Для чего нужен блок питания на дин рейку
Одной из самых популярных разновидностей блоков питания являются блоки питания для размещения на DIN-рейке, что позволяет их использовать в домашней и промышленной автоматизации и питания устройств инженерных систем. Ранее нами были рассмотрены практически все основные серии блоков питания на DIN-рейку, и указаны их ключевые особенности, но на практике часто возникают вопросы – в чем же отличия серий друг от друга.
По условиям применения все серии можно разделить на две группы – для домашнего/офисного применения («малая автоматизация») – это серии HDR и для промышленного использования – все остальные серии (серии MDR, EDR, NDR и SDR). Особенностями блоков питания серий HDR являются – пластиковый корпус, невысокая мощность (от 15 до 150Вт), широкий ряд выходных напряжений, корпус ступенчатой формы и компактный размер – что делает блоки питания этих серий удобными для размещения в типовых ящиках и электрощитках для бытовых условий и/или офиса.
Младшей по мощности из серий для промышленного применения является линейка серий MDR. Блоки питания этих серий имеют узкий корпус, невысокую мощность от 10 до 100Вт и широкий ряд выходных напряжений, сравнимый с сериями HDR – 5В, 12В, 15В, 24В, 48В (в зависимости от серии). Обычными же для всех остальных блоков питания на DIN рейку являются выходные напряжения из ряда 12, 24, 48В.
Следующие линейки серий EDR и NDR наиболее похожи между собой, и имеют почти равную стоимость, соответственно, и отличий между ними немного. Ключевыми можно назвать три – класс электромагнитной совместимости (EMI), диапазон рабочей температуры (Working Temp.), срок гарантии (Warranty):
Отличия между сериями EDR и NDR
Также отличием является то, что блоки питания серий EDR имеют невысокую выходную мощность – от 75 до 150Вт. В сериях NDR выходная мощность составляет от 75 до 480Вт, что делает серии конкурентными для сравнения с сериями блоков питания SDR для индустриального применения.
Серии блоков питания на DIN-рейку SDR можно по праву назвать топовыми сериями для индустриального применения. Блоки питания SDR обладают самой высокой эффективностью (до 94%), встроенным корректором коэффициента мощности (ККМ, кроме серии SDR-75), расширенной сертификацией для применения в промышленности, а также рядом других функций, делающих незаменимым использование блоков питания этих серий.
По условиям подключения к сети переменного тока AC выделяют серии для однофазного подключения (все рассмотренные ранее), и высоковольтные серии блоков питания – это серии TDR и WDR. Блоки питания серии TDR бывают только с одним из двух выходных напряжений – 24 или 48В, обладают высокой эффективностью (до 94.5%), выпускаются в трех диапазонах мощностей – 240, 480, 960Вт. Блоки питания TDR подключаются к трехфазным сетям (340-550В AC), а также допускается их подключение к двум фазам трехфазной сети.
Серии блоков питания WDR являются неким промежуточным вариантом высоковольтных источников питания, и их допускается подключать к однофазной сети или к двум фазам трехфазной сети, то есть блоки питания могут функционировать в диапазоне входных напряжений 180-550В AC.
Схема подключения блоков питания серий WDR к трехфазной сети
Отдельно стоит отметить две линейки блоков питания со специальными функциями. Серии DRA с диммируемым выходом, что позволяет их использовать для светодиодного освещения, или в иных применениях, где важно обеспечить регулировку уровня выходного напряжения. Из особенностей серий можно выделить всего два основных выходных напряжения – 12 и 24В, а также только два диапазона выходной мощности – 40 и 60Вт.
Второй линейкой серий блоков питания специального применения является линейка серий DRC, блоки питания которой служат для создания систем бесперебойного питания (с UPS функцией). Блоки питания DRC бывают в диапазоне мощностей от 40 до 100Вт, на выходное напряжение 12 или 24В и допускается подключение аккумуляторных батарей таких же номиналов.
