Le possibilità d’impiego dei DC/DC Converter sono molteplici. Come si può desumere dal loro nome, convertono le tensioni in modo da ottenere un adattamento dei diversi livelli: sulle linee di alimentazione estese aumentano la tensione, compensando così eventuali cadute di tensione dovute ai cavi utilizzati. Inoltre, questi dispositivi mantengono i circuiti isolati galvanicamente, proteggono le utenze sensibili disaccoppiandole ed evitano in tal modo che i carichi critici siano soggetti ad eventuali disturbi.
L’inserimento di un motore che necessita di un’elevata corrente di spunto provocherà, ad esempio, una breve mancanza di tensione, cosa che si verificherà ugualmente collegando carichi fortemente capacitivi. Tali disturbi temporanei rendono la ricerca del guasto spesso difficile e onerosa. I DC/DC Converter possono essere utilizzati anche in circuiti alimentati a batteria, qualora le utenze sensibili debbano essere alimentate con una tensione stabile a 24 V.
Regolazione continua della tensione di uscita
In applicazioni estese, come macchinari per la legatoria, laminatoi o impianti d’imbottigliamento, le singole stazioni sono solitamente molto distanti. Pertanto, l’alimentazione centralizzata delle utenze con tensione a 24 V richiede cavi di grossa sezione, mentre un dimensionamento non idoneo delle linee porta a cadute di tensione che potrebbero comportare un’anomalia dovuta al livello troppo basso della tensione di alimentazione. Tuttavia, cavi di grosse sezioni determinano un aumento dei costi d’installazione; di conseguenza i DC/DC Converter, fungendo da ripetitori, rappresentano una valida alternativa.
Nel dimensionamento delle linee, oltre al surriscaldamento dei cavi sarà necessario tener conto anche di altri elementi. La dissipazione di potenza sul lato in continua aumenta proporzionalmente con l’aumentare della corrente e della lunghezza della linea stessa. A titolo di esempio supponiamo un carico posizionato a una distanza di 30 metri, da alimentare a 10 A con un cavo in rame, di sezione 1,5 mm2. Con una tensione di uscita dell’alimentatore di 24 V DC, l’utenza disporrà di appena 17 V DC. Gli alimentatori Phoenix Contact consentono quindi di regolare la tensione di uscita: i dispositivi della linea Quint Power con 24 V DC di tensione di uscita nominale possono essere regolati con un range tra 18 e 29,5 V DC (Fig. 1). Nell’esempio appena citato, regolando la tensione di uscita a 29,5 V, l’utenza disporrà di 22 V DC.
Fig. 1 – Tre dispositivi con tensioni di ingresso di 12, 24 e 48 V coprono un range di tensione da 5 a 60 V DC
Compensazione di cadute di tensione di linea
In pratica, tuttavia, sono frequenti le cadute di tensione che non possono essere eliminate regolando la tensione di uscita. In tal caso, può essere utile ricorrere all’impiego di più alimentatori decentralizzati, che si trovano rispettivamente in prossimità del carico. In reti monofase a 230 V AC o trifase a 400 V AC, le cadute di tensione sui cavi sono trascurabili, dato il valore relativamente modesto della corrente.
Oggigiorno, l’architettura modulare di macchinari e impianti moderni consente, di testare autonomamente le singole unità funzionali e di comporle a seconda delle esigenze dell’utente. Anziché utilizzare una linea a 24 V, ad esempio, viene predisposta una rete di alimentazione trifase a 400 V e gli alimentatori forniscono la tensione continua a 24 V all’interno del quadro elettrico decentralizzato (Fig. 2), evitando in tal modo le cadute di tensione dovute a linee estese.
Fig. 2 – Le rilegatrici a colla dell’azienda produttrice di macchine per la legatoria Kolbus GmbH & Co. KG vengono alimentate con l’alimentatore trifase Quint Power 24V/40A, collocato in un quadro elettrico decentralizzato
Spesso è necessario predisporre il quadro elettrico dall’impianto, in un locale climatizzato. Altre applicazioni richiedono l’installazione dell’alimentatore a 24 V DC in un quadro elettrico centralizzato, in quanto la tensione alternata, non deve essere presente su parti di impianto facilmente accessibili. In questo caso, i DC/DC Converter aumentano la tensione alla fine delle linee estese sino a portarla al valore di 24 V DC. Se viene installato nei pressi del carico, il DC/DC Converter riesce a compensare completamente le eventuali cadute di tensione di linea.
