Voeding van industriële computers – schokkend!

De productiefaciliteiten van tegenwoordig bevatten een mix van nieuwe en oude technologieën. Als je oud met nieuw gaat mengen, moet je een aantal zorgvuldige afwegingen maken. Dit geldt vooral als industriële pc’s deel uitmaken van de installatie. Industriële computers hebben allemaal betrouwbare voeding nodig, maar de soort voeding kan verschillen. Sommige pc’s hebben schone voeding nodig, goed gereguleerd en vrij van ruis en transiënten. Andere apparatuur daarentegen produceren juist stroomvervuiling, zoals radiofrequentie en kortstondige spanningspieken en dalen tijdens het gebruik. Deze blog gaat over de uitdagingen van de voeding van industriële computers.

Dit klinkt misschien ingewikkeld, maar kennis van een paar algemene begrippen en aanbevolen werkwijzen in de sector helpt je ervoor te zorgen dat je computers de komende jaren voorspelbaar en probleemloos blijven werken. OnLogic wil gebruikers helpen problematische situaties te herkennen en te voorkomen.

Wat zijn de grootste uitdagingen op het gebied van voeding van industriële computers?

Ingenieurs proberen altijd de bedrading zo eenvoudig mogelijk te houden en kosten te beheersen. De stroomvoorzieningen van industriële computers die industriële pc’s van elektriciteit voorzien, moeten vaak meer doen dan waarvoor ze zijn gemaakt. In veel gevallen wordt er één stroomvoorziening gebruikt om niet alleen de computers van stroom te voorzien maar ook de elektromechanische apparaten die ze aansturen of bewaken. Dit kunnen elektromagneten voor motoren zijn.
De aanbevolen werkwijzen in de sector bevelen isolatie aan tussen alle gevoelige elektronica (d.w.z. computers) en ruis producerende elektromechanica door middel van afzonderlijke stroomvoorzieningen. Toch zie je in de praktijk dat systemen (en hun stroomvoorzieningen) niet optimaal presteren, beschadigd zijn of smelten omdat deze aanbeveling wordt genegeerd.
Zonder deze scheiding lopen pc’s een groot risico op onopgemerkte, maar dominerende tegen-elektromotorische krachten (tegen-EMK). Deze spanningen worden gegenereerd door inductiespoelen en elektromagneten in elektromechanische apparatuur. Om het nóg ingewikkelder te maken, gebeuren deze dingen zo snel dat mensen die metingen doen met reguliere meetapparatuur dit niet opmerken. Je hebt eigenlijk een dure oscilloscoop nodig om het effect van spanningsvariaties te meten.
Elektromechanische schakelaars en elektromagneten gebruiken elektrische spoelen om een stukje metaal te verplaatsen en een klep of schakelaar met een magnetisch veld te openen en te sluiten. Wanneer een geactiveerde spoel wordt gedeactiveerd, valt het magnetisch veld weg en ontstaat er een tijdelijke spanningspiek in de tegenovergestelde richting. Dit wordt “tegen-EMF” of “flyback” genoemd. Het is belangrijk op te merken dat deze lage spanningen vóór het wegvallen kortstondig een paar honderd, ja zelfs duizend volt kunnen genereren. Ook als de ingangsspanning als laag wordt beschouwd.

Hoe werkt dat?

We hebben vastgesteld dat de energie door de spoel loopt en een magnetisch veld creëert wanneer een spoel wordt ingeschakeld. Maar voor elke lus waar die energie in de spoel doorheen moet, wordt de daaruit resulterende potentiële uitvalsspanning verveelvoudigd. Een spoel met een ingangsspanning van 24v kan in een tijdspanne van een milliseconde of microseconde gemakkelijk transiënten hoger dan 300 volt produceren wanneer deze wordt gedeactiveerd. Grotere spoelen kunnen aanzienlijk hogere pieken produceren. Een klein lek kan een groot schip doen zinken! Als deze pieken niet op de juiste manier worden onderdrukt, zijn ze meer dan in staat om siliciumverbindingen te vernielen.
Moderne computers zijn gemaakt om EFT’s (Electrical Fast Transients of snelle schakeltransiënten) op te vangen om te voldoen aan immuniteitsnormen, zoals EN 55024. Maar deze spanningsingangen zijn gewoonlijk 500 of 1000 volt voor korte bursts. Langer durende of voortdurende blootstelling aan deze bursts kan de diëlektrische prestaties van voedingscomponenten doen afnemen. Dit kan leiden tot beschadiging van de stroomvoorziening en andere onderdelen.

Loop je risico? Hier moet je op letten en dit kun je eraan doen.

Bevat je toepassing motoren, luchtkleppen, elektromotoren of relais? Dan loopt je toepassing misschien risico. Met name als deze apparaten een stroomvoorziening delen met een gevoelig elektronisch apparaat, bijvoorbeeld een computer. Daarnaast moet je stroomvoorziening geschikt zijn voor gebruik met IT-apparatuur. Zo niet, dan loopt je systeem risico.

In plaats van de gok te wagen, is het verstandiger om de aanbevolen werkwijze te volgen en je stroomvoorzieningen te isoleren. In het bijzonder één voor elektronische ‘stille’ apparaten, zoals computers en één voor ‘ruis producerende’ apparaten, zoals elektromechanische apparatuur. Als je systeem elektromechanische schakelaars of elektromagneten gebruikt, beknibbel dan niet op kwaliteit! Zorg dat ze flyback-dioden of vrijloopdioden of andere lijnfiltertechnologieën hebben. Met deze technologieën wordt tegen-EMF intern onderdrukt voordat deze verdere systemen kan vervuilen. Controleer tot slot of je computers en stroomvoorzieningen een IT-classificatie hebben en immuniteitstests, zoals EN 55024, hebben doorstaan.