Типовая схема подключения блока питания серий DRC
Одним из наиболее важных факторов эксплуатации любой электрической и/или электронной схемы является возможность контроля ее работоспособности. Для подсистемы питания это, в первую очередь, контроль наличия выходного напряжения. Практически все блоки питания на DIN рейку компании MEAN WELL имеют светодиодную индикацию контроля состояния основного выхода блока питания DC OK. Светодиод, расположенный на лицевой панели блока питания, позволяет визуально произвести контроль наличия выходного напряжения блока питания, а также оценить его работоспособность.
Светодиодная индикация состояния выхода DC OK
Однако, использование только светодиодной индикации для контроля состояния выхода не всегда удобно, особенно если требуется дополнительный контроль состояния выхода блока питания отдельным устройством или схемой, например, в составе системы «умного» дома или системы автоматизации. В этом случае лучше использовать блоки питания с дополнительным выходом DC OK.
Наиболее простым способом реализации контроля состояния блока питания DC OK является использование активного выхода. Активный выход DC OK представляет собой отвод от основного выхода блока питания, на котором можно получить логический уровень 1 или 0 в зависимости от состояния основного выхода блока питания (стабилизированное напряжение по уровню +5В), подключить светодиод или реле. Такой способ нашел своё применение в маломощных блоках питания на DIN рейку серий MDR-10 и MDR-20. Сопротивление нагрузочного резистора или обмотки маломощного реле в зависимости от напряжения питания по основному каналу блока питания на примере MDR-20 представлен на рисунке:
Активный выход DC OK в блоках питания серии MDR-20 и способы его использования
Второй вариант дополнительного контроля состояния выхода блока питания на DIN рейку представляет собой релейный контакт, также еще называемый «сухой контакт». Фактически в состав импульсного трансформатора блока питания добавляется еще одна вторичная обмотка, к которой подключена обмотка электромагнитного реле, контакты которого выведены на клеммную колодку для подключения внешней цепи контроля, то есть контакты этого реле и представляют собой выход DC OK. Таким образом обеспечивается полная гальваническая развязка как от входа блока питания, так и от его основного выхода. «Сухой контакт» опять же удобен тем, что позволяет в качестве контрольной схемы использовать практически любое устройство, с любым напряжением питания, а не только с тем, которое есть на основном выходе блока питания.
Блок-диаграмма источника питания с релейным выходом DC OK и состояния этого выхода
Учитывая, что для реализации такого выхода контроля состояния DC OK требуется дополнительное место в корпусе блока питания для размещения электромагнитного реле, то этот способ применяется только для достаточно мощных и крупных блоков питания на DIN рейку – MDR-40, MDR-60, MDR-100, а также все блоки питания серий WDR.
Блок питания на DIN рейку – это преобразующий переменный ток в постоянный трансформатор. Такое оборудование сегодня широко используется для подключения низковольтного оборудования, промышленного или светодиодного.
Главное отличие от классических блоков питания заключается в особенности конструкции, позволяющей осуществлять крепления к DIN-рейке, являющейся элементом электрощитков, электрических коробок. Широкий выбор источников питания на din-рейку представлен на сайте.
Разновидности блоков питания DIN
Корпусные трансформаторы в большинстве случаев имеют степень защиты IP 20. Это тип электрооборудования, предназначенного для эксплуатации в сухих помещениях, на них не должна попадать влажность, даже в виде конденсата, воздействовать внешняя агрессивная среда.
Корпус, как правило, перфорированный, обеспечивающий естественное воздушное охлаждение работающего устройства. Кроме этого, корпус обеспечивает защиту от механических повреждений, несанкционированного доступа к оборудованию. Широкое распространение получили блоки питания на 24В и 12В.
Преимущества использования блоков питания DIN
Сегодня в домах эксплуатируется огромное число оборудования, устройств, техники работающей на напряжении 24 или 12 вольт. Использование специальных блоков питания с возможность их крепления к DIN рейке несет в себе ряд несомненных преимуществ.
Для корпусных преобразующих бытовых трансформаторов для их размещения в жилом пространстве требуется отдельное место. Он размещается на DIN рейке, которая сегодня есть в любом современном электрическом щитке, так как именно к ней осуществляется крепление всего необходимого электрооборудования.
