Entwickler oder Planer von AC/DC-Stromversorgungen für Industrie-, Anlagen-, Gebäude- und Prozessautomatisierung, Stromerzeugung und -verteilung, Infrastruktur sowie Daten- und Telekommunikationsanwendungen stehen vor zahlreichen elektrischen, physischen, Bereitstellungs-, Wartungs-, Sicherheits- und Compliance-Herausforderungen. Viele dieser Schwierigkeiten lassen sich jedoch überwinden, indem man sorgfältig ein handelsübliches DIN-Schienen-Netzteil und Sicherungen auswählt, die für die oben genannten Anwendungen ausgelegt sind.
Dieses Dokument gibt einen kurzen Überblick über die Schwierigkeiten, die bei der Verwendung dieser Produkte auftreten. Anschließend werden die auf DIN-Schienen montierten AC/DC- und DC/DC-Netzteile von RECOM Power sowie die Produktlinie mit verschiedenen Sicherungen beschrieben. Diese Produkte ermöglichen eine zuverlässige und sichere Gleichstromversorgung in Industriequalität.
Herausforderungen bei industriellen Stromversorgungen
Das Netzteil für industrielle Anwendungen muss die folgenden Anforderungen erfüllen: kompakte Struktur, Fähigkeit zur Aufnahme verschiedener dreiphasiger Wechselstrom- oder Hochspannungs-Gleichstromeingänge, hoher Wirkungsgrad, Einhaltung zahlreicher gesetzlicher Anforderungen, Unterstützung des Parallelbetriebs für Redundanz, leistungsstarke Benutzer- und Systemschutzfunktionen. Darüber hinaus müssen solche Netzteile Leistungsspezifikationen über einen weiten Temperaturbereich mit ausschließlich passiver Kühlung erfüllen, robust sein, eine lange mittlere Ausfallzeit (MTBF) aufweisen und bei Bereitstellung und Wartung kostengünstig sein.
Die für diese Anwendungen erforderlichen Betriebsbedingungen schließen die Durchführbarkeit kundenspezifischer Designs und Rahmenspezifikationen aus. Daher werden Netzteile und Sicherungen für die DIN-Schienenmontage bevorzugt. Die aktuellen Schwierigkeiten haben sich auf eine umsichtige Auswahl zur Erzielung einer Anwendungsoptimierung konzentriert.
Stromversorgung: aus der Verpackung
Die entscheidende Rolle von Netzteilen für die Systemintegrität wird oft übersehen. Der zentrale Ausgangspunkt des Netzteildesigns ist die Verpackung, die sich direkt auf die elektrische, mechanische und thermische Leistung im industriellen Umfeld auswirkt. Daher ist das Industrienetzteil in fast allen Fällen für die Standard-DIN-Schienenmontage ausgelegt (Abb. 1).
Industrieller Schaltschrank mit verschiedenen Modulen montiert auf DIN-Schiene
Abbildung 1: Industrieller Schaltschrank mit verschiedenen Modulen montiert auf DIN-Schiene, die einfach von vorne entnommen werden können und jederzeit verkabelt werden können. Bildquelle: Hakaday)
DIN-Schienen werden an der Rückwand oder am Gehäuse des Geräteschaltschranks befestigt. Alle elektrischen Module wie Motorantriebe, Regelkreisregler, Netzteile, Signalschnittstellen, Sicherheitssubsysteme und Kommunikationsschnittstellen sind auf dieser Schiene montiert und alle Strom- und Signalanschlüsse sind von vorne zugänglich.
Die DIN-Schienenlösung bildet einen guten Kontrast zum 19-Zoll-Rack, das mit Verkabelungsanschlüssen an der Vorder- und Rückseite zum Anschluss von Modulen ausgestattet ist. Dieses Rack wird häufig in Laborinstrumenten und Test-/Messsystemen verwendet. Im Gegensatz dazu sind DIN-Schienen bequemer und praktischer, da häufig eine große Anzahl von Modulen in einem Schrank installiert werden muss, was zu einer unangenehmen Situation aufgrund begrenzter Platzverhältnisse führt.
Viele AC/DC-Netzteile in industriellen Anwendungen verwenden dreiphasige 320-VAC- bis 575-VAC-Leitungseingänge und müssen eine saubere, stabile und transientensichere 24-VDC- oder 48-VDC-Spannung für Lasten wie Motorsteuerungen bereitstellen. Darüber hinaus erfordern viele Anwendungen heute Hochspannungs-Gleichstromversorgungen mit 430 V bis 815 V. Der Einsatz von Gleichstromversorgungen ist ideal für Mikronetz-basierte Anlagenautomatisierungsanwendungen und Lösungen für erneuerbare Energien, einschließlich Biogas-, Photovoltaik- und Windenergieanlagen.
Um die anspruchsvollen Anforderungen der industriellen Stromversorgung über ein DIN-Schienen-montiertes Netzteil zu erfüllen, können Entwickler das dreiphasige AC/DC-Netzteil der RACPRO1-Serie von RECOM Power verwenden. Diese Netzteilserie kann auch für Hochspannungs-Gleichstromeingänge verwendet werden.
Beispielsweise haben RAC1-T240/24, RAC PRO1-T480/24 und RAC PRO1-T960/24 (Abbildung 2, von links nach rechts) eine Ausgangsleistung von 240 W, 480 W bzw. 960 W und eine Ausgangsspannung von 24 V. Zusätzlich zu diesen Versionen sind Versionen mit 48-V-Ausgang erhältlich, die jedoch ansonsten identisch sind. Darüber hinaus lässt sich die Nennausgangsspannung des Seriennetzteils von 24 V auf 28 V und 48 V auf 56 V einstellen.
