L'alimentation sur rail DIN AC/DC 80 W TIB 080-12EX (Figure 2) a une tension de sortie nominale de 12 V et un courant maximum de 6,7 A. L'alimentation est compacte et mesure 3,71" x 1,26" x 4,50 mm".