Установленный в щитке блок питания всегда доступен для осмотра, технического обслуживания и ремонта. Для его демонтажа не требуется много времени, как и для последующей установке на место.
Первичный монтаж блока питания на DIN рейку должен осуществлять квалифицированный специалист. Связанно это не столько со сложностью самого процесса, сколько со сложность грамотного подключения оборудования к электросети.
Непосредственно само подключение оборудования осуществляется при отключении подачи электроэнергии на щиток. Это необходимость предусмотрена во избежание несчастного случая. Перед установкой необходимо обязательно убедиться, что мощность и напряжении соответствует подключаемой нагрузке.
Одним из важных требований для функционирования ряда инженерных и технических систем является обеспечение бесперебойного питания, то есть переход на питание от резервного источника (как правило, от аккумуляторной батареи АКБ), при кратковременном отключении сети энергоснабжения. К таким системам относятся – пожарная и охранная сигнализации, технологическое оборудование в промышленности, аварийное освещение и др.
Полноценные системы бесперебойного питания получили название UPS, от англ. Uninterruptible Power Supply – источник непрерывного питания. В некоторых случаях, где питание конечных систем осуществляется источником напряжения постоянного тока, такой блок питания принято называть БП с функцией UPS, если он предусматривает подключение вспомогательного источника питания с контролем его состояния и заряда.
Для ряда применений в системах питания на DIN рейке используются блоки питания с функцией резервного питания UPS, например БП серии DRC от MEAN WELL , но блоки питания этой серии ограничены как по мощности, так и по току заряда подключаемой аккумуляторной батареи. Более гибким решением для питания мощной нагрузки является использование вспомогательного модуля – контроллера заряда АКБ на DIN рейку DR-UPS40.
Модуль DR-UPS40 может использоваться практически с любым блоком питания на 24В мощностью не более 960Вт (максимальный ток питания нагрузки не выше 40А). UPS модуль подключается параллельно основному блоку питания между этим БП и нагрузкой, также к DR-UPS40 подключается аккумуляторная батарея 24В емкостью от 4 до 12А*ч (Рис.2).
Рис.2 Схема подключения DR-UPS40
При наличии питания от основного БП происходит заряд аккумуляторной батареи и контроль ее состояния, при пропадании напряжения на основном БП питание нагрузки осуществляется от аккумуляторной батареи. В своем составе модуль содержит блоки контроля и ограничения заряда АКБ, тестирования аккумулятора, защиту от переполюсовки при подключении АКБ, и в нем реализованы функции контроля состояния АКБ (Рис.3).
Рис.3 Функциональная схема DR-UPS40
Каждая функция контроля имеет светодиодную индикацию и также выведена на контакты встроенных реле для подключения внешних устройств (контакты реле замкнуты при наличии сигнала соответствующей функции контроля).
Модуль DR-UPS40 запускается только после включения основного блока питания нагрузки и наличия выходного напряжения на нем.
Основные технические характеристики модуля DR-UPS40:
Как выбрать необходимое в обширной номенклатуре AC/DC-модулей, предлагаемых компанией КОМПЭЛ для организации электропитания промавтоматики и систем безопасности? Рассмотрим продукцию трех производителей – MEAN WELL, TDK-Lambda и Chinfa, предлагающих как дорогую продукцию для ответственных применений, так и бюджетные линейки для более простых систем.
К устройствам промышленной автоматики принято относить разнообразное электрическое, механическое, гидравлическое, пневматическое и электронное оборудование, применяемое для автоматизации технологических процессов производства, хранения и транспортировки. Нарушение нормального течения производственных технологических процессов, как правило, влечет весьма значительные потери, вплоть до категорически неприемлемых. Это определяет высокие требования к надежности оборудования, обеспечиваемые как соответствующими структурными решениями, так и повышенным качеством применяемых комплектующих. В тоже время по сравнению с техникой военного или аэрокосмического назначения стоимость устройств промышленной автоматики значительно ниже – это обеспечивает приемлемую рентабельность соответствующих технологических процессов, что важно вследствие рыночной конкуренции между производителями. Очень важную роль в достижении упомянутых характеристик играют международные и национальные стандарты, классифицирующие и регламентирующие требования к устройствам промышленной автоматики. Поскольку соответствующая аппаратура часто функционирует вне помещений или в не отапливаемых помещениях (шкафах), существует градация условий применения по температуре окружающей среды:
- для применения в отапливаемых помещениях рабочая температура окружающей среды принимается от 0 до 55°С;
- расширенный температурный диапазон: -20…75°С;
- широкий температурный диапазон: -40…85°С;
- температурный диапазон для специальной техники: -55…110°С.
