Запись создана MEAN WELL в Системы питания «3+N» ·
500 просмотров
Как совместить в одной системе питания мощность и управляемость, вариативность конфигураций и заводскую надежность работы всех компонентов? Можно долго искать среди множества предложений на рынке «ту самую», но я бы посоветовал сэкономить время и средства, а вместо поисков собрать подходящую блочно-модульную систему.
В качестве одного из вариантов такой сборки давайте рассмотрим во второй части концепцию промышленного электропитания высокой мощности «3+N» от компании MEAN WELL, которая позволяет легко создать нужную именно вам систему, при необходимости заменять ее составляющие и управлять с помощью цифровых технологий, на примере конфигурируемых блоков питания, ИП с высоковольтным выходом, систем повторного использования энергии и модулей управления питанием.
Концепция 3+N
В первой части я уже рассказывал подробно, но здесь напомню, на чем основана концепция промышленного электропитания высокой мощности «3+N», которая была разработана компанией MEAN WELL. Концепция «3+N» представляет собой интегрированный подход к проектированию, производству и эксплуатации источников питания. Суть концепции - сочетание основных типов источников питания (AC/DC, DC/DC и LED-драйверов) и дополнительных продуктов, которые можно сочетать с основными для создания комплексных решений различного назначения. Такой подход позволяет выбрать именно ту конфигурацию, которая необходима в вашем конкретном случае и быть уверенными в качестве и надежности предлагаемого решения.
Как видно по названию концепции, это системное решение предполагает использование трех базовых компонентов, а литера N обозначает неограниченное число возможностей сочетания другого оборудования для получения необходимого нам результата.
Преимуществами такой концепции являются:
- гибкость и универсальность, позволяющие подобрать оптимальное решение;
- экономия времени и ресурсов;
- повышение эффективности работы всего устройства за счет интеграции различных продуктов в единое целое.
Монтируется система питания на основе концепции «3+N» с использованием рэк-стойки. В России это монтажное приспособление часто называют телекоммуникационным шкафом, поскольку изначально такой вид размещения устройств использовался в сфере телекоммуникаций и телефонии, но с массовым появлением серверного оборудования он стал более популярным в IT-сфере. Главными плюсами рэковых стоек являются их надежность и безопасность размещения устройств как для постоянного использования, так и для хранения. Возможным минусом можно назвать необходимость соблюдать габариты стойки, однако именно это призван отменить первый компонент концепции «3+N» － Rack System. Это принцип создания линеек продукции разного назначения, габариты которых подходят под рэк-стойку шириной в 19 дюймов (стандартизированный размер) и по сути являются рэковыми контейнерами («Rack shelf») высотой в 1,75 дюйма, или один юнит (U － универсальный размер для всех производителей такого оборудования), либо размера, кратного этой величине. Рэковые контейнеры могут занимать несколько установочных мест (как правило, до 5): в них не только крепят оборудование, но и объединяют в единую систему, подключая в параллель выходы всех установленных в него модулей.
Второй постоянный компонент концепции － Modular Power. Это блок питания, состоящий из нескольких встраиваемых модулей. С помощью различных модулей можно создать блок питания с нужным количеством выходов, различными значениями напряжения и функционалом. При этом компания MEAN WELL предлагает весьма широкий ассортимент встраиваемых модулей унифицированных размеров, что позволяет собрать в блок источники питания конкретных параметров, в том числе с несколькими выходами на разные номиналы напряжения.
Третья составляются концепции － System Power, то есть система управления питанием с использованием модуля управления (также унифицированного по высоте в юнитах), который объединяет систему общим интерфейсом.
Рис. 1. Концепция 3+N от MEAN WELL
Описанные мной три основных компонента концепции «3+N» (заключенных на рис. 1 в белую рамку) способны создать единую систему с дополнительным оборудованием, исходя из конкретных задач и условий. Например, с контроллерами цифровых интерфейсов, причем тоже совершенно разных. Так, при создании мощной системы электропитания для промышленной отрасли можно использовать интерфейсы PMBus и CANbus, поддерживаемые модулем управления CMU2, для питания напряжения системы освещения – интерфейс DALI, для умного дома – KNX и так далее.
Кстати, вы обратили внимание, что, презентуя концепцию по созданию уникальной, то есть нужной в конкретном нестандартном случае конфигурации, мы снова начали обращаться к базе стандартного промышленного оборудования? Именно в этом и смысл концепции «3+N»: создавать нестандартную систему питания на базе стандартных функциональных модулей с помощью стандартной 19-дюймовой рэк-стройки.
По сути, это мультивариативный «конструктор Лего» для сферы энергопитания, из которого можно реализовать любую сборку под требования заказчика. Поэтому давайте остановимся лишь на самых популярных комплектующих, используемых при реализации концепции «3+N», и рассмотрим частые конфигурации из них.
Для примера различных схем сборки из предлагаемого компанией широкого ассортимента «строительных кирпичиков» MEAN WELL во второй части мы с вами рассмотрим:
- конфигурируемые ИП NMP650 и NMP1K2;
- высоковольтные источники питания серий RST-7K5, RSP-15K и SHP-10K;
- ИП для систем повторного использования энергии серий ERG-5000 и BIC-2200;
- модули управления питанием CMU2.
