Skálázható Mean Well tápegység-megoldások
Ha olyan szakmai feladattal találkozunk, amihez 10-20 kW-ot is meghaladó DC-teljesítményre van szükség, ritkán kínálkozik kész megoldás, és nem is célszerű azt egyetlen monolitikus egységben keresni. Sokkal gazdaságosabb a feladatnak megfelelő rendszert modulokból felépíteni. Egy nagy teljesítményű modulokból álló ipari rendszer kivitelezése azonban körültekintő tervezést és kivitelezést követel. A Mean Well tápegységgyártó igényes, könnyen skálázható termékcsaládjai az ilyen rendszerépítési igényeknek mennek elébe.
Jelen cikkünk a Mean Well cég háromfázisú betáplálással működtethető RST- és SHP-tápegységcsaládjait mutatja be. Ezek minden szükséges felételt teljesítenek ahhoz, hogy kisebb teljesítményű modulok zavartalan együttműködésével lehessen az alkalmazás által megkövetelt nagyobb DC-teljesítményt előállítani.
Az ilyen moduláris tápellátó rendszerek összeállításának elemi feltétele, hogy a tápegységmodulok kimeneti paramétereit elektronikus módszerekkel lehessen vezérelni, és ezzel megteremteni az összehangolt működés feltételeit. A kommunikáció eltérő módja az, amely a két említett eszközcsaládot megkülönbözteti.
Amíg az RST-család csak analóg (0...5 V) vezérléssel rendelkezik, addig az SHP-család már képes a Mean Well 3+N moduláris tápegységmegoldásoknál (lásd cikksorozatunk első részében) bemutatott CMU2 digitális tápegységvezérlővel kommunikálni – alapkiépítésben a CANbus-on, vevői igény esetén a PMBus vagy akár az RS485-Modbus megoldással rendszerbe kapcsolva.
A Mean Well RST-tápegységcsalád
Az RST-tápegységcsalád két teljesítményverzióban érhető el. Már az RST-7K5 elnevezésű kisebb variáns is komoly, 7500 W kimeneti teljesítmény leadására képes, ám amennyiben – modulonként – nagyobb terhelhetőséget kíván meg az alkalmazásunk, akkor válaszhatjuk a 15 000 W-os RST-15K-típust is rendszerépítő elemként.
A RST-tápegységek a következő DC kimeneti feszültségű verziókban állnak rendelkezésre: 55 V, 115 V, 230 V és 380 V. Minden RST-sorozatú tápegység kimeneti feszültsége a névleges kimeneti feszültség 1...120%-os tartományában állítható a felhasználó által, míg a kimeneti áram állíthatósági tartománya 20...100%. A feszültség- és áramparaméterek kétféle módon állíthatók: vagy a tápegység hátlapján található beépített potenciométerekkel, vagy egy kétérintkezős vezérlőcsatlakozóra kapcsolt, külső analóg vezérlő által előállított, 0...5 V tartományban változtatható vezérlőfeszültség segítségével.
A tápegységek háromfázisú AC-hálózatról csillag- (1. ábra) és deltakapcsolásban (2. ábra) üzemeltethetőek, azonban ahol csak egyfázisú AC-hálózat (L és N) áll rendelkezésre, a tápegység L1, L2 és L3 bemeneteit párhuzamosan kapcsolva (3. ábra) is képes a rendszer teljes kapacitással energiát biztosítani a terhelés felé.
1. ábra
2. ábra
3. ábra
A 65 kHz kapcsolási frekvenciájú teljesítménytényező-korrektorral (PFC-vel) ellátott bemeneti egyenirányító áramkör és egy 85 kHz működési frekvencián üzemelő DC/DC-konverteregység együttesen 95% rendszerhatásfokot biztosít. Nagyobb teljesítményt több tápegység kimenetének párhuzamos kapcsolásával érhetünk el. Mivel az RST-7K5-egységekből legfeljebb négyet kapcsolhatunk párhuzamosan, az elérhető összteljesítmény 28,5 kW. Az RST-15K-modulból viszont csak két egységet kapcsolhatunk párhuzamosan, így az elérhető rendszerteljesítmény legfeljebb 30 kW. Az RST-tápegységek megvalósítási részletkérdései iránt is érdeklődők a típuscsalád belső felépítésének tömbvázlatát a 4. ábrán tanulmányozhatják.
4. ábra
Az RST-sorozat állapotjelző kimenetei a következő üzemállapotokat jelzik a felhasználónak: „túlmelegedés”, „kimeneti feszültség rendben”, „alacsony bemeneti AC feszültség” és „belső hűtési hiba”. Az állapotkimenetek kétféle reprezentációban állnak rendelkezésre: az egyik változat 30 V/1 A záró relékontaktus, a másik galvanikusan leválasztott, 20 V/10 mA nyitott kollektoros áramkör.
Minden RST-tápegység távvezérléssel is ki- és bekapcsolható egy külső, 12 V-os feszültségjel segítségével. Egyszerűsíti a rendszerépítést, hogy ehhez nem kell külső 12 V-os feszültségforrásról gondoskodni, mert a kapcsolófeszültséget az eszköz saját 12 V/0,1 A-es AUX POWER kimenete is szolgáltathatja.
Fontos tervezési szempont a rendszerhűtés megoldása. A léghűtéses RST-7K5 (5. ábra) mellett ugyanis létezik egy folyadékhűtéses RST-7K5L-változat (6. ábra) is, amelyet olyan magas hőmérsékletű környezetben érdemes használni, ahol a léghűtéses RST-7K5 alapverzió ventilátoros kényszerléghűtése nem képes biztosítani a normális üzemi hőmérsékletet. A 15 kW teljesítményű RST-15K-tápegységből csak léghűtéses verzió létezik.
5. ábra
6. ábra
Az RST-sorozat tipikus felhasználási területe a fixen telepített tápegységrendszerek építése, amelyekben nincs szükség folyamatos paraméterváltozásra, de rendelkezniük kell megfelelő védelemmel és az üzemállapot visszajelzésével az üzemeltető vagy operátor felé. A Mean Well a következő feladatkörbe javasolja a sorozatot: UV-fényre kötő ragasztástechnika, ipari lézert használó gépek áramforrásai, elektrolízis-készülékek, ipari automatizálás, RF távközlési rendszerek.
A Mean Well SHP-tápegységcsalád
Az SHP-tápegységcsalád két teljesítményverzióban érhető el. A kisebb az SHP-10K típusjelű variáns is képes 10 000 W kimeneti teljesítmény leadására. Ha viszont modulonként nagyobb terhelhetőséget kíván meg az alkalmazásunk, akkor válaszhatjuk a 30 000 W-os SHP-30K-t rendszerépítő elemként.
Az SHP-tápegységek – a már ismertetett RST-sorozatú tápegységekhez hasonlóan – a következő DC kimeneti feszültségű verzióban érhetők el: 55 V, 115 V, 230 V és 380 V.
Az SHP-10K modellek méretei megegyeznek az RST-7K5 moduléival: magasságuk 2U, szélességük szabványos „félrack” méret. Az SHP-30K külső befoglaló méretei azonosak az RST-15K méreteivel: 2U magas, teljes szélességű rackfióknyi elhelyezést igényel.
Az SHP-sorozatú tápegység kimeneti feszültségének beállítási lehetőségei között megtaláljuk az RST-7K5 eszköznél megismert módszereket, azonban további kommunikációs felületként megjelenik a kétvezetékes digitális kommunikáció (CANbus, PMBus, Modbus RTU és RS485). A kimeneti feszültséget a névleges alapértékhez (pl. 55 V) képest 1%...120% tartományban állíthatja a felhasználó. A kimeneti áram beállítási tartománya a megengedett kimeneti áramérték 20%...100%-a, és a kimeneti feszültségnél alkalmazott megoldásokkal azonos módon paraméterezhető.
