Capire il rumore dell'alimentazione CA - Nota applicativa


Questo documento descrive come il rumore viene generato sui cavi dei sensori dall'alimentazione a 24 VCA, come questo rumore può influire negativamente sul funzionamento del controllore HVAC e come prevenire il rumore dell'alimentazione CA.

Rumore causato dall'alimentazione CA

La maggior parte dei moderni sistemi di controllo HVAC dispone di una tensione di 24 VCA e la maggior parte dei prodotti BAPI può funzionare con una tensione di 24 VCA, tuttavia BAPI consiglia di alimentarli con una tensione continua. Perché?
I cavi a fili intrecciati presentano un'elevata capacità da filo a filo. I condensatori bloccano la tensione continua, ma permettono a un po' di tensione alternata di passare da un filo all'altro. Una parte della tensione alternata a 60 Hz che attraversa una coppia di fili in un cavo multifilare si combina con i segnali normali su tutti gli altri fili del cavo. Questo accadrà indipendentemente dal sensore utilizzato.

La Figura 1 mostra una tipica applicazione di un sensore di zona alimentato a 24 VCA. (Il dispositivo alimentato può essere qualsiasi tipo di trasmettitore, non solo un sensore di zona) I condensatori disegnati con linee tratteggiate all'interno del cavo del sensore rappresentano la capacità da filo a filo. I fili di rame, all'interno del loro isolamento, che corrono in parallelo con gli altri fili del cavo, formano i condensatori.

Fig. 1: Installazione tipica del sensore di zona (le linee tratteggiate all'interno del cavo del sensore rappresentano la capacità da filo a filo)

La Figura 2 mostra una versione semplificata della Figura 1. La Figura 2 è un circuito equivalente dei fenomeni di accoppiamento e viene utilizzata per l'analisi dettagliata del circuito. V1 è il trasformatore da 24 VCA della Figura 1, C1 è la capacità da filo a filo per piede e R1 rappresenta la resistenza del cavo del sensore e il sensore termistore da 10K in parallelo con il circuito di ingresso del controllore. La tensione alla giunzione del condensatore e della resistenza è il segnale inviato al circuito di misurazione della temperatura della zona del regolatore. Con i valori indicati nella Figura 2, la tensione di disturbo a 60 Hz alla giunzione è di ± 0,0032 volt per piede. Per una lunghezza nominale del filo del sensore di 25 piedi, il rumore è di ± 0,080 volt.

Comprendere il rumore Fig 2
Fig. 2: Circuito equivalente dei fenomeni di accoppiamento del rumore.

 

Gli effetti del rumore dell'alimentazione CA sul sistema HVAC

La Figura 3 mostra un tipico circuito di ingresso della temperatura di zona del controllore. La tensione alla giunzione delle due resistenze è il valore del segnale che rappresenta la temperatura della zona. A 77°F, la tensione è di 2,5 V CC. Il segnale di rumore di ± 0,080 volt viene aggiunto al segnale di temperatura di 2,5 V CC. Sessanta volte al secondo il segnale di temperatura passa da 2,58 volt a 2,42 volt e viceversa. La variazione di tensione è la stessa che si avrebbe se il termistore cambiasse resistenza da 9.380 Ohm a 10.661 Ohm.

Comprendere il rumore Fig 3
Fig. 3: Circuito tipico di ingresso della temperatura di zona del controllore

La temperatura di un termistore 10K-2 a 9.380 Ohm è di 79,7°F e a 10.661 Ohm è di 74,4°F. Il circuito di temperatura della zona del regolatore passa da 74,4°F a 79,7°F sessanta volte al secondo. Se la lunghezza del filo del sensore è superiore a 25 piedi, l'oscillazione della temperatura percepita è maggiore.

La maggior parte dei regolatori non effettua misurazioni della temperatura di zona con una frequenza sufficiente a seguire il rumore a 60 HZ in modo regolare. I test condotti con controllori rappresentativi mostrano una fluttuazione della temperatura di zona di +/- 0,5°F intorno ai 77°F. Ogni paio di minuti, l'intervallo di campionamento si allinea con un picco di rumore minimo o massimo e nel controllore viene visualizzata una variazione di temperatura di zona inesistente di 3°F, per cui il controllore pensa che la temperatura della stanza stia cambiando rapidamente.

I sistemi di controllo HVAC hanno spesso una "banda morta" incorporata, una piccola regione di temperatura al di sopra e al di sotto della temperatura di riferimento in cui non si verifica alcuna azione di controllo. Questa banda morta impedisce alle macchine di controllo, come le valvole e gli attuatori, di essere regolate molte volte al secondo, o di oscillare, e quindi di usurarsi prematuramente. I picchi di temperatura massima e minima descritti nel paragrafo precedente superano la banda morta, pertanto il controllore potrebbe far oscillare l'apparecchiatura meccanica, causandone l'usura.

Metodi di eliminazione dei disturbi di alimentazione CA

Se si fa passare la 24VAC in un cavo separato e schermato, la capacità tra i fili della 24VAC e i fili del segnale è così bassa da essere praticamente pari a ZERO. Nessuna tensione CA si combina con i segnali del sensore, ma è necessario far passare due cavi separati. Assicurarsi di collegare lo schermo del cavo di alimentazione a 24 VCA a una buona messa a terra dell'edificio all'estremità del controllore, come illustrato nella Figura 4.

Comprendere il rumore Fig 4
Fig. 4: alimentazione a 24 VCA con cavo separato e schermato.

Se si alimenta il sensore con la tensione CC, non vi è alcun rumore CA all'interno del cavo multifilare che possa influenzare la lettura della temperatura. Ma ricordate che il convertitore CC deve essere montato all'estremità del cavo del controllore, non all'estremità del sensore, altrimenti ci sarà ancora corrente alternata all'interno del cavo multifilo. Vedere la figura 5 per il layout di cablaggio suggerito.

Comprendere il rumore Fig 5
Fig. 5: Utilizzo di un convertitore di tensione BAPI VC350A per l'alimentazione in c.c. di un sensore di zona

Entrambi i metodi qui descritti - far passare la corrente alternata in un cavo schermato separato o convertire la corrente alternata in corrente continua - impediranno al rumore della corrente alternata di influenzare il segnale del sensore. Tuttavia, BAPI consiglia di convertire l'alimentazione CA in CC perché riteniamo che sia più semplice ed economico installare un convertitore di tensione a basso costo piuttosto che realizzare due cavi.

In caso di domande, si prega di chiamare il proprio rappresentante BAPI.


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