Как правило, устройства промышленной автоматики должны иметь повышенную стойкость и устойчивость к механическим вибрациям и ударам. Нередко им приходится работать в условиях сильной запыленности, влажности, электромагнитных помех, иногда – при воздействии паров или брызг химически активных (агрессивных) веществ. Для обеспечения высокой надежности и продолжительного срока службы и уменьшения затрат на обслуживание предпочтительно полностью статическое исполнение этого оборудования, в т.ч. без использования вентиляторов.
Необходимой составляющей аппаратуры промышленной автоматики являются источники электропитания. В качестве первичного источника энергии в большинстве случаев используются сети переменного тока: одно- или трехфазные с номинальным напряжением 110/220/380 В и частотой 50/60 Гц. Потребителям электроэнергии чаще всего требуется постоянное напряжение соответствующего качества. Система электропитания, как правило, имеет распределенную, многоуровневую структуру. Только сравнительно простое, маломощное оборудование с компактным расположением и невысокими требованиями к качеству потребляемой электроэнергии может использовать централизованную структуру организации электропитания, когда один преобразователь обеспечивает весь набор необходимых напряжений. Для построения систем электропитания устройств промышленной автоматики с требуемыми высокими характеристиками на рынке имеется исключительно широкий выбор моделей источников питания (преобразователей). Они в той или иной мере учитывают вышеперечисленные особенности применения этого оборудования, соответствуют требованиям стандартов и директив, распространяющихся на него, предоставляя системному интегратору различные сочетания функциональных параметров, конструктивного исполнения, надежности и стоимости. По назначению различают преобразователи переменного напряжения в постоянное (AC/DC), преобразователи постоянного напряжения (DC/DC), зарядные устройства аккумуляторных батарей и источники бесперебойного электропитания (UPS), модули для резервирования источников постоянного напряжения, инверторы (DC/AC). Наиболее характерные варианты конструктивного исполнения:
- для монтажа на DIN-рейку (в специальных шкафах для размещения устройств промышленной автоматики);
- для монтажа в 19-дюймовые стойки;
- модули открытого исполнения или в легких перфорированных корпусах для монтажа на шасси питаемого оборудования;
- модули для установки на печатные платы.
Некоторые производители модульных источников питания в перфорированном кожухе (MeanWell, TDK-Lambda), предназначенных для монтажа на шасси, выпускают наборы аксессуаров, которые позволяют устанавливать эти источники на DIN-рейку [1]. Возможное конструктивное исполнение в значительной мере определяется параметрами источника питания и требованиями потребителей электроэнергии. В общем случае, чем больше ток нагрузки и жестче требования к стабильности напряжения, тем ближе друг к другу должны быть расположены источник питания и его нагрузка.