Блоки питания с функцией замены модулей
Итак, что же собой представляет компонент концепции «3+N» Rack System? Это рэковый контейнер, в который можно вставить и собрать в единую систему несколько модулей ИП. Для примера возьмем модели серии RCP-1600 производства компании MEAN WELL (их внешний вид представлен на рис. 2), а в качестве контейнера для создания единого блока используем RHP-1U.
Рис. 2. Модуль источника питания серии RCP-1600
Как видим, это действительно «кирпичик», не имеющий ничего лишнего, однако оборудованный всем необходимым для включения в систему.
Во фронтальной стороне модуля расположен выходной разъем. На обратной – светодиодный индикатор и вентиляционные отверстия, за которыми встроены два вентилятора, чтобы принудительного охлаждать элементы модуля. Для удобства монтажа каждый модуль оснащен рукояткой, с помощью которой его можно легко разместить в контейнере и так же извлечь. Кстати, рукоятка одновременно выполняет и функцию замка для надежного крепления в блоке.
Каждый подобный «кирпичик» – модуль источника питания серии RCP-1600 – имеет мощность в 1 600 Вт и может иметь один из трех номиналов выходного напряжения: 12, 24 и 48 В.
Рис. 3. Контейнер RHP-1U с модулями серии RCP-1600
Перейдем к изучению самого контейнера RHP-1U с модулями RCP-1600. То, как выглядит конечная сборка системы, показано на рис. 3.
В контейнере типа RHP-1U можно разместить до пяти модулей серии RCP-1600 одного номинала, суммировав их выходы, то есть общая мощность блока RHP-1U с модулями RCP-1600 может составлять до 8 000 Вт. В параллельное соединение можно объединить до трех контейнеров типа RHP-1U, получив таким образом систему электропитания мощностью до 24 000 Вт и номиналами выходного напряжения в 12, 24 или 48 В.
Однако тут есть важный нюанс: при таких мощностях все-таки сложно добиться идеального равенства токов в выходных цепях модулей, поскольку разброс параметров компонентов системы неизбежен. Поэтому эксперты MEAN WELL рекомендуют установить ограничение максимального выходного тока примерно на уровне 90% от предельно возможного.
Также производитель настоятельно рекомендует максимально точно задавать выходное напряжение каждого из модулей перед установкой в единую систему: различаться напряжение должно не более чем на 0,2 В. Этот параметр несложно отрегулировать с помощью встроенного переменного сопротивления.
Для безопасности использования комбинации модулей большой мощности предусмотрено подключение каждого из них к источнику питания по отдельной линии, что позволяет установить на их первичных сторонах индивидуальные средства защиты, например, устройства защитного отключения (УЗО). Выходные шины выводятся на две пары винтовых клемм параллельного соединения.
Рис. 4. Задняя панель контейнера типа RHP-1U: вверху － вариант подключения клеммными колодками, внизу － стандартный разъем
Отдельно и подробно стоит остановиться на строении задней панели контейнера типа RHP-1U, где размещены все клеммные колодки и разъемы внешнего подключения системы. Как мы помним, контейнер с модулями является одним из блоков основной системы с произвольной конструкцией, поэтому имеет все необходимые способы подключения к нагрузке, к блоку управления и к сети электропитания. Причем контейнер типа RHP-1U можно присоединять к питающей сети как с помощью соединителя в виде клеммной колодки, так и посредством типового разъема, поскольку есть два варианта таких контейнеров, различающихся только этим параметром (оба показаны на рис. 4).
Также на заднюю панель выведены индикаторы состояния и управления модулями блока. В системе цифрового управления (стандарт PMBus) все модули соединены через восьмиконтактные разъемы RJ45 (на рисунке 4 они обозначены как JK1). Этот интерфейс позволяет в реальном времени контролировать состояние и рабочие параметры каждого модуля: выходные напряжение и ток, а также внутреннюю температуру. При активации режима управления можно задать такие выходные параметры, как напряжение и максимальная сила тока.
А еще интерфейс служит для передачи аварийных сигналов при возникновении проблем. Для обращения к конкретному модулю используется его уникальный адрес, который настраивается с помощью 4-позиционных переключателей DIP (на рис. 4 они обозначены как «ADDRESS SWITCH»). Состояние каждого модуля также можно оценить по его встроенному индикатору. Если он горит зеленым, то все в порядке, а если мигает красным, то внутренняя температура модуля достигла 60⁰C, однако устройство продолжает работать без активации защиты от перегрева. Если же индикатор горит красным без мигания, то это говорит о серьезной проблеме: перегрузке, перегреве или поломке вентилятора.
Кроме этого, на заднюю стенку контейнера выводятся индикаторы каждого модуля, сообщающие о статусе его состояния: «АС-ОК» указывает на предельно допустимый уровень напряжения на входе, «DC-OК» – на выходе, а «T-ALARM» сообщает о превышении предельно допустимого значения температуры или же о неполадках встроенного вентилятора.
Для внешнего управления модулями на разъем CN1 выведены входы, позволяющие дистанционно включать или отключать конкретные модули – «ON/OFF». Чтобы включить модуль, нужно подать на вход «ON/OFF» напряжение полярности «+» величиной 5 В. Таким образом можно создавать конфигурацию включения каждого отдельного модуля или группы с помощью внешней коммутации.
