Dezentral im Trend

Dipl.-Ing. Hartmut Henkel

Zur Gleichstromversorgung aller elektrischen und elektronischen Baugruppen der Verfahrenstechnik hat sich weltweit eine Steuerspannung von 24 V etabliert. Kompakt-Stromversorgungen stellen diese Steuerspannung an ihrem Ausgang zur Verfügung. Dazu wird die Spannung aus dem Niederspannungsnetz transformiert und gleichgerichtet. Da die Stromversorgung einen zentralen Einfluß auf die zuverlässige Funktionsweise aller angeschlossenen Baugruppen hat, muß sie sorgfältig hinsichtlich der zu versorgenden Verbraucher ausgewählt werden (Abb. 1).

Zur Steuerung und Überwachung moderner Industrieanlagen ist die Verarbeitung einer Vielzahl von Meß-, Steuer- und Regelgrößen notwendig. Der Trend geht dabei weg von der zentralen Verarbeitung im Schaltschrank hin zur dezentralen Signalverarbeitung in Verteilerkästen, die nahe der Signalquelle installiert sind.

Um die Stromversorgungen ebenfalls im dezentralen Lastschwerpunkt installieren zu können, gilt es vor allem zwei Anforderungen zu erfüllen: eine flache Bauform und ein möglichst hoher Wirkungsgrad, um die abgegebene Verlustleistung und die damit verbundene Abwärme so gering wie möglich zu halten. Gute Voraussetzungen hierfür bietet der konsequente Einsatz der Primärschaltreglertechnik, die bei einem Wirkungsgrad von ca. 90% eine kompakte Bauform bei minimalem Gewicht zuläßt.

Im Zuge der Globalisierung von Märkten nimmt der Bedarf an Stromversorgungen mit Weitspannungseingang deutlich zu. Bei Verwendung der Primärschaltreglertechnik wird im Gegensatz zum 50 Hz-Trafo die Eingangswechselspannung zunächst gleichgerichtet, getaktet, auf 24 V transformiert und dann geglättet (Abb. 2). Diese Technik läßt einen besonders großen Eingangsspannungsbereich zu, der bei einphasigen Geräten typischerweise von 90 bis 264 V AC und bei dreiphasigen Geräten von 3×325 bis 3×630 V AC reicht. Diese Geräte können an allen Wechselstromnetzen weltweit betrieben werden.

Brisant ist nach wie vor die Frage der selektiven Absicherung von Anlagen, die mit Primärschaltreglern versorgt werden. Eine praxistaugliche Lösung bieten Geräte wie die Quint Power Stromversorgungen mit U/I-kennliniengesteuertem Ausgang (Abb. 3). Diese schalten bei Verbraucherkurzschluß nicht ab, sondern reduzieren bei bestehender Überlast die Ausgangsspannung und stellen dabei weiterhin den vollen Ausgangsstrom zur Verfügung. Dies gewährleistet, daß sowohl stark kapazitive Lasten als auch Geräte mit kapazitivem Einschaltverhalten wie DC/DC-Wandlern im Eingangskreis problemlos versorgt werden können. Ebenso lassen sich nachgeschaltete Sicherungen zuverlässig auslösen. Die Selektivität des Anlagenaufbaus ist somit zu jeder Zeit gewährleistet.

Mit dem Ziel einer größtmöglichen Betriebssicherheit werden in der Verfahrenstechnik standardmäßig redundante Stromversorgungseinheiten aufgebaut. Sollte es im Primärkreis der ersten Stromversorgung zu einem Defekt kommen, so übernimmt automatisch das zweite Gerät die vollständige Stromversorgung. Wichtig ist hierbei zum einen, daß die Stromversorgungen den Gesamtstrombedarf aller angeschlossenen Verbraucher allein abdeckt und zum anderen, daß die Stromübernahme unterbrechungsfrei erfolgt.

Für den Fall einer Störung im Niederspannungsnetz sollte die Stromversorgung über eine Netzausfallüberbrückung von 10 bis 20 ms bei Vollast verfügen. Innerhalb dieser Zeit lassen sich fehlerhafte Niederspannungsnetze in der Regel umschalten. Bei primär getakteten Stromversorgungen kann diese Eigenschaft mit geringem geräteinternem Aufwand realisiert werden, indem die im Zwischenkreis zur Verfügung stehende Gleichspannung von ca. 600 V in Pufferkondensatoren gespeichert wird. Ein weiterer Grund für die Parallelschaltung von Stromversorgungen ist häufig der Wunsch nach Leistungserhöhung.

Wichtige Anlagen sind in der chemischen Industrie oft fernüberwacht. Um die Stromversorgung in das Ferndiagnosesystem einbeziehen zu können, muß die Stromversorgung über einen potentialfreien Ausgang verfügen, der den Anschluß an die Ferndiagnose erlaubt. Für sicherheitsrelevante Anlagen wird darüber hinaus ein externer Shutdown gefordert, mit dessen Hilfe der Ausgang der Stromversorgung bei Bedarf über ein SPS-Signal freigeschaltet werden kann (Abb. 4).

Bei allen zu errichtenden Anlagen, bei denen die primär getakteten Stromversorgungen direkt an das öffentliche Versorgungsnetz angeschlossen werden, muß beachtet werden, daß die EN 61 000-3-2 ab 01.01.2001 eine Begrenzung der Netzoberwellen vorschreibt. Die geforderten Grenzwerte werden schon heute von Stromversorgungen eingehalten, die über eine aktive Power Factor Correction (PFC) oder aber über einen geeigneten Filter in Form einer Drosselschaltung verfügen.

Die Primärschaltregler Quint Power decken den kompletten Leistungsbereich von 24 bis 960 W im einheitlichen Design ab. Sie verfügen gegenüber den konventionellen Stromversorgungen über wesentliche Vorteile, wie das um Faktor 3 bis 5 geringere Eigengewicht, eine Verbesserung des Wirkungsgrades von ca. 50% auf ca. 90% und einer Volumenreduktion um Faktor 1,5. Die Stromversorgungen besitzen einen U/I-kennliniengesteuerten Ausgang und sind zur Leistungserhöhung ohne zusätzlichen Vedrahtungsaufwand beliebig kombinierbar.

Halle 13, Stand E23

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