elektro.info

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą...

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą zarówno układu mebli, wykorzystanych materiałów czy koloru ścian. Jednak przede wszystkim warto dokładnie i z uwagą podjąć decyzje związane z wyborem odpowiedniego oświetlenia.

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

Zasilanie systemów automatyki - wprowadzenie

Introduction for power supply of automation systems

Przykład zasilacza dla układów smart grid [6]

Źródłem energii dla układów elektronicznych jest najczęściej jedno- lub trójfazowa sieć energetyczna napięcia przemiennego o napięciu fazowym 230 V i częstotliwości 50 Hz. Ponieważ jednak bardzo często układy te muszą być zasilane napięciem stałym, niezbędne jest stosowanie odpowiednich przekształtników energii elektrycznej. Przekształtniki zamieniające energię prądu przemiennego na energię prądu stałego (AC/DC) nazywa się przekształtnikami energoelektronicznymi lub potocznie prostownikami [1, 2].

Zobacz także

Sterowniki programowalne w układach automatyki

Sterowniki programowalne w układach automatyki

Sterowniki programowalne stosowane są w automatyce od ponad 30 lat. Jednymi z pierwszych produkowanych seryjnie były m.in. duże sterowniki SIEMENS Simatic S3 i Allen- Bradley PLC-2. Sterowniki te nazwano...

Sterowniki programowalne stosowane są w automatyce od ponad 30 lat. Jednymi z pierwszych produkowanych seryjnie były m.in. duże sterowniki SIEMENS Simatic S3 i Allen- Bradley PLC-2. Sterowniki te nazwano w skrócie PLC (ang. Programmable Logic Controller). Programowalny oznacza, że program sterowania jest tworzony dla każdego zastosowania sterownika przez jego użytkownika i może być wielokrotnie zmieniany.

Teoria sterowania - podstawy

Teoria sterowania - podstawy

W wielu gałęziach współczesnego przemysłu stosowane są zaawansowane układy automatyki, służące do kontroli i monitorowania procesów oraz obiektów (urządzeń, układów itp.). Najlepszym tego przykładem są...

W wielu gałęziach współczesnego przemysłu stosowane są zaawansowane układy automatyki, służące do kontroli i monitorowania procesów oraz obiektów (urządzeń, układów itp.). Najlepszym tego przykładem są sterowniki PLC (ang. Programmable Logic Controller), czyli mikroprocesorowe układy zbierające informacje na temat sygnałów w badanym systemie i podejmujących na tej podstawie decyzję o zmianie wartości sygnałów sterujących tym systemem.

Enkodery - dostępne rozwiązania

Enkodery - dostępne rozwiązania

Konkurencja w branży przemysłowej zmusza producentów do ulepszania procesów produkcyjnych, czego efektem jest produkcja detali charakteryzujących się małymi tolerancjami wykonania i krótkim czasem wytwarzania....

Konkurencja w branży przemysłowej zmusza producentów do ulepszania procesów produkcyjnych, czego efektem jest produkcja detali charakteryzujących się małymi tolerancjami wykonania i krótkim czasem wytwarzania. Podobne wymagania stawia się maszynom produkcyjnym, które muszą być coraz dokładniejsze i bardziej wydajne.

W artykule:

• Prostowanie jednopołówkowe
• Prostownik dwupołówkowy
• Zasilanie układów automatyki

Należy zauważyć, że z ekonomicznego punktu widzenia przekształtniki powinna cechować wysoka sprawność energetyczna, tj. stosunek czynnej mocy wyjściowej do czynnej mocy wejściowej powinien być bliski jedności. Moc wejściowa przekształtnika (pobierana z sieci) można przedstawić jako sumę mocy strat w kluczach półprzewodnikowych należących do samego przekształtnika i mocy wyjściowej (dostarczanej do odbiornika). Dążenie do wysokiej sprawności prostownika diodowego można zrealizować wyłącznie przez zapewnienie niskiej mocy strat w diodach. Stąd płynie wymaganie niskiego spadku napięcia w stanie przewodzenia oraz niskiej rezystancji dynamicznej, jako że wartość prądu jest zawsze narzucona przez obwód zewnętrzny [1, 3]. W zależności od konstrukcji wyróżnia się dwa podstawowe typy prostowników: jednopołówkowe i dwupołówkowe.