Также есть запасная возможность отрегулировать входные параметры системы: «PV» позволяет регулировать напряжение, «PС» – силу тока. Это аналоговое управление, которое может быть задействовано в случае, если режим цифрового интерфейса по какой-то причине не работает.
Чтобы управлять уровнем выходного напряжения системы модулей, размещенной в контейнере, предусмотрен внешний источник напряжения до 5 В с возможностью регулировки. Он подключается положительным полюсом к контакту «PV», а отрицательным – к «-V signal». Регулировка осуществляется в ограниченных пределах. Влияние управляющего напряжения на работу модулей серии RCP-1600 представлено на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость выходного напряжения системы модулей серии RCP-1600 от управляющего напряжения на входе «PV»
В соответствии с этой же зависимостью происходит и регулировка максимума тока на выходе. При его превышении включается автоматика перехода в режим стабилизации. Такая регулировка возможна в диапазоне 20…110% от указанного в технической документации значения тока на выходе при максимуме мощности.
Регулируется уровень выходного тока также внешним напряжением: источник напряжения до 5 В с возможностью регулировки размещается положительным полюсом к контакту «PC», а отрицательным – к «-V signal». График зависимости максимального значения силы тока системы на выходе от управляющего напряжение на «РС» указан на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость показателей тока модулей RCP-1600 от управляющего напряжения на выходе
Теперь снова вернемся к рис. 4 и найдем на изображении задней панели контейнера разъем СN2. К нему идут две пары контактов: пара S подключается непосредственно к нагрузке, а пара V дублирует шины на выходе источника питания. По умолчанию пара S замыкается на паре V. Такое подключение уместно, если потери на проводах ничтожны и ими можно пренебречь, например, когда расстояние от источника питания до нагрузки небольшое.
Однако в обратной ситуации, когда приходится использовать провода большой длины, в случае больших токов возникают весьма ощутимые резистивные потери. Предотвратить это можно, замкнув пару S непосредственно к нагрузке и тем самым увеличив напряжение на выходе источника. Оба варианта подключения изображены на рис. 7.
Рис. 7. Подключение пары S и V разъема CN2 в случае необходимости компенсации резистивных потерь (верхняя схема) и по умолчанию (нижняя схема)
Для удобства потребителей и в тон концепции «3+N» компания MEAN WELL предоставляет для заказа как готовую систему из контейнера RHP-1U и пяти модулей RCP-1600 с напряжением в 12, 24 или 48 В, так и наборы отдельных компонентов.
Навигацией в выборе модулей и контейнеров, подходящих под конкретную задачу, служит индексация в наименованиях. Так, структура наименования модуля серии RCP-1600 (рис. 8) состоит из названия серии (RCP), выходной мощности (1600) и выходного напряжения (24).
Рис. 8. Структура наименования модуля серии RCP-1600
Аналогичным образом индексируется и рэковый контейнер типа RHP-1U, где RHP является серийным наименованием, а 1U - это высота контейнера (рис. 9).
Также в названии может быть указан вариант подключения к сети. На возможность подключения контейнера к сети питания с помощью клеммной колодки указывает литера «Т» (Terminal block), а если вам нужен рэк-контейнер со стандартным разъемом, то вместо этого в названии будет литера «I».
Рис. 9. Структура наименования контейнера типа RHP-1U
Также сложным лишь на первый взгляд является и наименование самой системы в сборке из контейнера и модулей: первым индексом идет серия контейнера, потом － суммарная мощность (на рис. 10 она составляет 1 600 х 5 = 8 000 Вт), следующая литера обозначает способ подключения к сети (как и в случае с отдельно поставляемым рэковым контейнером типа RHP-1U), а последняя цифра － выходное напряжение.
Рис. 10. Структура названия сборки системы питания на базе контейнера RHP-1U и пяти модулей RCP-1600
Вы обратили внимание, что на рисунках в каждом из трех случаев в наименовании есть незаполненное поле, обозначенное пустым квадратом? Оно будет заполнено в том случае, если цифровой интерфейс будет отличаться от установленного по умолчанию - PMBus. Однако и модули, и контейнеры для них, и, соответственно, готовые системы питания на их базе могут быть оснащены интерфейсом CANBus. В этом случае вместо пустого квадрата завершать наименование будут буквы «CAN».
А теперь давайте вернемся к тезису «вариативность конфигураций», который лег в основу концепции «3+N», и рассмотрим, как на представленной выше схеме сборки блочно-модульной системы можно создать источники питания с другими параметрами.
Для начала возьмем модули питания серии DRP-3200, которые очень схожи с упомянутой ранее серией RCP-1600 и в плане функционала ничем не отличаются. А вот в количественных показателях разниц существенна: как можно сразу понять по названию, рассчитаны эти модули на мощность в 3200 Вт. Также они больше по размеру (рисунок 11), но не вдвое － очевидна экономия пространства!
Еще одно отличие DRP-3200 от собратьев － всего два вида моделей по номинальному напряжению на выходе: 24 и 48 В.
Рис. 11. Источник питания серии DRP-3200
Так как размерный ряд модулей питания DRP-3200 различается, то и контейнер для них будет другого размера, например, DHP-1U (рис. 12). В него вмещаются до четырех модулей DRP-3200.
