Industrielle Netzteile mit DCL-Technologie
Eine Stromversorgung ist eine elektrische Einrichtung, die eine elektrische Last unter verschiedenen Bedingungen für mehrere Geräte und technische Felder mit Strom versorgt. Alles, was eine Schaltung mit elektrischer Energie versorgt, wird als Stromversorgung bezeichnet, da es der Schaltung Strom zuführt.
Stromversorgungen in Form von Netzteilen lassen sich in drei gängige Typen einteilen: linear geregelte Netzteile, Schaltnetzteile und ungeregelte Netzteile. Es gibt noch eine weitere Art von Netzteilen: das welligkeitsgeregelte Netzteil. Eingangsquellen wie DC-Netzteile und AC-Netzteile sind in allen Stromversorgungen üblich. Das Netzteil kann verschiedene Spannungen ausgeben und Sie können den Eingangstyp auswählen. Ein Standardnetzteil umfasst einen Transformator, Spannungsregler-ICs, Gleichrichterdioden, Filter und andere Bauelemente. Abbildung 1 stellt ein Blockdiagramm eines einphasigen AC/DC-Schaltnetzteils (SMPS) dar.
Industrielle Netzteile (AC/DC, AC/AC, DC/AC oder DC/DC) versorgen Industrieanwendungen, darunter Windenergieumwandlungen, unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV) und elektromotorische Antriebe. Diese sind im Vergleich zu Netzteilen für Labors, die maximal 30 Volt bieten können, erheblich leistungsfähiger. Im Gegensatz dazu liefern industrielle Netzteile eine deutlich größere Nennleistung von 100 Watt und noch mehr. Effizienz ist der Schlüssel zu fortschrittlichen Produktionsprozessen, zusammen mit hoher Leistung. Bitte klicken Sie hier, um mehr über industrielle Netzteile zu erfahren.
Überspannung, hoher Einschaltstrom, Überstrom, Wärmeschutz und Unterspannungsabschaltung sind für solche Anwendungen dieser Netzteile unerlässlich. Eine dynamische Strombegrenzungsregelung (DCL) wird verwendet, um Netzteile vor bestimmten Überstromfehlern zu schützen. Dieser Artikel konzentriert sich auf das DCL-integrierte industrielle Netzteil, seine Vorteile und einige Anwendungen.
Abbildung 1: Blockdiagramm eines einphasigen AC/DC-SMPS
DCL-Technologie und ihre Vorteile
Das DCL-Konzept basiert auf einem dynamischen Strombegrenzungskreis, der seine oberen und unteren Begrenzungen genau definiert. Die Schaltung gewährleistet eine praktische Steuerung sowohl der oberen als auch der unteren Strombegrenzung. Die normale Begrenzung der Pulsfrequenzmodulation (PFM) stimmt mit der unteren Strombegrenzung überein, während die Begrenzung der Pulsbreitenmodulation (PWM) der oberen Strombegrenzung entspricht. Eine solche Implementierung bringt mehrere Vorteile mit sich, wie z. B. eine einwandfreie Spitzenstrombegrenzung im dynamischen bzw. synchronen Ruhemodus. Die dynamische Ruhestrombegrenzung nach sorgfältig konzipiertem Schema bietet ein hervorragendes Lasttransientenverhalten.
High-End-Netzteile sollen auch in anspruchsvollen Industrieumgebungen zuverlässig und effizient funktionieren. Diese Leistung erfordert ausreichende Leistungsreserven, extreme Temperaturbeständigkeit, eine optimale Abschirmung gegen Leistungsspannungstransienten, Vibrationsfestigkeit und eine lange Lebensdauer. Industrielle Netzteile mit integrierter DCL-Technologie sind mit ihrem robusten Netzeingangspegel unempfindlich gegen mechanische Einflüsse. Ein zuverlässiger Betrieb ist somit auch unter widrigen Bedingungen, wie beispielsweise in Windenergieanlagen, gewährleistet. Die DCL-Technologie gewährleistet kontinuierlich hohe Pulsreserven. Der sich daraus ergebende Dynamikbereich kann genutzt werden, um die Leistungsschalter auszulösen oder den Start von leistungsstarken Motoren einzuleiten. Zum Beispiel stehen etwa 300 Prozent Leistungsreserve während des Startmoments eines Motors für etwa 100 ms und 150 Prozent für etwa 5 Sekunden zur Verfügung. Auch 600 Prozent können für 15 ms zur zuverlässigen Auslösung der Leitungsschutzschalter verwendet werden.
Diese Technologie verbessert die Leistung bei Anwendungen mit hohen Einschaltströmen, wie z. B. beim Auslösen der nachgeschalteten Leistungsschalter, und ermöglicht es dem Netzteil, einen hohen Einschaltstrom für eine kurze Zeit oder einen mittleren Einschaltstrom für eine längere Zeit zu unterstützen. Sie kann Abschaltparameter oder dauerhafte Kurzschlüsse konfigurieren. Das 2466920000 der Baureihe PROtop von Weidmüller ist ein gutes Beispiel für ein äußerst effizientes und zuverlässiges Netzteil, das auch in anspruchsvollen Industrieumgebungen funktioniert. Das Produkt verfügt über hohe Leistungsreserven und eine verlängerte Lebensdauer. Es bietet optimalen Schutz vor extremen Temperaturbedingungen, Überspannung und Vibrationen. Für weitere Informationen zum Angebot an industriellen Netzteilen mit DCL-Technologie klicken Sie bitte hier
Abbildung 2: AC/DC-DIN-Schienennetzteil der Baureihe 2466920000 PRO TOP1 mit 1 Ausgang, 960 W, 48 V, 20 A
Anwendung
Wir werden nun einige Anwendungen betrachten, bei denen die Rolle eines Netzteils mit DCL-Technologie leicht verständlich ist.
