Блоки питания (источники питания), осуществляющие преобразование сетевого напряжения переменного тока в стабилизированное выходное напряжение постоянного тока, являются одним из важнейших элементов автоматизированных систем управления технологическими процессами предприятий различных отраслей промышленности. Именно от корректного и обоснованного выбора модели блока питания в процессе проектирования системы зависит её надежность при эксплуатации, а также конечная стоимость. При этом если в процессе проектирования сделать выбор в пользу модели блока питания с заведомо завышенными характеристиками и излишним функционалом, который в рамках создаваемой автоматизированной системы управления технологическим процессом использоваться не будет, то это приведет к неоправданному увеличению стоимости конечной системы, что скажется отрицательно на бюджете проекта в целом. В конечном итоге проект системы, стоимость которой превышает установленный бюджет, может быть не принят заказчиком. Таким образом, можно сделать вывод о том, что выбор блока питания является важной и ответственной задачей, которая не сводится к простому выбору топовой модели, а осуществляется индивидуально в соответствии с решаемыми задачами.
Основными характеристиками блоков питания, определяющими выбор модели, являются выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, количество каналов, температурный диапазон окружающей среды при эксплуатации, конструктив и габаритные размеры. Но это далеко не полный перечень технических характеристик, на которые следует обращать внимание проектировщикам автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Не стоит забывать о диапазоне входного напряжения питания, нестабильности выходного напряжения, температурном дрейфе выходного напряжения, пульсации выходного напряжения, электрической прочности изоляции, времени установления рабочего режима и, конечно же, коэффициенте полезного действия (КПД). Рассмотрим более подробно некоторые характеристики блоков питания на примере импульсных источников питания серии БПИ производства компании ООО «Энергия-Источник».
Прежде всего необходимо отметить широкий диапазон напряжения питания переменного тока, который составляет от 184 до 264 В (для моделей БПИ-30, БПИ-60, БПИ-125, БПИ-250) или от 100 до 265 В (для модели БПИ-24) с частотой напряжения питания переменного тока от 45 до 65 Гц. А по отдельному заказу возможно изготовление блоков питания с диапазоном напряжения питания переменного тока от 95 до 132 В. Данный параметр актуален для сетей с нестабильным напряжением и, соответственно, перед началом проектирования АСУТП необходимо провести аудит сети питания на объекте её применения. При этом хочется особо отметить, что для блоков серии БПИ производства ООО «Энергия-Источник» существует возможность подключения к входам блоков напряжений питания постоянного тока в диапазоне от 120 до 370 В.
Блоки серии БПИ являются одноканальными устройствами. Выходной канал блока питания гальванически развязан с входным, что весьма актуально для обеспечения безопасности работы с устройствами системы. Электрическая прочность изоляции между входным каналом питания и выходным каналом составляет 1,5 кВ.
Разобравшись с входными цепями блоков питания, нужно перейти к требованиям, предъявляемым к выходным характеристикам блока, а именно: выходному напряжению и максимальному выходному току– они определяют мощность требуемого блока питания. Наиболее широкое применение в промышленных АСУТП получил номинал выходного напряжения блока питания 24 В. Однако еще существуют такие номиналы как 12, 36 и 48 В. Все указанные значения выходных напряжений блоков питания имеются в линейке импульсных блоков питания БПИ производства ООО «Энергия-Источник».
Значения максимального тока нагрузки на канал блоков серии БПИ варьируются в очень широких пределах: от 500 мА до 20 А, что, в свою очередь, позволяет удовлетворить практически любую потребность заказчика в обеспечении функционального оборудования качественным питанием. При этом необходимо отметить, что мощность блока питания должна выбираться с некоторым «запасом» – не менее 30 % от максимального расчетного значения.
Источники питания серии БПИ имеют возможность проведения регулировки значения выходного напряжения непосредственно заказчиком. Диапазон регулировки выходного напряжения составляет ±10 %, то есть размах изменения составляет 20 %. В блоках серии БПИ имеется зависимость между крайними точками диапазона подстройки выходного напряжения и выходной мощностью, при которой срабатывает защита. Если при максимальном выходном напряжении блок выдает паспортную мощность, то при минимальном значении выходного напряжения защита по току может отключить источник при меньшем выходном токе, чем паспортный. Это необходимо учитывать при подборе блока и расчете максимальной нагрузки.
Затем необходимо обратить отдельное внимание на «качество» выходных характеристик блока питания, точнее, таких параметров как нестабильность выходного напряжения, пульсации и температурный дрейф. Нестабильность выходного напряжения представляет собой отношение изменения выходного напряжения блока питания к его номинальному значению. Хочется отметить, что нестабильность выходного напряжения для блоков питания БПИ-30 и БПИ-60 составляет 0,2, а для БПИ-24, БПИ-125, БПИ-250 – 0,5, что в свою очередь является достаточно высоким показателем. При этом пульсации выходного напряжения (пик – пик) не превышают 0,7 %.