Рис. 12. Контейнер типа DHP-1U с модулями серии DRP-3200
Высокая мощность не предполагает использования стандартных разъемов: DHP-1U поставляется только с клеммными колодками. На его задней панели (рис. 13), в отличие от RHP-1U, элементы расположены в ином порядке, однако их состав и функционал полностью повторяют уже рассмотренные нами.
Рис. 13. Задняя панель контейнера типа DHP-1U
Нет существенных изменений и в принципах регулировки максимального выходного тока. А вот зависимость напряжения на выходе от управляющего напряжения незначительно отличается в нижней границе диапазона.
Структура названия конкретной модели этой системы питания состоит из обозначения ее параметров. Так, наименование модуля питания DRP-3200 (рис. 14) состоит из названия серии DR, выходной мощности 3 200 Вт и выходного напряжения 24 или 48 В. Если интерфейс модуля － PMBus, отдельно он не указывается, так как используется по умолчанию. В случае, если используется интерфейс CANBus, то модель имеет еще один суффикс в названии － «CAN».
Рис. 14. Структура наименования модуля DRP-3200
Контейнер серии DHP-1U, в который можно поместить модули DRP-3200, выпускается лишь в одном формате и имеет полное название DHP-1UT-A. А наименование вариантов собранной системы питания из контейнера серии DHP-1U и четырех модулей DRP-3200 (рис. 15) отличаются друг от друга лишь индексом, обозначающим полную мощность.
Рис. 15. Структура наименования собранной системы из контейнера DHP-1U и четырех модулей серии DRP-3200
Кстати, можно параллельно объединить две такие системы и получить общую мощность уже до 25600 Вт, то есть, до 25,6 кВт!
Если и этой мощности не хватает, можно собрать систему питания из модулей серии NCP-3200 (рис. 16). Это уникальное в своем роде семейство, чьей особенностью является возможность сборки системы из десяти блоков питания, в каждом из которых будет по четыре таких устройства. То есть суммарная мощность полученной системы будет достигать уже 128 кВт.
Рис. 16. Модуль источника питания серии NCP-3200
Впрочем, чаще модули питания NCP-3200 используют ради другой их функции – блоки с ними могут работать и как источники питания, и как зарядные устройства. При этом переключать что-либо вручную для смены задачи не требуется, так как это происходит через команду по интерфейсу или через отдельный программатор SBP-001.
Еще одна фишка уникальных модулей серии NCP-3200 заключаются в возможности работать как с низким напряжением 24 и 48 В, так и с высоким – 380 В. В последнем случае система с NCP-3200 работает только как источник питания. А вот параметры этих модулей внешне ничем не отличаются от рассмотренных выше DRP-3200, поэтому их также можно разместить в контейнере типа DHP-1UT, только уже с литерой «В» в конце.
Рис. 17. Контейнер типа DHP-1UT-B для модулей серии NCP-3200
Если рассмотреть обратную сторону контейнера DHP-1UT-B, то можно не сразу заметить, чем же он отличается от собрата с литерой «А». У них идентичны практически все разъемы и выводы (рис. 18), за исключением одного момента: DHP-1UT-B имеет только один DIP-переключатель на все четыре модуля питания вместо четырех переключателей в рэк-контейнерах, которые мы рассматривали ранее.
Рис. 18. Задняя сторона контейнера DHP-1UT-B
Правда, это не только не мешает цифровому интерфейсу обращаться к каждому из четырех модулей в одном контейнере. В случае с максимальной комплектацией системы питания из десяти контейнеров, то есть при наличии 40 модулей питания, система управления сможет «достучаться» до каждого из них. Секрет кроется в увеличении знаков двоичного кода, которыми обозначается адрес конкретного модуля питания – используется шестизначный, а не четырехзначный. Также вне зависимости от места установки каждый модуль имеет свой собственный адрес: 0, 1, 2 или 3 – это ячейка контейнера, еще четыре разряда кода принадлежат уже обозначению самого контейнера.
Несомненное отличие модулей серии NCP-3200 будет в графиках зависимости выходного напряжения от регулировки при номинале в 380 В. Зато при всех остальных параметрах, схожих с рассмотренным ранее модулем на 3 200 Вт, никаких изменений быть не может.
Рис. 19. Зависимость выходного напряжения ИП NCP-3200 от управляющего
Давайте отдельно остановимся на режиме модулей серии NCP-3200 в качестве зарядного устройства. В этом случае они работают по зарядной кривой. Ее алгоритм обеспечения может использоваться как установленный по умолчанию (на выбор – в две или три стадии), а может быть определен самим пользователем с помощью специального программного обеспечения на компьютере. Связь системы питания с модулями NCP-3200 и компьютером обеспечивается программатором SBP-001 производства компании MEAN WEL.
Рассмотрим типовые зарядные кривые, которые формируются встроенными в модуль алгоритмами (рис. 20).
Рис. 20. Типовые зарядные кривые: для двухстадийного (слева) и трехстадийного (справа) процессов
Первые этапы обоих алгоритмов практически не различаются: сначала идет заряд модуля до определенного уровня. При двухэтапном алгоритме после этого зарядный ток постепенно снижается и при достижении 10% прекращается. При трехэтапном алгоритме далее наступает процедура поддерживающей зарядки, которая может длиться бесконечно, не допуская саморазряд аккумулятора.