Prostowanie jednopołówkowe

Prostownik jednopołówkowy składa się z pojedynczej diody prostowniczej. Układ prostownika jednopołówkowego jest stosowany tylko przy małych obciążeniach i w wypadku, gdy nie mają znaczenia duże tętnienia napięcia wyjściowego [1].

W przypadku prostownika jednopołówkowego prąd w obwodzie prostownika płynie tylko dla dodatniej połówki napięcia sinusoidalnego. Można zatem napisać, że przebieg napięcia na wyjściu (przy obciążeniu rezystancyjnym) jest dany wzorem [4]:

Wzór 1

Wartość średnia tego napięcia wynosi:

Wzór 2

Wartość średnia prądu w obciążeniu wynosi odpowiednio [4]:

Wzór 3

Miarą zbliżenia przebiegu wyjściowego prostownika do wartości stałej jest współczynnik tętnień kt. Jest on określany jako stosunek [4]:

W celu zmniejszenia składowej zmiennej w większości układów rzeczywistych stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora równolegle do obciążenia (rys. 1.).

zasilanie rys01 1
Rys. 1. Układ z prostownikiem jednopołówkowym oraz przebiegi napięć i prądów [5]

Kondensator ładuje się przez diodę do napięcia równego amplitudzie Um napięcia przemiennego, po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda zacznie znowu przewodzić, tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż na katodzie, czyli także na kondensatorze. Składowa zmienna napięcia wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień Utpp jest tym mniejsza, im większa jest stała czasowa obwodu τ = RLC. Zwiększenie stałej czasowej obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W granicznym przypadku przy τ = RLC → ∞, Uwy → Um, Utpp → 0.

Prostownik dwupołówkowy

Prostownik dwupołówkowy mostkowy to tak zwany mostek Graetza (rys. 2.). Dzięki temu, że energia źródła jest pobierana przez cały okres, napięcie wyjściowe charakteryzuje się w przybliżeniu dwukrotnie mniejszymi tętnieniami niż w układzie z prostownikiem jednopołówkowym. Ze względu na to, że prąd płynie zawsze przez dwie diody połączone szeregowo, napięcie na kondensatorze filtrującym jest pomniejszone o podwójny spadek napięcia przewodzenia diody, co jest mniej korzystne niż w przypadku prostownika jednopołówkowego [1]. Jest to jednak najczęściej stosowany typ prostownika.

zasilanie rys01 1 1
Rys. 2. Układ z mostkiem Graetza oraz przebiegi napięcia i prądu [5]

Czasami stosuje się prostownik dwupołówkowy podłączony do transformatora z dzielonym uzwojeniem wtórnym (tzw. transformator z odczepem). Środkowy odczep uzwojenia wtórnego transformatora jest podłączony do masy układu. Dzięki wykorzystaniu tylko dwóch diod uzyskuje się mniejszy spadek napięcia niż w przypadku tradycyjnego prostownika dwupołówkowego. Moc oddawana przez każde z uzwojeń wtórnych transformatora może być dwa razy mniejsza niż dla układu mostkowego, lecz jest to okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia na transformatorze. W związku z tym układ taki stosuje się tylko przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadek napięcia na diodzie prostowniczej (ok. 0,7 V) jest wartością znaczną [1].

Kondensator filtrujący, umieszczony na wyjściu układu prostownika dwupołówkowego wpływa na wielkość tętnień napięcia wyjściowego Utpp, zgodnie z przybliżoną zależnością [1]:

Wzór 4

gdzie:

Iwy – prąd wyjściowy,

C – pojemność kondensatora filtrującego,

f – częstotliwość napięcia wejściowego.

