POWER MODULE V.2. Zasilacz napędów silników krokowych/serwo (DC/AC/BLDC) z układem soft start. copyright 2013 CS-Lab s.c.

POWER MODULE V.2 Zasilacz napędów silników krokowych/serwo (DC/AC/BLDC) z układem soft start copyright 2013 CS-Lab s.c.

Zawartość 1. Wstęp... 3 Oznaczenia używane w niniejszej instrukcji... 3 2. Cechy produktu... 4 PowerModule v2 100VDC... 4 PowerModule v2 150VDC... 4 PowerModule v2 200VDC... 4 3. Funkcje modułu zasilającego... 5 Soft-Start... 5 Przekaźnik HV... 5 Rozdzielacz zasilania 24V DC... 5 Rozdzielacz zasilania HV... 6 Bezpiecznik HV 10A... 6 Kondensatory filtrujące... 6 Przyłącze PE... 6 Układ rozładowywania kondensatorów... 6 4. Schemat połączenia... 7 5. Podłączenie... 8 Sposób podłączenia obwodu zasilania sterowników silników zasilanie HV.... 8 Podłączenie obwodu zasilania rozdzielacza 24V DC - zasilania logiki.... 8 6. Dobór transformatora o odpowiednim napięciu wyjściowym.... 9 PowerModule v2 do 100VDC... 9 Power Module v2 do 150VDC... 10 Power Module v2 do 200VDC... 10 7. Dobór transformatora o odpowiedniej mocy.... 11 8. Dobór mostka prostowniczego... 12 CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 2

1. Wstęp W obwodach zasilania sterowników silników często konieczne jest zastosowanie zasilacza DC. Ponieważ sterowniki nie powinny być zasilane z układów impulsowych, należy stosować zasilacze liniowe z odpowiednimi filtrami zapewniającymi dostarczenie do układu odpowiedniego napięcia stałego. Zastosowanie kondensatorów o dużej pojemności znacząco zmniejsza tętnienia powstające na linii zasilania, co wpływa na żywotność układu. Prezentowany moduł zasilacza Power Module v2 jest wyposażony w szereg funkcji, które zapewniają bezpieczną i stabilną pracę sterowników silników, funkcje opisano w punkcie nr 3. Power Module v2 jest tylko i wyłącznie modułem zasilającym i wymaga zastosowania zewnętrznego transformatora sieciowego i mostka prostowniczego. Dobór transformatora i mostka prostowniczego opisano w punktach nr 6, 7 i 8. Moduł zasilający został także wyposażony w rozdzielacz zasilania logiki 24V. W przypadku, gdy decydujemy się na jego użycie, musimy pamiętać o podłączeniu do rozdzielacza odpowiednio dobranego zasilacza 24V DC. Oznaczenia używane w niniejszej instrukcji Oznacza potencjalne niebezpieczeństwo, ryzyko odniesienia obrażeń ciała. Oznacza użyteczną informację, wskazówkę. Oznacza ostrzeżenie, niezastosowanie się może prowadzić do niewłaściwego funkcjonowania, bądź uszkodzenia urządzenia. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 3

2. Cechy produktu Power Module v2 występuje w trzech wersjach napięcia wyjściowego: do 100VDC, 150VDC, 200VDC. Podział ten wynika z zastosowania kondensatorów. Przekroczenie tego napięcia może doprowadzić do uszkodzenia kondensatorów. Poniższa tabela przedstawia parametry pracy wszystkich wersji modułu zasilającego. WARTOŚĆ PARAMETRY PowerModule v2 100VDC PowerModule v2 150VDC PowerModule v2 200VDC UACTR 60VAC 90VAC 120VAC UHVREC 85VDC 127.5VDC 170VDC UHVMAX 100VDC 150VDC 200VDC Prąd wyjściowy ciągły 10A 6,6A 5A Prąd wyjściowy szczytowy 20A 13,2A 10A Moc ciągła 1000VA Moc szczytowa 2000VA Temperatura pracy 0oC do +60oC Wilgotność względna 10% do 95% (bez zjawiska skraplania) Waga 0,55kg Wymiary Wysokość 90mm Szerokość 125mm Długość 162mm UACTR Napięcie wyjściowe (przemienne) transformatora - napięcie uzwojenia wtórnego UHVREC Zalecane napięcie wyjściowe (stałe) modułu zasilającego UHV MAX Maksymalne napięcie (stałe) wyjściowe modułu zasilającego CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 4