Ну и напоследок давайте рассмотрим еще одно отличие модулей серии NCP-3200 от предыдущих семейств, заключающееся в наименовании. Названия самих модулей особо не различаются (рисунок 21), разве что среди обозначений выходного напряжения может быть не только 24 или 48, но и 380.
Рис. 21. Структура наименования модулей серии NCP-3200
А вот имя контейнеров для таких модулей имеет специфичную особенность. Кроме уже упомянутой литеры «В» в наименовании контейнера (рис. 22) может быть добавлен в конце суффикс «HV». Это обозначает, что система питания, созданная на базе этого контейнера с модулями NCP-3200, высоковольтная, то есть рассчитанная на 380 В.
Рис. 22. Структура наименования контейнеров типа DHP-1UT-B
Конфигурируемые блоки питания
Все рассмотренные выше блочно-модульные системы питания в рамках концепции «3+N» имели возможность «горячей замены»: модули в контейнере можно было легко извлечь из сборки, затратив минимум усилий.
Впрочем, в рэковой сборке системы можно использовать и конфигурируемые источники питания. Смонтировать или извлечь их из общей схемы гораздо затратнее как по времени, так и по усилиям. Однако и функционал самого модуля в этом случае принципиально шире. Убедиться в этом можно, рассмотрев внешний вид (рис. 23) достаточно распространенных конфигурируемых источников питания производства MEAN WELL: NMP650 и NMP1K2. Это устройства собраны из модулей по тому же принципу, что и рэковые контейнеры. Они так же состоят из внешнего корпуса высотой в один U и набора модульных источников питания. Различие рассматриваемых моделей между собой заключается в количестве слотов для модулей: в NMP650 находятся 4 установочных места, а в NMP1K2 их 6.
Рис. 23. Конфигурируемые источники питания NMP1K2 (слева) и NMP650 (справа)
Внешний вид модулей, используемых в схеме конфигурируемых источников питания, отличается от лаконичного облика «кирпичика» систем «горячей замены»: как представлено на рис. 24, они оснащены множеством элементов для подключения и регулировки. Такие модули поставляются в открытом виде и не имеют защитного кожуха. Они крепятся в слот внутри корпуса и надежно фиксируются верхней крышкой, в том числе с помощью винтов.
Рис. 24. Унифицированный модуль для конфигурируемых источников питания семейства NMP
Варианты модулей питания семейства NMP – четыре модели с одиночными выходами (на 5, 12, 24 и 48 В), а также одна модель с двумя выходами на 30 В.
Одиночный выход обозначается в названии модуля последними двумя цифрами, например, NMS-240-05 － модуль с напряжением на выходе в 5 В, а NMS-240-48 – в 48 В. Модуль с двумя выходами называется просто NMD-240.
Все представители семейства NMP имеют возможность регулирования напряжения на выходе в определенном пределе посредством встроенного потенциометра. Причем в NMD-240 (модуле с двумя выходами) таких устройств два, и отрегулировать можно каждый канал независимо друг от друга.
Еще есть возможность внешней регулировки напряжения и максимума тока на выходе при помощи аналоговых сигналов, которые поступают из внешнего разъема CN81. Каким образом это происходит и какова зависимость показателей на выходе, показано на рис. 25 (зависимость выходного напряжения от управляющего) и рис. 26 (зависимость максимального тока на выходе).
Рис. 25. Схема включения и график зависимости при внешнем управлении выходным напряжением модулей NMS-240
Обратите внимание на резистор VR60, указанный на данных схемах. Он используется для ручной настройки уровня напряжения на выходе. Рядом расположен индикатор LED, который сигнализирует о состоянии выходного напряжения. Эту же задачу выполняет и сигнал «DC_OK», который выведен на разъем CN81.
Рис. 26. Схема и график зависимости при внешнем управлении величиной максимального выходного тока модулей NMS-240
Также в разъеме CN81 есть контакт 3. Он обозначен индексом RC2, и с его помощью можно дистанционно включить или выключить модуль.
Отметим, что эти виды индикаторов есть и на выходах модуля NMS-240, причем на каждом из каналов. А вот схемы компенсации потерь в проводах у двухвыходного варианта NMD-240, в отличие от других представителей этой серии, не предусмотрено.
Еще одна особенность модулей питания серии NMS-240 заключается в возможности объединения как параллельно, так и последовательно. В последнем варианте максимум суммарной величины напряжения на выходе установлен на 60 В. Как организовано параллельное соединение, показано на рис. 27. Эта схема несложная, но требующая соблюдения уже упомянутого правила: модули в системе должны быть одного напряжения с разницей максимум в 0,2 В. Это требование можно выполнить посредством регулировки или же заказать систему с модулями в уже готовом виде.
Рис. 27. Схема параллельного соединения модулей NMS-240
Теперь перейдем к самим источникам питания, в которых размещены все эти модули, и рассмотрим обратную сторону NMP1K2 и NMP650 на рис. 28. Для подключения имеется и функциональный разъем, и клеммная колодка. В центре рисунка обозначена схема включения или выключения источника внешним переключателем. Обратите внимание на контакт «T-Alarm» – аварийный сигнал, который передает во внешнюю систему сообщение о перегреве.