В случае применения некачественных блоков питания, преследуя цель экономии финансовых средств, зачастую потребитель получает блоки, которые обладают требуемыми номинальными характеристиками, но имеющие высокие значения пульсаций и нестабильности выходного напряжения, что может приводить к сбоям в работе питаемого функционального оборудования и неработоспособности АСУТП в целом.
Таким образом, при выборе блока питания необходимо оценивать не только номинальные характеристики, но и допускаемые производителем отклонения, о которых мы говорили выше.
Еще одним очень важным фактором при выборе той или иной модели блока питания является наличие различного рода защит, позволяющих повысить надежность работы АСУТП и исключить возможность вывода блока питания из строя вследствие некорректных действий пользователя. Рассмотрим некоторые виды защит на примере блоков питания серии БПИ производства ООО «Энергия-Источник».
Блоки серии БПИ имеют встроенную схему «мягкого» запуска с ограничением пускового тока, сетевой фильтр, снижающий уровень помех до необходимых пределов в питающей сети и не пропускающий помехи из сети, плавкий входной предохранитель, срабатывающий в случае возникновения внутренних неисправностей в блоке.
Блоки также имеют защиту от короткого замыкания (КЗ) и перегрузки, срабатывающую при увеличении выходного тока до 120 % (для БПИ-24) или 130 % (для БПИ-30, БПИ-60, БПИ-125 и БПИ-250)относительно максимального значения, обеспечивающую автоматическое восстановление при устранении перегрузки.
При нагреве ключевого каскада блока до 125 ⁰C срабатывает тепловая защита. Включение блока происходит автоматически при охлаждении каскада до 70 °C. Блоки питания моделей БПИ-24, БПИ-30, БПИ-60, БПИ-125 имеют естественное охлаждение. В блоке БПИ-250 установлен вентилятор с автоматическим управлением включения при нагреве блока более 60 ⁰С.
Говоря о температурных режимах работы блока нельзя не отметить такой немаловажный параметр как температурный диапазон окружающей среды при эксплуатации блоков питания. В частности, наиболее востребованным является температурный диапазон от –10 до +55 ⁰С, но существуют «жесткие» условия применения блоков питания (например, в условиях северных районов в необогреваемых шкафах), которые требуют применения блоков питания с расширенным температурным диапазоном. Для таких условий применения по отдельному заказу предприятием ООО «Энергия-Источник» поставляются блоки питания БПИ с температурным диапазоном от –40 до +55 ⁰С (за исключением БПИ-250).
Наверняка сразу возникает вопрос: «Почему у БПИ-250 не существует исполнения с расширенным температурным диапазоном»? Ответ на этот вопрос очень прост. Предприятие ООО «Энергия-Источник» несет ответственность за неукоснительное соблюдение всех заявленных характеристик выпускаемой продукции. Для блоков питания высокой мощности (в частности БПИ-250 и выше) не представляется возможным обеспечить высокий класс стабилизации выходного напряжения и низкий уровень пульсаций при температурах ниже –30 ⁰С. При этом было принято решение, что ухудшать заявленные технические характеристики нецелесообразно. Тем не менее, выход из сложившейся ситуации найден. В соответствии с пожеланиями заказчиков были внесены корректировки в схемотехнику блоков питания БПИ-125, которые сделали возможным параллельное и последовательное соединение нескольких однотипных блоков питания. При этом не только появляется возможность изменения выходного тока или напряжения, но и повышается надежность работы системы питания, а также в целом возможность построения системы питания повышенной мощности, работающей в температурном диапазоне от –40 до +55 ⁰С и обладающей отличными выходными характеристиками.
Блоки питания серии БПИ имеют конструктив корпуса для монтажа на рейку DINNS35\7,5. При этом универсальный крепежный элемент блоков питания БПИ-24, БПИ-30 и БПИ-60 позволяет крепить их также на стену.
Блоки питания серии БПИ идеально подходят для питания датчиков, измерителей, регуляторов, регистраторов, программируемых логических контроллеров и других элементов систем промышленной автоматизации, хозяйственного и бытового назначения.
Подводя итог, необходимо отметить, что блоки питания серии БПИ производства компании ООО «Энергия-Источник» обладают рядом неоспоримых технических и ЭКОНОМИЧЕСКИХ преимуществ, которые позволяют использовать их при проектировании ответственных узлов питания АСУТП, сохраняя при этом общий бюджет, заложенный заказчиком для построения системы.
Если говорить в целом про блоки питания, производимые предприятием ООО «Энергия-Источник», то они отличаются низкой стоимостью и высокой надежностью, что подтверждается, например, наличием в линейке помехозащищенного блока питания ЭнИ-601, который применяется на АЭС. При этом у предприятия есть все разрешительные документы и лицензии дающие право конструирования и производства оборудования для ядерных установок. А это, в свою очередь, отличный показатель профессионализма сотрудников предприятия и гарантия высокого качества выпускаемой продукции.