DC-Motorstart
Produktionsmaschinen müssen in anspruchsvollen Situationen zuverlässig sein. Ein gutes Beispiel ist, wenn der DC-Motor für ein standardmäßiges industrielles Antriebsprozessereignis eingeschaltet wird. Ein typischer DC-Motorbetrieb zeichnet sich durch hohe Start- oder Einschaltströme je nach Anwendung aus, wobei häufig die Nennvollast überschritten wird. Die meisten DC-Netzteile können diese zusätzliche Leistung nicht bereitstellen, um Einschaltströme zu unterstützen. Die Standardlösung für ein solches Problem bestand darin, ein übergroßes Netzteil zu verwenden, das solche Einschaltströme unterstützt und einen zuverlässigen Schutz gewährleistet, um einen Spannungsabfall (beim Start des Motors) an allen anderen mit dem Netzteil verbundenen Verbrauchern zu vermeiden. Die Verwendung eines überdimensionierten Netzteils weist jedoch einige Nachteile auf. Abgesehen von den zusätzlichen Kosten vergrößert ein übergroßes Netzteil die Grundfläche – ein Problem bei kompakten Schaltschränken.
Abbildung 3: Die dynamische Strombegrenzung der Baureihe PROtop löst einen nachgeschalteten Leistungsschalter (graue Spalte im vorherigen Diagramm) magnetisch aus, versorgt die DC-Motoren mit Einschaltstrom (weiße Linie im vorherigen Diagramm) und hält die Spannung zu den anderen Verbrauchern stabil.
Eine alternative Lösung für diese Schwierigkeit ist die Verwendung eines DC-Netzteils ähnlich der DCL-Technologie der Baureihe PROtop, das eine durchgängige Ausgangsspannung gewährleistet, auch wenn die Last das Sechsfache des Nennstroms (für kurze Zeit) oder 130 Prozent des Nennstroms (kontinuierlich) oder einen beliebigen Wert innerhalb dieser Begrenzungen benötigt. Die Zuverlässigkeit der Maschine wird durch die hohen Pulsreserven gewährleistet, die zum Starten des Motors erforderlich sind. Das Netzteil der Baureihe PROtop besitzt bei Einschaltströmen hohe Energiereserven, die in Bezug auf die Leistung, die zur Last abgegeben wird, begrenzt sind (Quadrat des elektrischen Stroms x Zeit), jedoch nicht zeitlich begrenzt sind. Dies bedeutet, dass verschiedene Lasten oder Motoren mit unterschiedlichen Kurven ihren jeweiligen Einschaltstrom anfordern und das Netzteil sich dynamisch an den jeweiligen Bedarf anpasst.
Schaltungsschutz bei Kurzschlüssen
Ein weiteres zu lösendes Problem sind Leistungsschalter, die in DC-Leitungen aktiviert werden. Im Falle eines Kurzschlusses innerhalb des DC-Versorgungsnetzes trennen die Schutzschaltungen die gesamte Stromversorgung der gestörten Leitung und schützen so das an die geschützten Leitungen angeschlossene Gerät. Damit solche Schutzschaltungen jedoch einwandfrei funktionieren, ist für einen kurzen Moment etwas mehr Leistung erforderlich. Die meisten Netzteile sind nicht in der Lage, eine solche zusätzliche Leistungsreserve bereitzustellen. Die traditionelle Lösung bestand darin, ein größeres Netzteil zu installieren. Die Überdimensionierung jedes Netzteils erhöht jedoch die Grundfläche des Schaltschranks und führt zu erhöhten Gesamtkosten. Im Gegensatz dazu sorgt die DCL-Technologie eines industriellen Netzteils der Baureihe PROtop dafür, dass eine konstante Ausgangsspannung beibehalten wird, auch wenn die Last das Sechsfache des Nennstroms (für kurze Zeit), 130 Prozent des kontinuierlichen Nennstroms oder einen anderen Wert innerhalb dieser Begrenzungen benötigt.
Die DCL-Technologie kann den Netzteilbetrieb bei Kurzschlüssen unterstützen, auch wenn der Kurzschluss das Automatisierungssystem beeinträchtigt. Die Netzteilbegrenzung beschreibt die in internen Kondensatoren und Transformatoren gespeicherte Energie. Angenommen, eine DCL-Technologie ermöglicht es dem Netzteil der Baureihe PROtop den gesamten verfügbaren Strom abzugeben, wenn ein DC-Zweig einen hohen Strom anfordert. Dieser Zustand bleibt für einige Millisekunden bestehen, um genügend Zeit und Energie bereitzustellen, damit die beschädigte Leitung ihre Funktion weiter erfüllen kann. Das Netzteil kehrt auf Nennstrom zurück, wenn die Leitung ungeschützt ist oder nach Wahl des Benutzers abgeschaltet wird.
