Una fuente de alimentación se refiere a un aparato eléctrico que suministra alimentación a una carga eléctrica en diversas condiciones para múltiples aparatos y campos relacionados con la ingeniería. Cualquier cosa que suministre alimentación eléctrica a cualquier circuito se llama fuente de alimentación, ya que alimenta el circuito.

Las fuentes de alimentación se pueden clasificar en tres tipos comunes: fuentes de alimentación reguladas linealmente, fuentes de alimentación conmutadas y fuentes de alimentación no reguladas. Existe además otra clase de fuente de alimentación: la fuente de alimentación regulada por ondulación. Las fuentes de entrada, como las fuentes de alimentación CC y CA, son comunes entre las fuentes de alimentación. La fuente de alimentación puede suministrar diversas tensiones y se puede elegir el tipo de entrada. Una fuente de alimentación estándar está compuesta por un transformador, circuitos integrados de regulador de tensión, diodos rectificadores, filtros y otros componentes. La figura 1 muestra el diagrama de bloque de una fuente de alimentación de modo conmutado CA-CC (SMPS).

Las fuentes de alimentación de nivel industrial (CA-CC, CA-CA, CC-CA o CC-CC) sirven en sectores como las conversiones de energía eólica, los sistemas de fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) y los controladores de motor eléctrico, entre otros. Estas son muchísimo más potentes en comparación con las fuentes de alimentación de nivel de laboratorio, que pueden ofrecer máximo 30 V. Por el contrario, las fuentes de alimentación de nivel industrial suministran una potencia de 100 W en adelante. La eficiencia y el buen rendimiento son esenciales en los procesos de producción avanzados. Haga clic aquí para más información sobre las fuentes de alimentación industriales.

Para dichas aplicaciones de estas fuentes de alimentación son esenciales la protección contra sobretensiones, altas corrientes de entrada, sobrecorrientes, térmica y en bloqueo por subtensiones. Se emplea una técnica de control de limitación de corriente dinámica (DCL) para proteger las fuentes de alimentación ante fallos de sobrecorrientes particulares. Este artículo se centra en las fuentes de alimentación industriales con DCL integrada, sus ventajas y algunas aplicaciones.

Diagramas de bloques de una SMPS
Figura 1: Diagrama de bloques de una SMPS CA-CC unifásica

La tecnología DCL y sus ventajas

El concepto DCL se deriva de un circuito de limitación de corriente dinámica que define con precisión sus límites máximo y mínimo. El circuito garantiza el control conveniente de ambos límites de corriente. El límite de modulación de frecuencia de pulso (PFM) normal se corresponde con el límite de corriente mínimo, y el límite de modulación de ancho de pulso (PWM) se corresponde con el límite de corriente máximo. Tales implementaciones presentan múltiples ventajas, como límites de corriente pico sin fallos en modos de reposo sincronizado y dinámico. El límite de la corriente de reposo dinámica de un esquema diseñado cuidadosamente ofrece una excelente respuesta a cargas transitorias.

Las fuentes de alimentación especializadas deben funcionar con fiabilidad y eficiencia incluso en entornos industriales exigentes. Dicho rendimiento requiere reservas de potencia adecuadas, temperaturas extremas, protección óptima contra los transitorios de tensión y la vibración y larga durabilidad. Las fuentes de alimentación industriales con tecnología DCL integrada con su nivel de entrada de red resistente son inmunes a las influencias mecánicas. Un funcionamiento fiable se garantiza incluso en condiciones hostiles, como en instalaciones de energía eólica. La tecnología DCL garantiza reservas de pulsos elevadas a toda hora. El rango dinámico resultante se puede usar para accionarlos distribuidores o iniciar el arranque de motores potentes. Por ejemplo cerca de un 300% de reserva de potencia está disponible durante el par de arranque del motor durante aproximadamente 100 ms, y un 150%, durante cerca de 5 segundos. Hasta un 600% se puede usar durante 15 ms para el activado fiable de los disyuntores de línea.

Esta tecnología mejora el rendimiento de las aplicaciones de entrada elevada, como la activación de los disyuntores posteriores, y permite a la fuente de alimentación presionar una corriente de entrada alta durante un corto periodo o una corriente entrada media durante un periodo largo. Se pueden configurar parámetros de apagado o cortocircuitos continuos. El 2466920000 de la serie PROtop de Weidmuller es un ejemplo de una fuente de alimentación especializada eficiente y fiable, capaz de responder incluso en los entornos industriales exigentes. El producto cuenta con grandes reservas de potencia y durabilidad extendida. Ofrece protección óptima contra condiciones de temperaturas extremas, sobretensiones y vibración. Para más información sobre la gama de fuentes de alimentación industriales con DCL, haga clic aquí

Fuentes de alimentación CA/CC en carril DIN
Figura 2: 2466920000 serie PRO TOP1 de fuentes de alimentación en CA/CC de carril DIN de una salida, 960 W, 48 V, 20 A

Aplicaciones

Ahora mencionaremos algunas aplicaciones en las que se puede entender fácilmente el papel de las fuentes de alimentación con DCL.

Arrancadores de motor CC

La maquinaria de producción debe ser fiable durante situaciones desafiantes. Un buen ejemplo es cuando el motor CC se enciende para un proceso de control industrial estándar. El funcionamiento típico de un motor CC se caracteriza por altas corrientes de arranque o entrada, determinadas por la aplicación, que con frecuencia superan la carga nominal completa. La mayoría de las fuentes de alimentación CC no pueden ofrecer la potencia adicional para gestionar las corrientes de entrada. La solución estándar a dicho problema involucra el uso de una fuente de alimentación de gran tamaño para soportar tales corrientes de entrada, que ofrece protección fiable para sortear una caída en la tensión (cuando el motor arranca) en todas las otras cargas conectadas a la fuente de alimentación. Sin embargo, usar una fuente de alimentación sobredimensionada tiene sus problemas. Además del coste adicional, una fuente de alimentación muy grande aumenta el tamaño del área, lo que es un problema potencial en los armarios de paneles de control compactos.

Limitación de corriente dinámica
Figura 3: La limitación de corriente dinámica del PROtop activa un disyuntor posterior (la columna gris en el gráfico anterior), suministra corriente de entrada a los motores CC (la línea blanca en el gráfico anterior) y mantiene la tensión de las otras cargas.

Una solución alternativa a esta complicación es usar una fuente de alimentación CC similar a la PROtop con tecnología DCL incorporada, que garantiza una tensión de salida persistente incluso si la carga necesita seis veces la corriente nominal (por un tiempo corto), o 130% de la corriente nominal (continuamente) o cualquier valor dentro de esos límites. La fiabilidad de la máquina se garantiza mediante las reservas de pulsos elevadas que se requieren para arrancar el motor. La fuente de alimentación PROtop en el caso de las corrientes de entrada procesa reservas de energía elevadas, con límites en la potencia transmitida a la carga (el cuadrado de la corriente eléctrica x el tiempo) pero sin límite de tiempo. Esto significa que las diversas cargas o motores con curvas diferentes demandarán su corriente de entrada respectiva y la fuente de alimentación se ajustará de forma dinámica para responder a cada demanda.

La protección de circuitos durante los fallos por cortocircuitos

Otro problema que se debe solucionar son los cortocircuitos que se activan en las líneas CC. En caso de un cortocircuito en cualquier punto de la red de alimentación CC, los circuitos de protección desconectan toda la fuente de alimentación a la línea de fallo, salvando así el dispositivo conectado con las líneas protegidas. Sin embargo, para que tales circuitos de protección funcionen adecuadamente, es necesaria cierta potencia adicional por un periodo corto. La mayoría de las fuentes de alimentación no puede suministrar dicha reserva de potencia adicional. La solución tradicional era instalar una fuente de alimentación más grande. Sin embargo, cualquier fuente de alimentación sobredimensionada aumenta el área en el armario eléctrico y el coste total. Por el contrario, la tecnología DCL de una fuente de alimentación industrial PROtop mantiene una tensión de salida constante incluso si la carga necesita seis veces la corriente nominal (por un periodo breve), 130% de la corriente nominal continua o cualquier valor dentro de esos límites.

Durante un cortocircuito, la tecnología DCL puede apoyar el funcionamiento de la fuente de alimentación incluso si ese cortocircuito estropea el sistema de automatización. El límite de la fuente de alimentación describe la energía almacenada dentro de los condensadores y transformadores internos. La tecnología DCL permite a la fuente de alimentación PROtop usar toda la corriente disponible si una bifurcación CC requiere una corriente alta. Esta condición dura unos pocos milisegundos para dar suficiente tiempo y energía para proteger las responsabilidades funcionales de la línea dañada. La fuente de alimentación regresará a la corriente nominal si la línea no está protegida o se apagará según lo elija el usuario.

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