RACPRO1-T240/24 (links), RACPRO1-T480/24 (Mitte) und RACPRO1-T960/24 (rechts) DIN-Schienen-Netzteile von RECOM Power
Abbildung 2: Die kompakten DIN-Schienen-Netzteile RACPRO1-T240/24 (links), RACPRO1-T480/24 (Mitte) und RACPRO1-T960/24 (rechts) liefern jeweils 240 W, 480 W und 960 W. Bildquelle: RECOM Power)
Ein wichtiges Merkmal dieser Leistungsmodulserie ist ihre kompakte Form. Konkret hat jedes Leistungsmodul eine Breite von 43 mm, 52 mm und 80 mm (1,69 Zoll, 2,05 Zoll und 3,15 Zoll). Jedes dieser drei Module hat eine Höhe von 135 mm (5,31 Zoll) und eine Tiefe von 140 mm bis 156 mm (5,51 Zoll bis 6,14 Zoll), je nach Modell. Ein wichtiges Merkmal dieser Module für Installateure und Techniker ist die Verwendung von aufsteckbaren Käfigklemmen mit +25°-Steckanschlüssen für eine schnelle und einfache Demontage ohne Werkzeug.
Die RACPRO1-Serie verfügt über einen hohen Wirkungsgrad, der die Betriebskosten und die Heizleistung senken kann. Daher können ein kleinerer Kühler und eine kleinere Kühlfläche den Kühlanforderungen gerecht werden.
Diese Netzteile erfordern keine Zwangsluftkühlung durch Lüfter oder andere aktive Systeme; Ein weiterer Vorteil in industriellen Umgebungen ist die Verwendung einer vollständig natürlichen Konvektionskühlung. Jedes Leistungsmodul verfügt über zwei unabhängige Luftkanäle, um den „Stapeleffekt“ zur Kühlung zu maximieren.
Durch ausgeklügeltes Layout und Geräteauswahl erreicht die Serie geringe Größe und hohe Effizienz. Der Wirkungsgrad des Netzteils RACPRO1-T960/24 beträgt 96 %; Die Wirkungsgrade der Netzteile RACPRO1-T240/24 und RACPRO1-T480/24 betragen 94,1 % bzw. 95 %. Darüber hinaus können diese Netzteile zwar Hunderte von Watt abgeben, benötigen aber im Leerlauf nur etwa 1 W.
Dank ihrer hervorragenden Effizienz und Kühlung halten diese Netzteile hohen Betriebstemperaturen stand. Das Netzteil W RACPRO1-T960/24 kann eine Nennausgangsleistung bei Volllast bei Temperaturen bis zu +60 °C liefern; Das 240-W-Netzteil RACPRO1-T240/24 arbeitet bei gleichen Ausgangsbedingungen bei einer etwas höheren Temperatur von +70 °C.
Hohe Temperaturen sind nicht das einzige Problem, das berücksichtigt werden muss, und viele Geräte, beispielsweise HVAC-Geräte für den Außenbereich, sind auch extremer Kälte ausgesetzt. Um diesen Effekt zu beseitigen, beträgt die Nennbetriebstemperatur des RACPRO1-Netzteils - 40 °C.
Elektrische Leistung und Funktion
Stromversorgungen im industriellen Umfeld müssen nicht nur Nennspannungen bei unterschiedlichsten Eingangsspannungen und Lasten bereitstellen, sondern auch über mehr Funktionen verfügen. Weitere wesentliche Leistungsindikatoren sind eine hohe Rückstoßspannungsimmunität, eine stärkere Überspannungsimmunität und die Leistungssteigerungsfähigkeit:
Beim Versorgen oder Abschalten nichtohmscher Lasten wie Motoren wird eine Stromrückführung (auch Rückspeisung genannt) erzeugt und in den Ausgang des Netzteils eingespeist. Unter Rückspülspannungsfestigkeit versteht man die Fähigkeit des Netzteils, der Rückspülspannung standzuhalten. Im RACPRO1-Netzteil verfügt der 24-V-Ausgang über eine Störfestigkeit gegen 35-V-Rückschwingspannung und der 48-V-Ausgang über eine Störfestigkeit gegen 63-V-Rückschwingspannung.
Diese Netzteile verfügen über eine verbesserte 6-kV-Überspannungsimmunität gegen im Netz eingehende Überspannungen und entsprechen den Industrie- und Regulierungsstandards.
Diese Netzteile verfügen über eine Leistungssteigerungsfähigkeit, um den Lastbedarf kurzzeitig zu decken und die Nennausgangsleistung zu überschreiten. Beispielsweise kann das Hochleistungsnetzteil RACPRO1-T960/24 die Leistung für 6 Sekunden (s) auf 150 % erhöhen und so viele Ausfälle aufgrund vorübergehender Lastbedingungen vermeiden.
Ein weiteres benutzerfreundliches Merkmal der 480-W- und 960-W-Netzteile RACPRO1 ist die Verwendung einfacher vertikal angeordneter LED-Streifen (Abbildung 3), um die tatsächliche Ausgangsleistung des Netzteils als Prozentsatz seiner Nennausgangsleistung anzuzeigen.