Stromversorgung mit Köpfchen

Ralf Coors ist Produktmanager Interface bei der Friedrich Lütze GmbH in Weinstadt

Die Stromversorgung CPB3-2400 kann ganzheitliche Aufgaben in der Industrieautomatisierung übernehmen. Das neuentwickelte System bietet neben einem Wirkungsgrad von 92 % über den gesamten Lastbereich hinweg eine Vielzahl von Multitasking-Fähigkeiten: Überspannungsschutz, variabler Eingangsspannungsbereich, die Pufferung bei Netzausfällen, großzügig es Lastverhalten, eine Batterie-Ladefunktion, Energie-Management-Funktionen und vieles mehr.

An Stromversorgungen im industriellen Umfeld werden hohe Ansprüche gestellt. Dabei stehen insbesondere die Baugröße, der Wirkungsgrad und das Preis-Leistungsverhältnis im Mittelpunkt der Betrachtung. Diese Daten bilden bei vielen Systemen im Markt für 960 W das Maß aller Dinge und gelten quasi als Industriestandard. Dabei wird jedoch übersehen, dass die Reduzierung auf einige wenige Leistungsmerkmale wie den Wirkungsgrad als Auswahlkriterium nicht zeitgemäß und schon gar nicht wirtschaftlich ist. Von wirtschaftlichem Vorteil ist es vielmehr, wenn in einer Stromversorgung mehrere benötigte Funktionen abgebildet werden können und diese nicht auf mehrere Geräte verteilt werden müssen. Voraussetzung hierfür ist jedoch ein Stromversorgungssystem, das nicht nur ein hochwertiger Leistungslieferant ist, sondern eine Vielzahl von unterschiedlichen Aufgaben im Netzwerkverbund übernehmen kann.

Handelsübliche Netzgeräte erzeugen beim Einschalten sehr hohe Einschaltströme. Dieser Effekt verstärkt sich, wenn zur Leistungssteigerung zwei Geräte parallel geschaltet werden. Dieser Negativeffekt lässt sich zwar vermeiden, indem man die Geräte getrennt absichert, was jedoch den Installationsaufwand und die damit verbundenen Kosten deutlich erhöht. Das Compact-CPB3-2400-Stromversorgungssystem von Lütze löst diese Aufgabe, indem die Bemessung der vorgeschalteten Leistungsschutzschalter ausschließlich auf Basis des definierten Nennstroms erfolgt.

Das 100-A-Stromversorgungssystem verfügt über ein Bedienterminal, mit dessen Hilfe alle Funktionen eingestellt und überwacht werden können. Elementare Statusmeldungen, wie DC-OK, AC-OK, Temp-OK oder I/O-OK können einem potenzialfreien Wechselkontakt zugeordnet werden. Alle Fehler-und Statusmeldungen werden protokolliert und mit einem Zeitstempel versehen. Sie sind für spätere Überprüfungen abrufbar. Es können drei verschiedene Kategorien von Informationen und bis 408 Ereignisse gespeichert werden:

Alle diese Funktion können über die USB-Schnittstelle und die Powermaster-Software des Herstellers ausgeführt und visualisiert werden.

Bedingt durch die weltweit schwankenden Netzqualitäten ist es von elementarer Bedeutung, ein Stromversorgungssystem eingangsseitig gegen Überspannungen zu schützen und gleichzeitig den Eingangsspannungsbereich auszuweiten. Der Hersteller integriert deshalb ein aktives Schutzkonzept gegen transiente Überspannungen in den Stromversorgungen der Compact-Serie innerhalb des Weiteingangsspannungsbereichs von 340 bis 550 VAC bzw. 520 bis 750 VDC. Über das Bedienterminal können die Grenzwerte selbst definiert werden.

Neben Überspannungen ist der kurzfristige Netzausfall einer der häufigsten Störfälle. Zwar bieten handelsübliche 960-W-Stromversorgungen eine kurzzeitige Pufferung, doch in aller Regel sinkt die Ausgangsspannung innerhalb von 2 ms auf kritische Werte von unter 20 V. Nicht so beim Compact CPB3-2400: Der Hersteller möchte hier mit dem 100-A-Stromversorgungssystem einen Maßstab setzen und bietet einen zeitlichen Puffer bei Netzausfall von mehr als 10 ms.

Wie alle Stromversorgungen aus der Compact-Familie hat das 100-A-Gerät eine großzügige Überlastreserve, die das reibungslose Betreiben von Motoren und kapazitiven Lasten gestattet. Es lassen sich 150 A für rund 5 s abfedern. Erst nach diesen 5 s spricht das über das Bedienterminal vordefinierte Überlastverhalten an. Möglich ist dann der Wechsel in den Konstantstrom-Betrieb oder in den Hiccup-Modus. Im Hiccup-Modus schaltet die Stromversorgung ab und startet periodisch neu, bis der Fehler beseitigt ist.