3. Funkcje modułu zasilającego Moduł zasilający zastał wyposażony w klika funkcji, które są potrzebne do bezpiecznego użytkowania i prawidłowej pracy sterowników silników, są to: Soft-Start Jest to układ zapewniający miękkie załączanie transformatora sieciowego, dzięki czemu nie dochodzi do wytworzenia się w obwodzie zasilania sieciowego udaru prądowego. Chroni nas to przed wyłączeniem lub przepaleniem się bezpiecznika sieciowego. Układ Soft-Startu zamontowany w module zasilającym jest przeznaczony do załączania transformatorów o mocy nieprzekraczającej 1000VA! Układ Soft-Startu jest w pełni automatyczny i nie wymaga sterowania. Przekaźnik HV Przekaźnik ten załącza lub rozłącza zasilanie sieciowe 230V AC. Dzięki niemu, w razie potrzeby, w dowolnej chwili program sterujący maszyną (np. Mach3 lub Mach4) może załączyć lub odłączyć zasilanie sterowników silników. Wyprowadzenia sterujące przekaźnikiem HV umieszczono na zielonej listwie zaciskowej i opisano je, jako REL+ i REL-. W przypadku współpracy Power Module v2 z kontrolerem CSMIO/IP firmy CS-LAB, do sterowania przekaźnika HV można użyć sygnału HV Enable output, którego konfiguracja jest dostępna w plugin (patrz schemat). Funkcja ta jest realizowana sprzętowo przez kontroler CSMIO/IP i w razie wystąpienia stanu alarmowego w ciągu 1ms zostaje wyłączony przekaźnik HV tym samym odcinając zasilanie sterowników silników. Rozdzielacz zasilania 24V DC Pozostałe wyprowadzenia zielonej listwy zaciskowej zostały wykorzystane dla rozdzielacza zasilania logiki 24V DC. Rozdzielacz wyposażono w wielokrotnego użytku niewymienny bezpiecznik polimerowy o wartości zadziałania 2A. Wyprowadzenie oznaczone jako VCC jest wejściem zasilania 24V DC, a z kolei wyprowadzenia oznaczone jako +24V są wyjściami zasilania 24V DC (patrz rysunek). Należy pamiętać, że łączne obciążenie wszystkich wyprowadzeń powinno być nie większe niż 2A (ze względu na użyty bezpiecznik). CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 5

Rozdzielacz zasilania HV Dla bezpieczeństwa, estetyki, a przed wszystkim dla łatwego montażu moduł zasilający został wyposażony w rozdzielacz zasilania HV. Rozdzielacz ten posiada osobne przyłącza dla czterech sterowników silników, wyprowadzenia rozdzielacza zostały opisane jako +UH i GNDH. Bezpiecznik HV 10A Jest to bezpiecznik topikowy o wartości 10A, który ma za zadanie odciąć zasilanie sterowników silników w razie przeciążenia modułu zasilającego lub wystąpienia zwarcia w obwodzie zasilania sterowników silników. Kondensatory filtrujące Moduł zasilający został wyposażony w cztery kondensory dużej pojemności, które mają za zadanie zmniejszyć tętnienia napięcia zasilającego sterowniki silników. Kondensatory te dodatkowo zajmują się magazynowaniem energii odzyskanej podczas hamowania silników. Przyłącze PE Przyłącze to zostało wykorzystane do odprowadzenia zakłóceń z obwodu zasilania sterowników silników i obwodu zasilania logiki 24V DC. Układ rozładowywania kondensatorów Kondensatory dużej pojemności które zastosowane w Power Module v2 mogą magazynować znaczne ilości energię elektryczną przez bardzo długi czas. Stwarza to zagrożenie porażenia lub zwarcia podczas czynności serwisowych. Aby do tego nie doszło Power Module v2 wyposażono w układ rozładowywania kondensatorów, który załącza się po zaniku sygnału sterującego na zaciskach REL+ i REL-. Power Module v2 ma jeszcze jedną funkcje, otóż stosowanie wspólnego zasilacza dla wielu sterowników silników pozwala odzyskać znaczne ilość energii elektrycznej a także powoduje mniejsze obciążenie zasilacza. Dzieje się tak, dlatego że serwosilnik, który hamuje działa jak prądnica elektryczna. Energia elektryczna wytwarzana podczas hamowania jest natychmiastowo wykorzystywana przez inne serwosilniki. Energia elektryczna, która nie zostanie zużyta od razu jest magazynowana w kondensatorach i zużywana później. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 6