Высокая надежность систем электропитания промышленной автоматики достигается в первую очередь соответствующими структурными решениями, учитывающими особенности конкретного применения и эффективно использующими многоуровневое резервирование. При этом необходимым условием является достаточно высокая надежность модульных источников питания, из которых строится система. В противном случае она получится крайне громоздкой и дорогой. Источники электропитания, позиционируемые для использования в устройствах промышленной автоматики, изначально разрабатываются и изготавливаются как высоконадежные изделия. Однако стоимостные ограничения и временные рамки на проведение НИОКР и постановку на производство не позволяют выполнять их по стандартам и методологии, принятым для военной и аэрокосмической техники. В частности, невозможно организовать полномасштабное тестирование надежности продукции с экспериментальной проверкой таких параметров как интенсивность отказов, среднее время наработки на отказ (MTBF), эффективный срок службы в зависимости от условий эксплуатации. В лучшем случае речь может идти об ускоренных испытаниях, а чаще приходится ограничиваться расчетной величиной MTBF (обычно, согласно методологии руководства MIL-HDBK-217). Однако подробные и достоверные исходные данные по надежности комплектующих, особенно новых, необходимые для подобных расчетов, как правило, отсутствуют. В результате реальная величина MTBF может сильно отличаться от расчетных значений. Более информативной является величина гарантийного срока, которую изготовитель устанавливает на ту или иную модель источника питания. Можно обоснованно надеяться, что в течение этого срока интенсивность отказов аппаратура останется устойчиво-низкой. Ведь изготовитель – не враг себе, чтобы нести большие затраты по гарантийному ремонту ненадежной продукции! Особенный интерес представляют модели источников питания, на которые их производители дают пожизненную гарантию [1].
Для большинства решений небольшой мощности и ограниченной стоимости обычно реализуется мгновенное отключение выхода источника питания при перегрузке (снятие напряжения с нагрузки), достаточно продолжительная выдержка времени в выключенном состоянии с последующими автоматическими попытками рестарта. Если причины, вызвавшие перегрузку, исчезли – источник питания и нагрузка возвращаются в штатный режим работы. В противном случае описанные выше процессы повторяются (так называемое «икание»). Достоинства этого алгоритма защиты заключаются в обеспечении безопасных тепловых режимов для силовых, тепловыделяющих компонентов как источника питания, так и нагрузки, а также – в высокой живучести системы при невысокой стоимости (допустима сравнительно низкая точность работы компаратора перегрузки). Однако источники питания с такой организацией защиты по току практически непригодны для параллельной работы (по выходу) и проблематичны для нагрузок с большой кратковременной потребляемой мощностью. В упрощенном варианте временные параметры «икания» определяются естественными процессами в цепи питания микросхемы контроллера источника питания и поэтому имеют значительную неопределенность. Более совершенные модели источников формируют длительности этих интервалов специальными таймерами.
Альтернативный алгоритм реакции на перегрузку выхода источника питания – переход в режим ограничения тока (с соответствующим снижением выходного напряжения). При этом возможны варианты зависимости величины токоограничения от выходного напряжения (условно постоянный ток, увеличение или уменьшение уставки токоограничения с напряжением, работа во всем диапазоне изменения выходного напряжения от нуля до номинала или только в верхней его части с отключением в условиях, близким к К.З.), варианты соотношения уровня токоограничения и длительно-допустимого (номинального) тока, варианты продолжительности работы в режиме токоограничения. Источники питания, представленные в таблице 1, предоставляют пользователям самые разные варианты этих характеристик.
Источники питания, переходящие в режим ограничения тока при перегрузке без ограничений по времени, пригодны для параллельной работы на общую нагрузку. Для улучшения равномерности токораспределения в некоторых источниках питания предусмотрена возможность переключения на работу с увеличенным выходным сопротивлением (примерно в пять раз по сравнению с обычной величиной). В наиболее мощных моделях организуется дополнительный канал обмена информацией между параллельно работающими модулями, позволяющий обеспечить приблизительно равномерную токовую нагрузку на них.
В современном мире все большее значение приобретают системы безопасности. К ним относятся:
- видеонаблюдение и видеорегистрация, в т.ч. беспроводные, IP- и HD-видеонаблюдение;
- охранно-пожарная сигнализация, в т.ч. радио- и GSM-сигнализация;
- аварийное освещение;
- системы оповещения;
- замки, доводчики;
- домофоны;
- ворота, шлагбаумы и их приводы;
- системы контроля доступа на объект и охраны периметра;
- системы авторегистрации;
- системы учета рабочего времени.
Рис. 1. Резервирование дублированием источников питания
Рис. 2. Дублирование источников питания и модулей резервирования (снижение нагрузки модулей резервирования увеличивает их надежность)
Читайте также: