Kiedy w obwodach sterowania automatyką przemysłową stosuje się klasyczne układy z transformatorem

W nowoczesnych zakładach produkcyjnych sieć energetyczna stale podlega silnym zakłóceniom generowanym przez różnego rodzaju odbiorniki nieliniowe. Występowanie na halach licznych falowników, zaawansowanych serwonapędów oraz przemysłowych zasilaczy impulsowych wprowadza do ogólnego układu zasilania niepożądane harmoniczne. Gromadzące się odkształcenia naturalnego przebiegu prądu i skoki napięcia wpływają bezpośrednio na stabilną pracę czułych sterowników PLC. Zjawiska te często wywołują błędy odczytu sygnałów z maszyn, a w skrajnych przypadkach powodują resetowanie całych układów. Ochrona drogich mikroprocesorów wymaga zastosowania twardej bariery sprzętowej na etapie dostarczania zasilania roboczego.

Budowa i zasada działania układów liniowych w automatyce

Rozwiązania oparte na technologii liniowej wykorzystują klasyczny transformator obniżający napięcie sieciowe, solidny mostek prostowniczy oraz wydajny układ regulatora. Masywny rdzeń magnetyczny i ciężkie uzwojenia miedziane drastycznie różnią się od nowszych modułów impulsowych, które przetwarzają pobraną energię na bardzo wysokich częstotliwościach za pomocą półprzewodnikowych tranzystorów. Starsza technologia charakteryzuje się niższą sprawnością energetyczną rzędu 30 do 60 procent w stosunku do blisko 90 procent uzyskiwanych przez nowoczesne modele. Niższą efektywność energetyczną rekompensuje całkowity brak układów przełączających, co całkowicie eliminuje emisję dodatkowego szumu wysokiej częstotliwości do wrażliwych obwodów pomiarowych.

Pełna separacja galwaniczna układu powstaje tu wyłącznie dzięki fizycznemu brakowi bezpośredniego połączenia przewodzącego pomiędzy uzwojeniem pierwotnym a obwodem wtórnym. Miedziane uzwojenia i fizyczna bariera sprzętowa transformatora blokują przenoszenie groźnych przepięć oraz pętli masy z mocno zanieczyszczonej sieci zakładowej na stronę elektroniki maszyny. Odbiornik zawsze otrzymuje stabilne napięcie robocze w pełni wyizolowane od niestabilnego źródła pierwotnego.

Równoczesne załączanie cewek styczników i ciężkich elementów wykonawczych na linii produkcyjnej wywołuje potężne, ułamkowosekundowe przeciążenia prądowe. Transformatorowe bloki zasilania wykazują w takich momentach niezwykle szybką reakcję przejściową. Zastosowane w ich konstrukcji duże rezerwy energii zgromadzone w kondensatorach filtrujących pozwalają utrzymać stabilne napięcie wyjściowe dla sterownika nawet podczas gwałtownych zmian obciążenia rozdzielnicy.

Dobór parametrów i fizyczne ograniczenia instalacyjne

Projektowanie pewnego zasilania szafy sterowniczej zależy od precyzyjnego dopasowania wydajności do maksymalnego zapotrzebowania całej zainstalowanej aparatury modułowej. Zasilacz transformatorowy służy na etapie projektowym za główny punkt odniesienia do rzetelnej kalkulacji zapotrzebowania na moc ciągłą obwodów. Podczas obliczeń inżynier musi zsumować prądy pobierane przez wszystkie urządzenia logiczne oraz dodać zapas operacyjny na prądy rozruchowe. Należy przy tym uwzględniać nominalne parametry zasilania cewek dużych styczników elektromechanicznych, aby wyeliminować ryzyko spadków napięcia podczas uruchamiania ciężkich napędów.

Specyfika działania elektroniki sprawia, że układy wykorzystujące regulator liniowy oddają do otoczenia znacznie wyższe straty cieplne niż ich impulsowe odpowiedniki. Mechanizm ten wynika z ciągłego rozpraszania nadmiaru zgromadzonej energii w postaci ciepła oddawanego przez elementy stabilizujące napięcie. Większe gabaryty urządzenia i znaczna waga wymuszają zaplanowanie bardzo wydajnej wentylacji już na etapie rysowania schematu szafy sterowniczej. Doświadczenia ekspertów branży elektroinstalacyjnej, wspieranych merytorycznie przez hurtownię Elektryk, potwierdzają konieczność zachowania rygorystycznych odstępów montażowych. Ignorowanie fizyki oddawania ciepła z aluminiowych radiatorów błyskawicznie prowadzi do nieodwracalnej degradacji elektroniki przemysłowej.

Zestawienie dużych wymiarów obudowy oraz podwyższonych strat cieplnych z wyjątkową odpornością na zakłócenia doskonale tłumaczy obecność układów transformatorowych na rynku. Niewielkie emisje zakłóceń elektromagnetycznych w połączeniu z fizyczną izolacją galwaniczną zapewniają niezakłóconą ciągłość procesów w mocno wymagających środowiskach przemysłowych. Urządzenia oparte na ciężkich rdzeniach magnetycznych gwarantują stabilność pracy tam, gdzie wszechobecne zasilacze impulsowe same mogłyby wygenerować szkodliwy szum zakłócający układy pomiarowe na hali.