4. Schemat połączenia Przykładowy schemat podłączenia modułu zasilającego z wykorzystaniem wbudowanego rozdzielacza zasilania logiki 24VDC UWAGA! W przypadku, gdy nie dysponujemy napięciem jednofazowym 230VAC i chcemy użyć dwóch faz 120VAC - jedną z faz podłączamy do zacisku N a drugą fazę do zacisku L. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 7

5. Podłączenie Podłączenie modułu zasilającego ogranicza się do kliku prostych czynności, lecz podczas ich wykonywania nie może dojść do pomyłki oraz musimy pamiętać, aby nie wykonywać prac pod napięciem i zachować szczególną ostrożność podczas pierwszego uruchomienia. Sposób podłączenia obwodu zasilania sterowników silników zasilanie HV. 1) Napięcie zasilania 230V AC podłącz do zacisków N (0V neutralny) i L (230V AC faza). W przypadku, gdy nie dysponujemy napięciem jednofazowym 230VAC i chcemy użyć dwóch faz 120VAC - jedną z faz podłączamy do zacisku N a drugą fazę do zacisku L. 2) Przewód ochronny podłącz do zacisku PE 3) Uzwojenie pierwotne transformatora sieciowego podłączyć do zacisków N (0V neutralny ) i S (230V AC faza ) przyłącza TR1. 4) Uzwojenia wtórne transformatora sieciowego podłączyć przez mostek prostowniczy do zacisków + (biegun dodatni) i - (biegun ujemny) przyłącza INPUT. Zwróć uwagę na właściwą polaryzację! 5) Sterowniki silników należy podłączyć do zacisków +UH (biegun dodatni) i GNDH (biegun ujemny). 6) Konieczne jest również zasilanie przekaźnika HV (zaciski REL+ i REL- ). Przekaźnik ten powinien być sterowany obwodem bezpieczeństwa systemu sterowania lub specjalnie do tego celu przeznaczonym sygnałem, w przypadku kontrolerów CSMIO/IP jest to sygnał HV Enable output. Podłączenie obwodu zasilania rozdzielacza 24V DC - zasilania logiki. 1) Zasilacz 24V DC podłączyć do zacisku VCC (biegun dodatni) i GND (biegun ujemny). 2) Urządzenia, które wymagają zasilania 24V DC podłączyć kolejno do zacisku +24V (biegun dodatni) i GND (biegun ujemny). Przed pierwszym uruchomieniem Power Module v2! Przy podłączaniu zwróć uwagę na zastosowany przekrój przewodów połączeniowych. Pamiętaj o zapewnieniu wystarczającego chłodzenia mostka prostowniczego. Zaciski REL+, REL-, GND, VCC i +24V są odseparowany od reszty zacisków Power Module v2 CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 8

6. Dobór transformatora o odpowiednim napięciu wyjściowym. Moduł zasilacza występuje w trzech wersjach napięcia wyjściowego (UHVMAX) do 100VDC, 150VDC i 200VDC. Podane napięcia są napięciami maksymalnymi, których absolutnie nie wolno przekraczać, ze względu na możliwość uszkodzenia kondensatorów filtrujących. Aby nie przekroczyć maksymalnego napięcia wyjściowego modułu zasilającego (UHVMAX) musimy dobrać transformator o odpowiednim napięciu wyjściowym (UAC TR), w tym celu musimy poznać dwie podstawowe zasady: A. Silniki podczas hamowania mogą doprowadzić do wzrostu napięcia, dlatego zalecane się aby napięcie wyjściowe modułu zasilającego (UHVREC ) było niższe co najmniej o 15% od jego maksymalnego napięcie wyjściowego (UHVMAX). UHVMAX 15% = UHVREC B. Napięcie zmienne po wyprostowaniu i odfiltrowaniu podnosi swoją wartość o iloczyn 2. Stosując odwrotność tego działania uzyskujemy następujący wzór. UHVREC / 2 = UACTR Posługując się powyższymi wzorami możemy bez problemu obliczyć napięcie wyjściowe transformatora dla każdego z trzech wersji modułu zasilającego: PowerModule v2 do 100VDC UHVREC = 100VDC 100VDC 15% = 85VDC (UHVREC ) 85VDC / 2 = 60VAC (UACTR ) Na podstawie powyższych obliczeń dowiadujemy się że musimy zastosować transformator o napięciu wyjściowym nie większym niż 60VAC, pozwoli nam to uzyskać na wyjściu modułu zasilającym napięcie 85VDC. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 9