Z zależności (4) wynika, że im większa pojemność kondensatora, tym tętnienia mniejsze. Po przekształceniu wzoru otrzymujemy zależność na wartość pojemności kondensatora filtrującego przy zakładanych wartościach tętnień i prądu wyjściowego [1]:

Wzór 5

Z zależności (5) wynika, że im większy prąd wyjściowy, tym większa powinna być pojemność kondensatora. Dla przykładu, jeśli założymy, że napięcie tętnień ma wynosić 0,5 V przy prądzie wyjściowym równym 1,5 A, to obliczona wartość pojemności kondensatora filtrującego wyniesie C = 30 000 μF, co jest bardzo dużą wartością. W praktyce stosuje się o wiele mniejsze pojemności, godząc się z większymi tętnieniami [1].

Zasilanie układów automatyki

Potrzeba niezawodnego działania układów dostarczających zasilanie w przypadku wystąpienia nieoczekiwanych problemów w działaniu sieci zasilającej, powoduje, że sterowniki w układach automatyki stacyjnej czy stanowiska operatorskie HMI (ang. Human Machine Interface), których celem jest nadzór nad elementami wchodzącymi w skład sieci elektroenergetycznej, należy szczególną uwagę skupić na zachowanie redundancji w zakresie zasilania i transmisji danych.

Istotnym jest, by poprzez awarię zasilania układ nie stracił swoich podstawowych parametrów oraz po przywróceniu zasilania sterownik nie generował przypadkowych sygnałów, a system automatycznie uruchomił się w sposób prawidłowy. Wykorzystuje się w tym celu dwa zasilacze lub szafy sterownicze wyposaża się w specjalne przekaźniki sygnalizujące napięcie poprzez świecenie diod LED. W takich przypadkach producenci stosują również technologię automatycznego przełączania obwodu zasilającego, tak by zanik któregokolwiek zasilania nie wpłynął na działanie systemu [6, 7].

Bardziej szczegółowo podchodząc do zagadnienia stanowisk operatorskich, należy pamiętać, aby podczas projektowania przestrzegać następujących zasad, które zapewnią prawidłowe działanie komputerów w szafach sterowniczych. Można je podzielić następująco [6, 7]:  

  • komputery HMI i moduły komunikacji zewnętrznej zasilane są napięciem ac 230 V z układu napięcia bezprzerwowego, to znaczy z wykorzystaniem urządzeń przekształtnikowych DC/AC zasilanych ze baterii akumulatorów dc 220 V współpracujących z zasilaniem potrzeb własnych obiektu elektroenergetycznego prądu przemiennego 230 V. Układ napięcia bezprzerwowego realizuje przełączenie zasilania ac 230 V z potrzeb własnych na zasilanie z przekształtnika bez przerw i odkształceń przebiegu sinusoidalnego napięcia zasilania,
  • nie wykorzystuje się dodatkowych zasilaczy UPS do zasilania układów oraz komputerów HMI i serwerów komunikacyjnych,
  • przy utracie zasilania komputer musi po jego przywróceniu wystartować automatycznie dokonując aktualizacji stanu urządzeń i pomiarów.

Przykładami układów zasilania sterowników polowych w szafach HMI systemów sterowania i nadzoru oraz sieciach inteligentnych smart grid mogą być zasilacze służyć do zasilania urządzeń elektrycznych i elektronicznych w informatyce i automatyce przemysłowej. Umożliwiają one pracę równoległą z identycznym urządzeniem w trybie redundantnym. Charakteryzuje się on wysoką sprawnością dzięki zastosowaniu impulsowego przetwarzania. Mogą posiadać następujące bloki funkcjonalne [6]:

  • zasilacza czteronapięciowy +3,3 V/3,A, +5 V/6,A, +12 V/1,A, –12 V/1,A,
  • zasilacza separowanego napięcia obiektowego +24 V/0.8 A,
  • układu zabezpieczeń i filtrów wejściowych,
  • układu kontrolno-pomiarowego, zbudowanego w oparciu o mikrokontroler.

W tym przypadku bloki zasilacza +5  V, +3,3 V, +12 V, –12 V mają wspólny potencjał odniesienia. Charakteryzuje się on również niskim poziomem zakłóceń elektromagnetycznych.

