L'utilizzo dei moduli buffer è una soluzione per aumentare il tempo di attività del sistema. Molteplici sono le cause e gli effetti delle interruzioni della tensione di ingresso, ma anche le soluzioni a un problema sempre attuale.
Brevi interruzioni o cadute della tensione di ingresso CA, anche se rare, possono causare l'interruzione temporanea della produzione di un impianto di produzione industriale, con un impatto importante sulla redditività. Sebbene alcuni macchinari possano tollerare una perdita di potenza a causa della loro inerzia meccanica, spesso si affidano a controlli e programmazioni digitali. Un'interruzione di un decimo di secondo (100 millisecondi) può causare il riavvio di un computer di bordo, che può durare diversi minuti e, persino, richiedere un intervento manuale per riprendere il funzionamento per motivi di sicurezza. Ad esempio, un braccio robotico non vorrebbe essere lasciato in uno stato o in una posizione indesiderata.
Le cause più comuni di interruzione dell'alimentazione sono i fulmini sulle linee elettriche ad alta tensione, le tempeste di neve, la caduta o lo spostamento di rami di alberi durante i forti venti o persino interventi da parte di animali. Nelle aree rurali, il rischio è più elevato poiché è più probabile che le linee elettriche siano situate in superficie e quindi più vulnerabili.
Gli alimentatori CA-CC forniscono le tensioni e le correnti regolate necessarie al funzionamento delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. Possono resistere a un'interruzione di corrente alternata solo per alcuni millesimi di secondo (millisecondi) prima che la tensione di uscita scenda a zero.
Prevenzione dell'arresto delle apparecchiature
I generatori di riserva sono adatti a interruzioni di corrente a lungo termine, che possono durare diverse ore o, addirittura, giorni interi. Tuttavia, questi richiedono diversi minuti per entrare in funzione.
I sistemi informatici sono spesso supportati da una fonte di alimentazione ininterrotta (UPS). Per immagazzinare l'energia di riserva, i gruppi di continuità utilizzano batterie che richiedono una manutenzione periodica preventiva e la sostituzione occasionale delle batterie. Poiché funzionano senza interruzione, consumano più energia, costano di più e rappresentano un costo considerevole per l’intero sistema.
La maggior parte delle interruzioni e dei cali di tensione nell'alimentazione CA si verificano per meno di 0,5 secondi (500 ms). Poiché un alimentatore CA-CC standard può fornire solo un tempo di mantenimento di 50 ms, se non è completamente carico, è necessario un accumulo di energia aggiuntivo.
Moduli buffer
Come suggerisce il nome, un modulo buffer permette al carico di non subire eventuali brevi interruzioni della sorgente CA. Il carico può essere una scheda di controllo di processo digitale, un relè, dei contattori o dei motori. L'energia viene immagazzinata all'interno del modulo in condensatori elettrolitici, come quelli presenti all'interno di un alimentatore CA-CC. I moduli buffer con montaggio su guida DIN sono i più diffusi (Figura 1), ma sono disponibili anche unità a telaio aperto con scheda a circuito stampato (PCB).
Il modulo buffer è collegato all'uscita dell'alimentatore, come illustrato nella Figura 2.
Se l'alimentazione CA viene interrotta per breve tempo, l'uscita dell'alimentatore CA-CC inizia a diminuire a causa dell'esaurimento dell'energia interna. A quel punto, il modulo buffer fornisce l'alimentazione al carico. Al ritorno della corrente alternata, una quantità controllata di corrente passa dall'alimentatore CA-CC al modulo per ricaricarlo.
Il diagramma di temporizzazione della Figura 3 mostra l'impatto di una perdita di corrente alternata senza modulo tampone, dove il tempo T è il tempo di attesa dell'alimentatore (in genere da 20 a 50 ms).
Quando un modulo buffer è collegato all'uscita dell'alimentatore (Figura 4), la tensione è sempre presente sul carico durante l'interruzione della corrente alternata. Durante "T", l'alimentatore fornisce l'alimentazione al carico e durante "Tb", il modulo buffer fornisce l'alimentazione fino al ripristino della corrente alternata.
In caso di perdita prolungata della corrente alternata, il modulo buffer può essere utilizzato per alimentare il carico per un periodo di tempo più lungo, consentendo all'apparecchiatura di spegnersi in modo sicuro o di memorizzare informazioni di processo vitali per un riavvio più rapido al ripristino della corrente alternata (Figura 5).
Il tempo (Tb) è indicato nella scheda tecnica del modulo buffer del produttore a un determinato livello di potenza. Ad esempio, il modulo TDK-Lambda DBM20 da 20 A fornisce 250 ms in più a un livello di potenza di 448 W. Quando si opera a livelli di potenza/corrente inferiori, l'hold-up aumenta, vedi Figura 6.
Per una corrente di carico di 5 A, il tempo di buffer (Tb) sarà di circa 1 secondo. Una corrente di carico di 2,5 A fornirà un hold-up di 2 secondi. I moduli buffer possono essere collegati in parallelo per estendere ulteriormente il tempo di hold-up. Le curve indicate come "tipiche" includono la tolleranza dei condensatori elettrolitici.
Poiché il modulo buffer funziona indipendentemente dall'alimentazione e dall'apparecchiatura finale, può essere aggiunto dopo l'installazione. Non è necessario alcun cablaggio CA e non vengono utilizzate batterie che richiedono manutenzione o sostituzione. Se una particolare posizione della macchina risulta essere più soggetta a brevi interruzioni di corrente alternata, è possibile un retrofit sul campo, a condizione che vi sia spazio sufficiente sulla guida DIN per il montaggio.
Figura 1 – Modulo buffer TDK-Lambda DBM20 per montaggio su guida DIN
Figura 2 – Collegamento del modulo buffer
Figura 3 – Nessun modulo buffer sull'uscita dell'alimentatore
Figura 4 – Modulo buffer sull'uscita dell'alimentatore
Figura 5 – Alimentazione del carico per un tempo prolungato
Figura 6 – Tempo di buffering del DBM20 rispetto alla corrente di carico