Power Module v2 do 150VDC UHVMAX = 150VDC 150VDC 15% = 127.5VDC (UHVREC ) 127.5VDC / 2 = 90VAC (UACTR ) Na podstawie powyższych obliczeń dowiadujemy się że musimy zastosować transformator o napięciu wyjściowym nie większym niż napięcie 127.5VDC. 90VAC, pozwoli nam to uzyskać na wyjściu modułu zasilającym Power Module v2 do 200VDC UHVMAX = 200VDC 200VDC 15% = 170VDC (UHVREC ) 170VDC / 2 = 120VAC (UACTR ) Na podstawie powyższych obliczeń dowiadujemy się że musimy zastosować transformator o napięciu wyjściowym nie większym niż 120VAC, pozwoli nam to uzyskać na wyjściu modułu zasilającym napięcie 170VDC. UACTR Napięcie (przemienne) wyjściowe transformatora napięcie uzwojenia wtórnego. UHVREC Zalecane napięcie (stałe) wyjściowe modułu zasilającego. UHVMAX Maksymalne napięcie (stałe) wyjściowe modułu zasilającego. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 10

7. Dobór transformatora o odpowiedniej mocy. Mogło by się wydawać że wyznaczenie mocy znamionowej transformatora zasilającego polega na zsumowaniu łącznej mocy nominalnej wszystkich serwonapędów. Okazało by się wtedy, że jest nam potrzebny transformator o bardzo dużej mocy. W rzeczywistość transformator, który zapewni poprawną pracę sterowników silników nie musi dysponować tak dużą mocą znamionową. Należy uświadomić sobie, że praktycznie nie występuje sytuacja, w której w danej chwili wszystkie serwonapędy pracują z pełną mocą. Gdyby jednak doszło do sytuacji, w której moc pobierana przez serwonapędy byłaby większa od znamionowej mocy transformatora, to w tym momencie należy pamiętać, że transformatory bardzo dobrze znoszą przeciążenia, a Power Module v2 został wyposażony w dużej pojemności kondensatory, które w razie potrzeby mogą uwolnić duży zapas energii. Przyjmuje się że transformator może posiadać moc znamionową około trzykrotnie niższą niż łączna moc nominalna wszystkich serwonapędów. Z naszej praktyki wynika, że transformato o mocy znamionowej 700-800W jest w pełni wystarczający dla 3 serwonapędów 750W lub 4 serwonapędów 400W. Jest możliwe użycie transformatora o większej mocy znamionowej, lecz należy pamiętać, aby ta moc nie przekraczała 1000VA. Ograniczenie to wynika z maksymalnej mocy ciągłej,jaką jest w stanie oddać moduł zasilający i mocy znamionowe transformatora jaką jest w stanie załączyć układ Soft-Start. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 11

8. Dobór mostka prostowniczego Wybrany przez nas mostek prostowniczy powinien spełniać praktycznie tylko dwa kryteria: powinien posiadać obudowę, którą umożliwia łatwe oddanie ciepła i przykręcenie do płyty montażowej. powinien być dobrany z dużym zapasem mocy tak aby wytrzymał częste przeciążenia układu zasilania. Mostkiem prostowniczym, który zawsze używamy wraz z Power Module v2 jest bardzo popularny model KBPC2510. W przypadku gdyby nie był osiągalny należy dobrać mostek o podobnych parametrach. Parametry techniczne: - Napięcie wsteczne maksymalne: 1000V - Prąd znamionowy: 25A - Maksymalny prąd w impulsie: 400A - Obudowa: MB-25 WYSOKIE NAPIĘCIE! Po podłączeniu zasilania wejściowego AC w układzie zasilania występuje wysokie napięcie. Instalacja, rozruch i konserwacja powinny być wykonane wyłącznie przez wykwalifikowany personel. Prowadzenie instalacji, rozruchu i konserwacji przez inne osoby grozi śmiercią lub poważnymi obrażeniami. OSTRZEŻENIE! Zasilacz zawiera kondensatory dużej pojemności, które pozostają naładowane po odłączeniu zasilania AC nawet przez 5 minut. CS- Lab s.c. Power Module v2 Strona 12