A tápegységeket csillag- (7. ábra) és deltakapcsolású (8. ábra) háromfázisú hálózatról lehet üzemeltetni. A csillagkapcsolásnál azonban csak a fázisok és a védővezeték bekötése szükséges, a nullavezetőt nem kell bekötni.
Az SHP-10K kapcsolóüzemű tápegység egy 60 kHz kapcsolási frekvencián működő PFC-vel ellátott bemeneti egyenirányító áramkört és egy 70 kHz működési frekvencián üzemelő DC/DC-konvertert tartalmaz, az eredő rendszerhatásfok elérheti a 97%-ot. Tömbvázlatát a 9. ábra mutatja. Legfeljebb négy SHP-10K modul párhuzamos felhasználásával maximum 38,5 kW1 rendszerteljesítmény építhető ki a készülékhez az interneten elérhető telepítői kézikönyv szerinti párhuzamos kapcsolással.
7. ábra
8. ábra
9. ábra
Az SHP-30K modell több paraméterében is eltér a 10 kW-os SHP-10K típustól. A PFC-t tartalmazó bemeneti áramkör kapcsolási frekvenciáját 80 kHz-re, a DC/DC-konverter működési frekvenciáját 90 kHz-re növelték. 12 darab modul párhuzamos felhasználásával maximum 285 kW rendszerteljesítményű tápellátó rendszer építhető, a párhuzamos bekötés leírását az interneten biztosított telepítői kézikönyv tartalmazza.
A SHP-10K és SHP-30K programozható tápegységcsalád egységei az egyszerűbb felépítésű RST-sorozatnál fejlettebb üzemállapot- és hibakezelő rendszert tartalmaznak. A „túlmelegedés”, a „kimeneti feszültség rendben”, az „alacsony bemeneti AC-feszültség” és a „belső hűtés hiba” jelzőáramkörei 0...5 V-os TTL-szintet használnak. A beépített kétvezetékes, digitális kommunikációs blokk (CANbus, PMBus, Modbus-RTU) alapesetben csak a működési paraméterek lekérdezésére alkalmas. Azonban egyetlen bit átírása, majd a tápegység újraindítása után a teljes működés a digitális csatornán keresztül is vezérelhetővé és lekérdezhetővé válik. Az analóg vezérlés ilyenkor inaktív állapotba kerül, és a rendszer működését a továbbiakban nem befolyásolja.
Az SHP-10K-nak is létezik egy folyadékhűtésű változata (SHP-10KL), amelynek külső méretei és ajánlott alkalmazási körülményei megegyeznek a már ismertetett RST-7K5L változatéival (lásd a 6. ábrát).
Alkalmazási példák
A 10. ábra egy CANbus-on kommunikáló, 57,6 V-os raktárrobot-töltőrendszer, a 11. ábra pedig egy analóg vezérlésű, 175 V-os repülőgép-fűtőrendszer felépítését vázolja fel. A Mean Well honlapját felkeresve számos további megoldás és alkalmazás leírását találja meg az érdeklődő.
10. ábra
11. ábra
Az RST- és SHP-tápegységek elérhetősége
A cikkben bemutatott RST-7K5/RST-15K, SHP-10K/SHP-30K nagy teljesítményű racktápegységek az Energom Electronic Kft.-nél (www.energom.hu) elérhetők. Az érdeklődők a termékmenedzserrel a
A Mean Well termékcsaládjait ismertető sorozatunk a Magyar Elektronika 2024/5. lapszámában folytatódik egy 1500 VDC bemeneti feszültségű DC-rail tápegység bemutatásával.
Jegyzet
1 Nem véletlen elírás, hogy a párhuzamosított kimenetekkel elérhető maximális rendszerteljesítmény értéke kisebb a modulok névleges maximális teljesítményének összegénél – ez megfelel a gyártó specifikációjának. Ugyanez vonatkozik a 12 db SHP-30K-egység összekapcsolásával elérhető 285 kW-os maximális rendszerteljesítmény-adatra is.
Szerző: Gombos Attila – Energom Electronic Kft.
ENERGOM Electronic Kft.
1142 Budapest, Komáromi út 28.
E-mail:
www.energom.hu