Рис. 28. Задние панели источников питания NMP1K2 (слева), NMP50 (справа) и схема включения (в центре)
Подробно остановимся на структуре наименования конфигурируемых источников питания производства MEAN WELL. Полное название конкретного прибора достаточно громоздкое, однако, как показано на рисунках 29 и 30, состоит всего из трех разделов. Первый － это наименование серии (NMP1K2 и NMP650), второй обозначает конфигурацию модулей и позицию, соответствующую слоту в источнике. Отметим, что это не порядковый номер модуля, а именно «координаты» самого места установки. Если в каком-то из слотов отсутствует модуль, на него устанавливают заглушку, а в наименовании готового оборудования обозначают символом #.
Рис. 29. Структура наименования конфигурируемых ИП NMP650
Рис. 30. Структура наименования конфигурируемых ИП NMP1K2
Последний параметр, закрепленный в наименовании оборудования – это двоичный код вариации параллельного объединения. Так, код опции 16 обозначает объединение слотов 1 и 2, а также слотов 3 и 4, код 01 － объединение слотов 1 и 2. Полный перечень возможных кодов для четырех слотов (в случае с источником NMP650) или шести (для NMP1K2) можно найти в технической документации, прилагаемой к устройству.
Источники питания с высоковольтным выходом
В рамках концепции «3+N» компания MEAN WELL разработала линейку высоковольтных источников питания – AC/DC-конвертеров с трехфазным входом. Типичным представителем этого типа ИП можно назвать серию RST-7K5, представленную вариантами с напряжением на выходе в 115, 230 и 380 В. Эти мощные приборы являются модулями размером в 2 U и также подходят для монтажа в рэк-стойку. Они бывают двух видов: с воздушным охлаждением (внешний вид такого источника питания представлен на рис. 31), а также с водяным охлаждением (он показан на рис. 32).
Рис. 31. ИП RST-7K5 с воздушным охлаждением
Рис. 32. ИП RST-7K5 с водяным охлаждением
Воздушное охлаждение элементов источника питания организовано с помощью двух встроенных в модуль вентиляторов. А вот водяное осуществляется с помощью внешнего теплоотводящего элемента. На рис. 33 показано, что система водяного охлаждения оформлена в виде алюминиевой пластины с размещенной в ней медной трубкой, внутри которой циркулирует вода в качестве теплоносителя. Теплоотводящий элемент фиксируется ко дну источника питания, которое по функционалу обустроено как теплоотвод для всей конструкции системы.
Рис. 33. Теплоотводящий элемент водяного охлаждения
Разработчики источников питания серии RST-7K5 предусмотрели две типовые схемы подключения к трехфазной сети напряжения. Это может быть формат «треугольник» (три провода), который на рис. 34 показан как схема «а». Также возможна топология «звезда» (четыре провода, один - нулевой), это схема «б». В крайнем случае можно подключить источник питания серии RST-7K5 и к однофазной сети напряжения (схема «в»), но это нежелательный вариант, поскольку соблюдение заявленных спецификацией характеристик источника питания в таком формате не гарантируется.
Рис. 34. Схемы сетевого подключения источников питания серии RST-7K5: а) трехфазная («треугольник»); б) «звезда»; в) однофазная
Источники питания серии RST-7K5 оснащены двумя вариантами регулировки напряжения на выходе. Это либо дистанционно поданный аналоговый сигнал, либо ручной режим регулировки посредством встроенного потенциометра. Выбрать один из режимов можно с помощью DIP-переключателя, который размещен на фронтальной стороне ИП. Как именно напряжение на выходе источника RST-7K5 зависит от управляющего напряжения, графически показано на рис. 35.
Рис. 35. Зависимость выходного напряжения ИП RST-7K5 от управляющего
Максимальные значения тока на выходе также можно отрегулировать аналоговым сигналом, этот режим устанавливается переключателем. На рис. 36 представлена зависимость этого параметра от управляющего напряжения.
Рис. 36. Зависимость максимального значения выходного тока ИП RST-7K5 от управляющего напряжения
Отметим, что DIP-переключатель имеет еще одну функцию – с его помощью можно определить режим источника питания в случае превышения допустимых значений на выходе: перейти к задаче по стабилизации тока или же отключиться при перегрузке более 5 с.
Удаленный режим включения или выключения источников питания серии RST-7K5 возможен благодаря паре контактов. Их принцип работы изображен на рис. 37.
Рис. 37. Схема удаленного включения и выключения ИП RST-7K5
Коммуникация RST-7K5 с внешней средой происходит с помощью контактов реле и состояния коллектора. Так, прибор может подавать сигнал о нормальном уровне напряжения на выходе – «DC-OK» или о падении входного напряжения – «AC-FAIL», сигнализировать о перегреве – «OTP» или о проблемах с системой охлаждения – «FAN-FAIL». Подача сигналов схематически изображена на рис. 38.
Рис. 38. Схема подключения выходных сигналов с открытым коллектором
ИП серии RST-7K5 можно объединить в одну систему до четырех блоков, соединив параллельного выходные шины и выводы «CS-» и «CS+».