Der Parallelbetrieb ist mit der Stromversorgung gleichermaßen möglich. Lütze favorisiert hierbei die aktive Strom-Symmetrierung aufgrund der hohen Leistung. Regler der einzelnen Geräte werden dazu über eine zusätzliche Leitung miteinander verbunden. So wird sichergestellt, dass jedes parallel geschaltete Netzteil unabhängig von den Umgebungsbedingungen den gleichen Ausgangsstrom liefert. Insgesamt können bis zu vier Stromversorgungen parallel geschaltet werden und eine maximale Leistung von 8,64 KW zur Verfügung stellen.

Um ein hohes Maß an Ausfallsicherheit zu bieten, kann die Stromversorgung redundant aufgebaut werden. Mindestens ein zusätzliches Netzteil läuft also im Parallelverbund mit, sodass bei Ausfall eines Gerätes nach wie vor die Performance sichergestellt ist. Hierfür sind die Stromversorgungen mit einem aktiven Entkopplungszweig ausgestattet. Die Stromversorgung kann außerdem als Batterie-Ladestation eingesetzt werden, die ein schonendes Laden ermöglicht. Durch den optionalen Anschluss eines Wärmesensors kann der Ladevorgang temperaturoptimal durchgeführt werden. In der 24-V-Version können die Stromversorgungen Bleibatterien von 50 bis 1000 Ah und in der 48-V-Variante Batterien von 25 bis 500 Ah laden.

Alle für den Ladevorgang notwendigen Parameter können über das Bedienterminal individuell eingestellt werden. Gleichermaßen werden alle relevanten Statusmeldungen zu Ladevorgang und -erhaltung angezeigt.

Insbesondere in räumlich weitläufigen Anlagen, wie in der Fördertechnik, kann es vorkommen, dass der Spannungsfall über die Leitung zum Verbraucher so groß wird, dass ein ordnungsgemäßer Betrieb nicht mehr möglich ist. Selbstverständlich bieten alle Geräte des Herstellers die Möglichkeit, die Ausgangsspannung in definierten Bereichen anzupassen. Die Voltage-Sense-Funktion übernimmt diese Aufgabe jedoch automatisch. Über eine Sense-Leitung wird die Spannung direkt an der Last gemessen und bei Bedarf automatisch mit einer Genauigkeit von 10 mV nachgeregelt.

Alle Stromversorgungen der Compact-Familie verfügen über eine Energie-Management-Funktion, mit deren Hilfe es möglich ist, alle relevanten Werte wie Spannung, Strom und Leistung zu erfassen und dem Kunden zur Auswertung zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann der Verbraucher, also die Stromversorgung mit allen angeschlossenen Geräten, bei Nichtgebrauch abgeschaltet werden. Das Stromversorgungssystem bietet standardmäßig zwei, von allen anderen Einheiten getrennte, Analogausgänge mit den normierten Signalen 0-10 V und 4-20 mA. Mit der gemessenen Spannung kann der Anwender weitere Prozessschritte einleiten. Ermöglicht der Prozess ein Abschalten des Leistungszweiges, so reicht ein einfaches Steuersignal zwischen 5 und 24 VDC. ge

Lütze hat seine Netzgeräte-Serie Compact um ein 3-phasiges und regelbares 2400-W-Netzgerät erweitert. Neben der Ausgangsleistung von 100 A verfügt die 2,8 kg schwere Spannungsversorgung über eine abschaltbare Ausgangsspannung, diverse Analogausgänge zur Erfassung der Ausgangsströme und eine integrierte Batterie-Ladefunktion. Zu den technischen Eigenschaften gehört die Unterdrückung von Stromspitzen beim Einschalten, die optionale Parametrierung der Überlastfunktion und die Ausgabe von Störmeldungen. Via Bedien- terminal können alle Funktionen eingestellt und überwacht werden. Über die Versorgungsfunktion hinaus kann die Stromversorgung vielseitigste Controlling- und Managementaufgaben übernehmen. Mit einer Baubreite von 233 mm ist das 100-A-Netzteil bis zu 20 % schmaler als die meisten 40-A-Geräte.

Die Netzqualität und die Zuverlässigkeit der Spannungsversorgung werden laut den Prognosen führender Stromanbieter zukünftig weiter abnehmen. Denn die deutschen Stromnetze sind in ihrem jetzigen Zustand nur bedingt auf den Transport großer Mengen erneuerbarer Energien vorbereitet. Welche Entwicklungen zu erwarten sind, darüber informiert auch die Bundes-netzagentur: