Passaggi Finali per l'Alimentazione del tuo Motore Elettrico

I variatori di velocità (VSD) necessitano di specifici progettazioni dei circuiti a monte per fornire l'alimentazione principale al sistema di controllo e alle alimentazioni per l'elettronica dell'inverter – ovvero i gate driver e i circuiti di rilevamento della corrente menzionati nel precedente blog della serie. Questi elementi sono evidenziati in forma grafica nella Figura 1, che mostra una visione generale dell'architettura tipica di un VSD.

Questo blog affronta altri due importanti argomenti relativi all'alimentazione all'interno del blocco evidenziato del VSD in Figura 1:

Protezione di Controllo della Potenza

La protezione dell'alimentazione principale del controllo (solitamente 24V) da transitori e condizioni anomale è estremamente importante all'interno di un VSD. Il motivo è che generalmente ci sono due percorsi per questa linea di alimentazione. Il primo percorso è quello descritto nell'ultimo blog, in cui l'alimentazione del controllo 24V è derivata dalla rete AC o dal bus DC ad alta tensione tramite uno stadio di conversione di potenza isolato. Tuttavia, questa linea 24V può anche essere fornita direttamente da un ingresso di alimentazione ausiliaria collegato al VSD. La maggior parte degli ambienti di automazione distribuisce alimentazioni 24V tra i quadri di comando per una serie di apparecchiature di controllo, e il VSD di solito si collega a questa alimentazione. Questo ingresso ausiliario 24V è di solito collegato tramite un diodo in configurazione OR alla linea 24V derivata dal convertitore, per garantire che sia attiva solo una fonte di alimentazione alla volta.

Il vantaggio di avere questa opzione disponibile è che, anche se la rete elettrica AC si interrompe o subisce un guasto, di solito l’alimentazione ausiliaria a 24V continuerà a funzionare, permettendo all’elettronica di controllo del VSD di rimanere alimentata. Ciò consente di riavviare rapidamente il VSD senza perdere alcuna informazione contestuale. Lo svantaggio è che le alimentazioni del VSD sono ora esposte a tutte le transitorie di tensione presenti nel sistema di alimentazione a 24V a livello fabbrica – queste possono verificarsi a causa di carichi in commutazione che generano oscillazioni di tensione sui cavi di distribuzione, eventi di fulmini che si propagano attraverso il sistema, scariche elettrostatiche dovute a campi elettrici vicini o al contatto umano, così come interferenze elettromagnetiche captate dai cavi. Di conseguenza, emerge la necessità di una protezione solida su questo ingresso di alimentazione ausiliaria.

Lo standard di sicurezza funzionale VSD IEC 61800-5-2 Allegato A (Sezione B.3.2) mostra un sistema consigliato di Alimentazione (PS) e Monitor di Tensione (VM) per un binario da 24VDC. Questo sistema include protezioni contro una varietà di guasti comuni, come polarità inversa, sovracorrente e transitori di tensione.

As the transients involved can vary in energy level and duration, designing a discrete circuit can be time-consuming and prone to error, and may have poor long-term reliability. Integrated solutions such as Analog Devices Surge Stopper family integrate all of the IEC 61800 requirements, including input reverse polarity detection and protection, overcurrent, short circuit and inrush current detection and protection, and high voltage transient disconnect.

La Figura 3 illustra l'uso delle soluzioni di protezione contro i sovraccarichi di Analog Devices come possibile implementazione delle raccomandazioni di protezione IEC61800-5-2. Componenti come il LT4363 o la variante con MOSFET integrato LTC4381 possono offrire soluzioni di protezione robuste e affidabili per l'alimentazione principale del sistema di controllo.

Alimentazione Point-Of-Load (POL) a Bassa Tensione

A valle dell'alimentazione principale di controllo si trovano i binari di alimentazione a bassa tensione (<12V). Questi sono, in gran parte, le alimentazioni punto di carico (POL) che alimentano direttamente i dispositivi del controller principale (CPU, FPGA), altri componenti digitali (memoria, transceiver, interfacce), circuiteria analogica (ADC, DAC, amplificatori operazionali, ecc.), e dispositivi e terminali I/O. Il design specifico di queste architetture di alimentazione è unico per ciascun VSD, ed è difficile fare generalizzazioni, ma gli approcci tipici a queste alimentazioni sono illustrati nella Figura 4 e nella Figura 5. Nella Figura 4, i regolatori di commutazione a singolo stadio sono utilizzati per alcuni binari chiave a bassa tensione, con regolatori LDO (low-dropout) aggiunti a valle per binari analogici sensibili al rumore o binari a bassissima corrente a livelli di tensione inferiori.

In Figura 5, viene generata una singola guida intermedia (in questo caso 5V) che viene ulteriormente ridotta a guide individuali secondo necessità dai dispositivi POL. Inoltre, qui viene mostrata la possibile necessità di una sequenza di avvio o di un tracciamento delle guide di alimentazione, che può essere importante nei complessi sistemi multi-controller utilizzati in molti VSD.

La progettazione dell'architettura di alimentazione POL è complessa e comporta molti compromessi legati a efficienza complessiva, costo, spazio e rumore. Strumenti come LTpowerCAD, LTpowerPlanner e LTSPICE di Analog Devices possono semplificare significativamente la sfida di progettazione.

Sommario

Questo blog ha completato l'argomento degli alimentatori all'interno del VSD, sottolineando l'importanza dei circuiti di protezione per l'alimentazione principale di controllo e affrontando le sfide relative alla progettazione dell'alimentazione a basso voltaggio POL.