Stromversorgungen im Schaltschrank

Auch ohne Lüfter zuverlässig

Ohne ihn kommt kaum eine größere Werkzeugmaschine aus, Prozesssteuerungen sowieso nicht. Die Rede ist vom unscheinbaren grauen Schaltschrank, der neben der Maschine oder Anlage steht. Viel Aufmerksamkeit wird den unauffälligen Kameraden selten zuteil, doch sie enthalten Elemente, in deren Konstruktion und Auswahl eine beträchtliche Menge an Ingenieurs-Know-how steckt, beispielsweise die Stromversorgung.

 

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Die in den Schaltschränken enthaltene Stromversorgung versorgt die darin untergebrachten Steuerungen aller Art mit Energie. Sind außerdem elektronische Baugruppen oder Computer Teil der Anlage, so ist sie als Bestandteil einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für das Laden der Akkus zuständig. Oder sie hält die Roboter einer Fertigungsstraße in Betrieb. Produktionsstraßen in der Autoindustrie, Abfüllanlagen für Getränke oder Bühnenantriebe in Theatern - sie alle werden aus Schaltschränken heraus gesteuert, und die Steuerungen wiederum beziehen ihre elektrische Betriebsenergie in aller Regel aus den Netzteilen in den Schaltschränken.

Die Anforderungsliste der Anwender an die Stromversorgung ist meist kurz, aber sie hat es in sich: Funktionieren soll sie - egal was kommt. Und sie soll nicht zu viel von der kostbaren Energie für ihren Eigenbedarf abzweigen, damit die Betriebskosten schön niedrig bleiben und sich das Innere des grauen Schranks nicht über Gebühr aufheizt. Zudem soll sie nicht mehr Platz im Schaltschrank beanspruchen als unbedingt nötig.

Funktionieren - egal was kommt

Was sich in einer Anforderungsliste so einfach liest, kann aber je nach Betriebsumgebung einigen Aufwand bei der Konstruktion der Stromversorgung erfordern. Schließlich muss sie je nach Anwendung mit ganz unterschiedlichen Umgebungsbedingungen zurechtkommen: Vibrationen und Hitze dürfen ihr ebenso wenig etwas ausmachen wie eine staubige Umgebung. Trotz möglicher heftiger Schwankungen bei der Eingangsspannung erlangen die nachgeschalteten Elektronikbaugruppen, dass die Betriebsspannung sehr genau eingehalten wird. Neben der hohen Zuverlässigkeit stehen auf der Anforderungsliste der Kunden zwei weitere Faktoren ganz oben: hoher Wirkungsgrad und ein kleiner Formfaktor mit geringem Gewicht.

Geräte mit hohem Wirkungsgrad produzieren nur wenig Wärme. Ein Gerät, das nur wenig Wärme erzeugt, kann ohne Lüfter auskommen. Und ein Netzteil, das auch unter Volllast kühl bleibt, reduziert darüber hinaus die thermische Belastung seiner Umgebung. Das Gewicht der Stromversorgungseinheit ist deshalb wichtig, weil eine geringe Eigenmasse gleichbedeutend ist mit erheblich niedrigerer mechanischer Belastung der DIN-Schiene durch Gewicht und Vibration. Der taiwanische Hersteller Mean Well (Vertrieb: Emtron electronic) sieht sich als Spezialist für Stromversorgungen, die im harten industriellen Einsatz täglich ihre Zuverlässigkeit unter Beweis stellen. Modelle wie die aktuellen Produktreihen »SDR« und »WDR« zeigen exemplarisch die Trendlinien in der Entwicklung von Netzteilen zum Einbau in den Schaltschrank auf.

So sind beispielsweise die aktuellen Modelle der Serie »SDR-240« um fast die Hälfte kleiner als ihre Vorläufer und belegen daher deutlich weniger Platz auf der DIN-Schiene - ein erheblicher Beitrag zur Kostensenkung im Schaltschrankbau. Trotz dieses kleinen Formfaktors enthalten die Geräte eine Schaltung zur Blindleistungskompensation (PFC, Power Factor Correction). Da die SDR-Serie einen Wirkungsgrad von bis zu 94% hat, kommt sie mit Konvektionskühlung aus; Lüfter sind nicht erforderlich.

Ihren hohen Wirkungsgrad halten die Einbaugeräte bei Umgebungstemperaturen bis zu +50 °C, danach fällt der Wirkungsgrad bis zum Erreichen der maximalen Betriebstemperatur von +70 °C moderat ab. Die Schaltnetzteile können bis auf -30 °C hinunter arbeiten. Mit ihrer GL-Zulassung (Germanischer Lloyd) dürfen die SDR-Geräte auf Schiffen eingesetzt werden. Auch erfüllen sie den Sicherheitsstandard SEMI F47 und eignen sich damit für die Halbleiterproduktion mit ihren besonders hohen Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Weltweit einsetzbar

An ihrem Eingang akzeptieren die Geräte der SDR-Familie Wechselspannungen über einen Bereich von 88 V bis 264 V; die Netzfrequenz kann dabei zwischen 47 Hz und 63 Hz liegen. Damit sind diese Schaltnetzteile weltweit in allen gängigen einphasigen Wechselstromnetzen einsetzbar. Auch Gleichspannungen zwischen 124 V und 370 V lassen sich zur Versorgung verwenden. Ausgangsseitig sind sie für einen Leistungsbereich von 120 W bis 480 W bei Strömen bis maximal 30 A vorgesehen. Höhere Ströme und Leistungen lassen sich durch Parallelschaltung erzielen. Dafür ist die Baureihe »SDR-480P« vorgesehen. Für elektrische Ausgangsleistungen bis 3840 W lassen sich bis zu acht dieser Stromversorgungen parallelschalten.

Für zweiphasige Netze geeignet

Die ebenfalls konvektionsgekühlten Schaltnetzteile der Baureihe WDR sind ähnlich konzipiert. Wie die SDR-Geräte arbeiten sie an einphasigen Netzen, sie lassen sich im Gegensatz zu diesen aber auch an zweiphasige Eingangsspannungen zwischen 180 V und 550 V anklemmen. Auch aus Gleichspannungen zwischen 254 V und 780 V am Eingang können die WDR-Geräte ihre geregelte und geglättete Ausgangsspannung erzielen. Sie wird mit einer Genauigkeit von ±0,5% geregelt. Die WDR-Geräte bieten je nach Ausführung Ausgangsspannungen zwischen 12 V und 48 V; ihre maximale Nennleistung liegt zwischen 120 W und 480 W.

Alle Geräte verfügen über eine reichhaltige Ausstattung. So lässt sich die DC-Ausgangsspannung an der Gerätefrontseite einstellen. Ein DC-OK-Relaiskontakt und eine LED an der Frontplatte melden das Anliegen der korrekten Ausgangsspannung. Gegen Kurzschluss, Überspannung, Überlast und Über-temperatur sind die Geräte durch interne Schutzmaßnahmen abgesichert. Die Geräte haben zu hundert Prozent einen Burn-in-Test durchlaufen. Unterstrichen werden soll das hohe Qualitätsniveau durch eine dreijährige Herstellergarantie.

Über den Autor:

Jörg Traum ist Geschäftsführer von Emtron electronic.