Чтобы выбрать нужную вам модель ИП RST-7K5, обратите внимание на особенности структуры их наименования (рис. 39). Типовым вариантом RST-7K5 считается блок с воздушным охлаждением, а для заказа источника питания, оборудованного системой водяного охлаждения, в конце наименования добавляем литеру «L» (тут все стандартно: наименование серии, выходная мощность и напряжение).
Рис. 39. Структура наименования ИП серии RST-7K5
Обратите внимание на отдельное семейство в серии RST – источники питания RST-15K. Выше я уже разъяснял принцип именования приборов MEAN WELL, поэтому вы явно уже догадались: эти модели способна на большее, чем описанные ранее, и обладают мощностью в 15 000 Вт. Визуально (рисунок 40) они отличаются габаритами – шире и длиннее предыдущих моделей, однако в высоту – все те же 2 U. Еще одно отличие блоков семейства RST-15K от представителей RST-7K5 – возможность объединения по два источника питания.
Рис. 40. Источник питания серии RST-15K
Такие ИП выпускаются только с воздушным охлаждением, поэтому структура их наименований достаточно проста. Как показано на рис. 41, в состав названия конкретной модели входят имя серии, выходная мощность и выходное напряжение. Никаких дополнительных литер здесь не предусмотрено.
Рис. 41. Структура наименования ИП RST-15K
Если же нужны относительно компактные источники питания высокого вольтажа, но с водяным охлаждением, можно остановиться на серии SHP-10K: по габаритам они сходны с приборами серии RST-7K5 и поставляются в вариантах как с воздушным, так и с водяным охлаждением. Их внешний вид представлен ниже: на рис. 42 изображен источник с воздушным охлаждением, а на рис. 43 － с водяным.
Рис. 42. ИП серии SHP-10K с воздушным охлаждением
Рис. 43. ИП серии SHP-10K с водяным охлаждением
По функционалу и управлению источники питания SHP-10K также практически не различаются от представителей предыдущей серии, однако из-за высокой мощности работают только от трехфазной сети. Зато в этой линейке есть вариант с напряжением на выходе в 55 В. А еще они поддерживают несколько цифровых интерфейсов.
Из-за этих особенностей структура наименования конкретных моделей серии SHP-10K более сложная. Как показано на рис. 44, в нее входят тип системы охлаждения (напомним, что вариант с воздушным охлаждением идет по умолчанию без литеры, а водяное охлаждение помечается как «L»). Также указывается тип интерфейса: по умолчанию, то есть с пустой ячейкой в наименовании, идет интерфейс CANBus, MODBus-RTU/RS-485 помечается сочетанием «-MOD», а интерфейс PMBus обозначается суффиксом «-PM».
Рис. 44. Структура наименования ИП SHP-10K
Питание энергосберегающих систем
Завершим обзор наиболее популярных источников питания, используемых в концепции «3+N» компании MEAN WELL, DC/AC-инверторами, предназначенными для возврата использованной энергии. Обратите внимание на серию ERG-5000, которая представлена двумя вариантами по типу разъемов.
На рисунках 45 и 46 показаны различия этих ИП в способах подключения первичной цепи: по умолчанию используется вариант с разъемом, но при необходимости можно подобрать инвертор с клеммными колодками.
Рис. 45. Стандартный вариант подключения ERG-5000
Рис. 46. Вариант подключения ERG-5000 с клеммными колодками
Как и все остальные источники питания производства MEAN WELL, серия ERG-5000 представлена вариантами по величине напряжения на выходе. А вот их уникальной функцией является способность работать в системе повторного использования электроэнергии.
Рис. 47. Схема системы повторного использования энергии с использованием ERG-5000
Суть процесса энергосбережения заключается в возвращении энергии на прогоне электрооборудования, которая в противном случае ушла бы в бесполезное тепло. Как видно из схемы на рис. 47, поступающее в источник питания ERG-5000 входное напряжение преобразуется в постоянное, на выходе － в переменное, а после возвращается на вход. Такая функция особенно востребована в системах тестирования устройств. Кстати, в технической документации на серию ERG-5000 именно эта сфера применения стоит на первом месте
Такие задачи требуют особого контроля: ИП ERG-5000 оснащены двумя системами управления и мониторинга － интерфейсом CANBus и модулем управления CMU2. Лаконичная светодиодная индикация на корпусе ERG-5000 облегчает работу с устройством и сокращает время поиска неисправностей: индикатор работает в разных режимах (непрерывно светит и мигает), а сочетание определенного режима работы и цвета светодиода информирует пользователя о состоянии устройства. На рис. 48 показана расшифровка сигналов светодиодной индикации.
Рис. 48. Состояния светодиодного индикатора
Думаю, у всех возникнет вопрос по поводу сигнала «Ненормальное состояние», поэтому поясню, что он означает. Мигающий зеленый свет сигнализирует о проблеме в работе как таковой: это может быть превышение допустимой температуры или же напряжения на выходе. Таким образом прибор сообщает только о факте аварийной ситуации, на которую необходимо обратить внимание. Этот же метод используется при внутренних ошибках в коммуникации с интерфейсом и нарушении установочных параметров на выходе. Сообщив о неполадке, источник питания прекращает свою работу до устранения сбоя.
Традиционно обратимся к структуре наименования моделей этой серии. Принципиальных различий в общей системе названий приборов MEAN WELL нет и в этом случае (рис. 49): наименование модели формируется из обозначения серии, входной мощности, диапазонов входных напряжений (высоковольтные ИП обозначаются литерой «Н», для остальных это поле остается незаполненным), а также типа подключения: вариант с клеммными колодками обозначен суффиксом «Т».
Рис. 49. Структура наименования ИП ERG-5000
Напоследок рассмотрим пример эволюционного развития описанных выше источников питания. Представители серии BIC-2200 способны работать и как AC/DC-конвертеры для питания аккумуляторной батареи, и как DC/AC-инверторы для возвращения запасенной энергии обратно в сеть. Принцип такой работы иллюстрирует рис. 50.
При кажущейся сложности такой двунаправленной работы серия BIC-2200 обладает лаконичной системой управления: переключать режимы можно как по внешней команде, так и в автоматическом режиме.
Рис. 50. Две стадии процесса рециркуляции энергии: потребление (вверху) и восполнение (внизу)
Внешний вид представителей серии BIC-2200 не имеет принципиальных отличий от других источников питания (рис. 51). Эти ИП обладают лаконичным корпусом высотой в 1 U и другими параметрами, позволяющими монтаж на рэковую стойку. Выпускаются модели серии BIC-2200 с напряжением на выходе в 12, 24, 48 и 96 В. Точность регулировки этого параметра варьируется с помощью встроенного потенциометра. Возможно параллельное соединение до пяти источников одного номинала.
Рис. 51. ИП BIC-2200
Разъемы и индикаторы текущего состояния и режима работы размещены на фронтальной стороне (рис. 51). Когда прибор работает по стандартному принципу (как источник питания и подзарядка батареи), индикатор горит ровным зеленым светом, а в режиме возврата электроэнергии в сеть － мигает. Из еще не описанных ранее способов коммуникации со внешней средой упомянем сигнал «Fault»: сообщение о любой нештатной ситуации подтверждается светодиодом красного цвета.
В структуре наименования моделей серии BIC-2200 любопытен последний пункт, связанный с наличием или отсутствием поддержки цифровых интерфейсов. В базовой комплектации такой функции нет, однако при необходимости заказ могут дополнить протоколами CANBus, тогда в названии появится сочетание «CAN».
Рис. 52. Структура наименования серии BIC-2200
Управления питанием в концепции «3+N»
Для управления и мониторинга состояния систем питания, описанных выше, в рамках концепции «3+N» компания MEAN WELL рекомендует использовать интеллектуальный контроллер CMU2. Он выпускается в нескольких исполнениях, но для создания вариативной системы питания на рэк-стойке подойдет стандартное шириной в 19 дюймов и высотой 3 U.
Информационное табло контроллера CMU2 выполнено в виде семидюймового сенсорного дисплея, занимающего треть всей ширины устройства (рис. 53). Такой размер позволяет передать пользователю все необходимые сведения как о работе самой системы, так и об используемых режимах.
Рис. 53. Передняя панель модуля управления питанием CMU2
Получить нужную информацию о работе конкретного компонента можно через экранное меню, переключаясь с помощью кнопок на панели. При этом сенсорный формат экрана позволяет проводить необходимые манипуляции как на самом дисплее по принципу работы с сенсорным смартфоном, так и с помощью механических кнопок (такой вариант, например, позволит работать с меню, не снимая перчаток). Есть и еще один вариант коммуникации – через компьютер. Он требует установки дополнительного программного обеспечения. Найти нужную программу и получить подробную инструкцию об использовании каждого из режимов можно на сайте MEAN WELL.
Чтобы подобрать контроллер CMU2, необходимый для вашей конкретной системы питания, в структуре наименования модели нужно указать название семейства, функционал (контроллер для систем питания индексируется литерой «С»), способ монтажа – рэковая стойка, то есть литера «R», а также нужный модуль интерфейса. Их может быть до трех вариантов одновременно, поэтому в конструкции каждого контролера CMU2 предусмотрены три слота для модуля интерфейса, и, соответственно, три поля в наименовании модели (рис. 54). Делая заказ, укажите поочередно нужные литеры: интерфейс CANBus обозначается литерой «С», интерфейс PMBus － литерой «Р», а для работы по совмещенным протоколам RS-232/RS-485/USB нужно указать литеру «R». Пустые слоты также описываются в названии посредством символа #
Рис. 54. Структура наименования модуля управления CMU2
Заключение
При всем многообразии вариантов и конфигураций источников питания в рамках концепции «3+N» компании MEAN WELL даже поверхностное погружение в тему позволяет быстро понять ее главные принципы и подходы. А после – с легкостью использовать, ведь это не сложнее чем играть в «Лего», создавая из стандартных блоков и перемычек всевозможные композиции по собственному желанию.
При этом опасаться за прочность «строения» в виде системы питания не стоит – ассортимент продукции MEAN WELL, выступающей «строительным материалом», отличается своей надежностью и качеством. Нет опасений и в том, что понадобившийся уже в процессе эксплуатации новый «кирпичик» для апгрейда системы или замены поврежденного блока, вдруг окажется недоступным. Несмотря на санкционное давление или другие экономические воздействия, компания MEAN WELL остается преданным партнером российских пользователей.
Изменено пользователем MEAN WELL
1 Комментарий
Рекомендуемые комментарии
Присоединяйтесь к обсуждению
Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.