生産ライン、産業用ロボット システム、エネルギー インフラストラクチャ、製油所、半導体製造ラインなど、過酷で爆発の可能性がある環境向けの産業システムの自動化が増加しています。システム設計者が選択する産業用電源は、高ピーク電力と電源逆流保護の要件を満たすだけでなく、信頼性、耐久性、安全性、高電力密度、高効率、およびさまざまな複雑な規制遵守要件も満たさなければなりません。
このホワイトペーパーでは、要求の厳しい自動化アプリケーションのために電力システム設計者が直面する課題について説明します。次に、TRACO Power 用の DIN レール電源が紹介され、設計者がこれらの課題に対処するのにどのように役立つかを説明します。
産業用電源の課題
電子機器やシステムは、製造ライン、再生可能エネルギー システム、物流倉庫、化学処理施設などの過酷な産業環境にさらされています。電子機器は、極端な温度、湿度、機械的衝撃、電磁干渉 (EMI)、振動、粉塵、化学的接触、爆発性雰囲気にさらされる可能性があります。エレクトロニクスは電力、制御、監視に広く使用されているため、これらのアプリケーションはすべて、精度、精度、信頼性、安全性を確保するように設計する必要があります。
電源は重要です。産業用電源は、産業用電子機器のコアコンポーネントとして、AC および DC 安定化電源をサポートしています。その出力は、接続された機器の基本的なエネルギー消費要件を満たしている必要があり、十分な安全マージンが確保されている必要があります。たとえば、モーター、ポンプ、モーション コントロール ドライブなどの電気機械システムは、起動時に非常に高いピーク電流を必要とし、産業用電源はこれらの電流を供給できなければなりません。一般に、産業用電源には過電圧、過電流、過熱保護機能も備わっていなければなりません。
電源は、負荷またはラインが変化したときの優れた電圧調整能力を備え、高効率を保証する必要があります。これは、効率が低いと過剰な熱の蓄積につながる可能性がある、コンパクトなエンクロージャに設置された電源の場合に特に重要です。
産業用電源の概略仕様も重要です。産業用電源は、スペースが限られた機械または制御キャビネットに設置できる必要があります。さらに、産業用途では欠陥のある機器を迅速に交換する必要があるため、機器は取り外しと交換が容易になるように設置されなければなりません。産業用電源は、安全性と電磁両立性 (EMC) の認定を受けることが不可欠です。
危険場所認定
危険場所 (HazLoc) は、認証の特定の領域です。米国電気工事規程 (NEC) では、危険場所を、可燃性のガスまたは蒸気、可燃性の液体、可燃性の粉塵、可燃性の繊維、または飛散する糸くずの存在によって火災や爆発の危険が生じる可能性があるエリアとして定義しています。産業用電源およびその他の電子機器は、HazLoc 環境で動作するために特別に認定される必要があります。
Underwriters Laboratories (UL) は、欧州連合の爆発性雰囲気機器指令 (ATEX) と連携して、危険な場所で使用されるコンポーネントの試験基準を確立しています。このような認証は、認証された機器が指定された危険区域での使用に必要な最低限の関連安全基準を満たしていることを証明できます。
この認証では、揮発性物質の種類とその存在の可能性という 2 つの要素が考慮されます。潜在的な爆発物の種類によって認定カテゴリーが決まります。クラス 1 には、可燃性の蒸気およびガスが含まれます。カテゴリ 2 には、小麦粉などの可燃性粉塵が含まれます。カテゴリー 3 は、可燃性繊維および飛散物（布地などの少量の可燃性粒子）です。
揮発性有害物質の存在確率により、危険区域のゾーニングタイプが決まります。ディビジョン 1 は、危険物質が通常存在する環境を対象としています。ディビジョン 2 は、危険物質が通常は存在しないが、特定の条件下では存在する可能性がある環境を対象としています。
HazLoc アプリケーション用の産業用電源
TRACO Power の DIN レール TIB-EX シリーズ高効率電源 (図 1) は、過酷な環境や危険な場所向けに設計されています。 DIN レールは、産業用制御機器を機器ラックやパネル キャビネットに設置するために広く使用されている金属レールの一種です。このシリーズは、パネル取り付け要件に合わせて、より低い取り付けプロファイルを実現するサイドマウント オプションも提供しています。このシリーズの電源は、UL HazLoc クラス 1、ディビジョン 2 (C1D2) および ATEX (EN60079-0、EN60079-7、および EN60079-15) 安全規格に準拠しており、EMC 認定を受けています。
TRACO Power 用 TIB-EX DIN レール電源
図 1: TIB-EX シリーズ DIN レール電源は HazLoc C1D2 認定および EMC 認定を受けており、定格は 80 W、120 W、240 W、および 480 W (出典: TRACO Power)
HazLoc C1D2 電源は、通常は可燃性のガスや蒸気が存在するが、漏れ、機器の故障、換気システムの故障などの異常な状態が発生した場合には漏れる可能性があるエリアでも安全に動作できるように設計されています。
C1D2 装置の最も重要な特性は、通常の動作条件でも偶発的な動作条件でも発火源にならないことです。このような装置は、揮発性爆発性雰囲気を発火させるのに十分な電気エネルギーや熱を放出しないように設計されなければなりません。したがって、このような機器は通常の動作中にアークや電気火花を発生せず、エンクロージャ構造により揮発性有害物質の侵入率を制限できます。
HazLoc 認定に加えて、これらの対流式冷却電源は 88% ～ 95% (モデルによる) の効率を持ち、-40 °C ～ +60 °C (全負荷) の温度で動作できます。定格電力 80 W、120 W、240 W および 480 W、出力電圧 12 V、24 V または 48 V、動作電圧 85 VAC ～ 264 VAC、周波数 50/60 Hz。
TIB-EX シリーズ電源は、出力過電圧や短絡保護などの包括的な動作保護機能を備えており、産業環境に非常に適しています。このシリーズの電源は入力端で電力線の電圧降下、つまり電圧が定格値の 90% 未満に低下するのを防ぐことができますが、完全に切断されるわけではありません。一般的な持続時間は 3 ～ 10 サイクル、つまり 50 ミリ秒～167 ミリ秒です。このシリーズの電源は、SEI F47 Sag Immunity 仕様に準拠しています。
TIB-EX 電源は、短期間の電力過負荷にも耐え、150% 過負荷で最大 4 秒間出力を維持します。このシリーズは、初期通電時に高電流サージを生成する負荷であるステッピング モーター、ソレノイド バルブ、またはアクチュエーターを使用したシステム設計に最適です。
産業環境におけるもう 1 つの一般的な現象は、インダクタやリダクション モーターなどの負荷が電源に電圧をフィードバックする逆電力です。 TIB-EX シリーズ電源には、電源逆流保護という重要な機能があり、このような負荷によって引き起こされるシャットダウンや障害を防止します。
スイッチング モード電源 (SMPS) は最初に入力コンデンサを充電する必要があります。これにより、電源が初めてラインに接続されたときに大きな突入電流が発生する可能性があります。ほとんどの SMPS 電源 (TIB-EX シリーズなど) は、サージ電流リミッタを使用してこのサージ電流を制御します。これらの電源の定格サージ電流は 30 A (230 VAC 入力)、15 A (115 VAC) です。
すべてのモデルは、前面パネルと側面パネルの DC-OK 接点閉鎖と DC-OK LED インジケータによって出力ステータスを報告します。
80 W TIB 080-12EX AC/DC DIN レール電源 (図 2) の定格出力電圧は 12 V、最大電流は 6.7 A です。電源のサイズは 3.71 インチ x 1.26 インチ x 4.50 mm でコンパクトです。