Zasilacz wyposażony jest w zabezpieczenia nadprądowe z redukcją prądu przy zwarciu, które zapewniają odporność na zwarcie przez dowolnie długi czas i automatyczny powrót do stabilizacji po ustąpieniu przeciążenia. Zasilacz posiada także zabezpieczenia nadnapięciowe, które po zaistnieniu przekroczenia napięcia na wyjściu powodują trwałe wyłączenie zasilacza.

Do zasilania sterowników w układach sieci inteligentnych (Smart Grid) oraz urządzeń elektrycznych i elektronicznych: informatyki, automatyki przemysłowej i telekomunikacji mogą być stosowane zasilacze bezprzerwowe współpracujące z baterią akumulatorów. Zasilacz może posiadać 4 wyjścia binarne zrealizowane za pomocą czterech przekaźników kontrolnych. Układ może korzystać również z wewnętrznego czujnika temperatury wbudowanego akumulatora. Zasilacz może komunikować się z systemami zewnętrznymi przez interfejs RS-485 przekazując następujące parametry: napięcie wejściowe, napięcie wyjściowe, moc pobieraną przez podłączone urządzenia, temperaturę urządzenia, czas pracy w trybie podtrzymania bateryjnego itp. 

W kolejnych artykułach zaprezentowane zostaną rozwiązania przekształtników różnych typów.

Literatura

  1. U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1996.
  2. B. Pękosławski, Ł. Starzak, Elektroniczne układy sterowania nastawników – Prostowniki jednofazowe i trójfazowe, PŁ, Łódź 2011
  3. K. Kuczyński,Zasilacze impulsowe dla układów automatyki przemysłowej – budowa i podstawowe właściwości, „elektro.info” nr 3/2014.
  4. Materiały do laboratorium podstaw elektroniki – Wydział Transportu PW
  5. www.edw.com.pl/ea/zasilacze.html
  6. Materiały firmy Mikronika.
  7. Materiały firmy Pulsar.

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej

Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej

Warunki, w jakich współcześnie pracują sieci i systemy elektroenergetyczne, mimo dużego postępu technologicznego, jaki niewątpliwie dokonał się na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, wcale nie uległy...

Warunki, w jakich współcześnie pracują sieci i systemy elektroenergetyczne, mimo dużego postępu technologicznego, jaki niewątpliwie dokonał się na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, wcale nie uległy poprawie. Paradoksalnie, można zaryzykować stwierdzenie, że ów postęp technologiczny, jaki obserwujemy we wszystkich dziedzinach techniki, po części sam się przyczynił do tego stanu.

Inteligentne algorytmy służące do zdalnego testowania układów zasilania i nadzorowania ciągłej pracy urządzeń elektronicznych

Inteligentne algorytmy służące do zdalnego testowania układów zasilania i nadzorowania ciągłej pracy urządzeń elektronicznych

Do jednych z ważniejszych wyzwań, jakie stoją przed zespołami tworzącymi i wdrażającymi zaawansowane urządzenia elektroniczne, należy stworzenie takiej platformy sprzętowo-programowej, która zapewni możliwość...

Do jednych z ważniejszych wyzwań, jakie stoją przed zespołami tworzącymi i wdrażającymi zaawansowane urządzenia elektroniczne, należy stworzenie takiej platformy sprzętowo-programowej, która zapewni możliwość zdalnego testowania tych urządzeń, nie tylko na etapie produkcji, ale również w czasie ich pracy ciągłej. Duży wybór rozwiązań w zakresie transmisji danych (popularne sieci lokalne, technologie specjalizowane la przemysłu, sieci komórkowe….) oraz różnorodne aplikacje infrastrukturalne dają szerokie...

Właściwości eksploatacyjne ogniw litowych

Właściwości eksploatacyjne ogniw litowych

Akumulatory zbudowane z ogniw litowych pojawiły się w komercyjnym zastosowaniu na początku lat 90. i szybko zaczęły się upowszechniać. Dziś dostępne są różne odmiany akumulatorów litowych, a ich popularność...

Akumulatory zbudowane z ogniw litowych pojawiły się w komercyjnym zastosowaniu na początku lat 90. i szybko zaczęły się upowszechniać. Dziś dostępne są różne odmiany akumulatorów litowych, a ich popularność bardzo szybko rośnie.

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.