Elevata affidabilità grazie al monitoraggio preventivo delle funzioni
La nuova gamma di DC/DC Converter della serie Quint lavora con tensioni di ingresso da 18 a 32 V DC, fornendo tensioni di uscita da 19 a 29,5 V DC, da 5 a 18 V DC o da 30 a 56 V DC. Per la prima volta, la tecnologia SFB (Selective Fuse Breaking Technology), già impiegata nella serie Quint Power, è disponibile anche per DC/DC Converter. Questa riserva di potenza dinamica permette di far intervenire l’interruttore magnetotermico in maniera affidabile nel giro di pochi millisecondi: per dodici millisecondi i dispositivi forniscono fino a 6 volte la corrente nominale.
Poiché i circuiti guasti vengono disattivati, il guasto viene circoscritto e i componenti più importanti dell’impianto rimangono in funzione. Grazie al continuo monitoraggio della tensione e della corrente di uscita, è possibile ottenere una diagnostica precisa e puntuale. Tale monitoraggio preventivo rileva gli stati di funzionamento critici e li segnala immediatamente al controllo prima che possano trasformarsi in vere e proprie anomalie dell’impianto. Con la riserva di potenza statica Power Boost vengono attivati in maniera affidabile anche con elevate correnti di spunto. L’attuale gamma Phoenix Contact comprende cinque DC/DC Converter della famiglia Quint con corrente nominale da 5 a 20 A (Fig. 3).
Fig. 3 – I nuovi DC/DC Converter della serie Quint forniscono tensioni di uscita nominali di 12, 24 e 48 V DC
I DC/DC Converter della linea Mini si contraddistinguono, oltre che per la custodia modulare per l’elettronica, per l’ingombro di soli 22,5 mm e forniscono correnti nominali di 0,7, 1 o 2 A (Fig. 4). Le tensioni di ingresso da 12 a 24 V o da 48 a 60 V vengono convertite, in uscita, in tensioni nominali da 12, 24 o 48 V. I morsetti estraibili Combicon garantiscono un collegamento rapido e di facile manutenzione.
Fig. 4 – I DC/DC Converter della serie Mini si contraddistinguono per le dimensioni contenute: 22,5 x 99 x 107 mm
Design robusto
Grazie al range di temperatura esteso da 25 a 70°C, tutti i DC/DC Converter si adattano ad applicazioni che richiedono grande resistenza alle alte temperature. Una resistenza agli urti fino a 30 g ai sensi della norma IEC 60068-2-27 nonché la resistenza alle vibrazioni fino a 2,4 g in base alla IEC 60068-2-6 confermano l’ineccepibile funzionalità dei dispositivi anche in condizioni di elevatissima sollecitazione meccanica.
Intervento affidabile degli interruttori magnetotermici
I trasformatori a bassa tensione, mettendo a disposizione l’elevata corrente necessaria, azionano gli interruttori magnetotermici nell’arco di pochi millisecondi. Tuttavia, negli ultimi anni essi sono stati gradualmente sostituiti da alimentatori switching, che offrono evidenti vantaggi (come la tensione di uscita regolabile o la maggiore efficienza) a cui gli utenti non intendono rinunciare. Fino ad oggi, comunque, i DC/DC Converter non erano in grado
di fornire un tale livello di corrente in caso di cortocircuito.
I DC/DC Converter della serie Quint Power di Phoenix Contact offrono ora tutti i vantaggi degli alimentatori switching insieme all’elevata corrente di cortocircuito del trasformatore e, grazie all’impiego della tecnologia SFB, consentono l’intervento degli interruttori magnetotermici. A tale scopo, il modulo 20 A mette a disposizione 120 A per dodici millisecondi, mentre gli altri carichi collegati vengono mantenuti in funzione senza l’ausilio di moduli UPS, nonostante il cortocircuito.