DC-DC-Wandler / Phoenix Contact Strom und Spannung alleine reichen nicht

Dass ein DC-DC-Wandler einfach nur zuverlässig Strom und Spannung bereitstellt, ist mittlerweile in vielen industriellen Anwendungen zu wenig. Immer häufiger wünschen sich Anwender erweiterte Funktionen.

Besonders in der Industrie steigen die Anforderungen an DC-DC-Wandler, wie sie üblicherweise in der Prozessindustrie, im Schiffbau oder in Windkraftanlagen eingesetzt werden. Daher verwundert es nicht, dass neben den Hauptfunktionen eines DC-DC-Wandlers – galvanische Isolation oder Auffrischen von Spannungen am Ende langer Leitungen – immer häufiger erweiterte Funktionen im Fokus des Anwenders stehen.

Sie fragen nach Stromversorgungen, die zum Starten schwerer Lasten eine Leistungsreserve bieten. Auch eine präventive Funktionsüberwachung und eine freie Wahl der Anschlusstechnik werden immer interessanter, um Installations- und Servicekosten zu minimieren. Auf all das haben die Entwickler bei Phoenix Contact bei der neuen Generation der DC-DC-Wandler der Quint-Serie geachtet (Bild 1).

Starke Ausgangsseite

Mit dem statischen und dynamischen Boost sowie mit der SFB-Technik (Selective Fuse Breaking) ist die Ausgangsseite der neuen DC-DC-Wandler wesentlich stärker als die Vorgängergeneration. Ist etwa eine bereits in Betrieb stehende Anlage zu erweitern, muss man nicht in jedem Fall abschalten oder auf den nächstgrößeren DC-DC-Wandler zurückgreifen. Möglich macht dies eine statische Leistungsreserve in Höhe von 25 % der Nennausgangsleistung, die dauerhaft bis zu einer Umgebungstemperatur von +40 °C abgerufen werden kann. Somit kann beispielsweise ein Wandler mit nominal 10 A Ausgangsstrom bis zu dieser Temperatur auf Dauer 12,5 A liefern.

Im Anlaufmoment eines Elektromotors ist die Stromaufnahme typischerweise um einiges höher als im statischen Zustand. Um diesen zusätzlichen kurzzeitigen Bedarf zu decken, verfügen die neuen DC-DC-Wandler auch über eine dynamische Leistungsreserve. Der dynamische Boost liefert die doppelte Ausgangsleistung für eine Dauer von fünf Sekunden. Dadurch müssen die Anwender den DC-DC-Wandlers nicht für diese kurzzeitige Überlast dimensionieren – für den Nutzer eine hohe Kosten- und Platzersparnis.

In komplexen Anlagen, in denen mehrere Verbraucher parallel an die Wandler angeschlossen sind, ist die SFB-Technik besonders vorteilhaft. Sie stellt für 15 ms den sechsfachen Nennstrom bereit, um handelsübliche Leitungsschutzschalter schnell auszulösen. So lassen sich DC-Stromkreise zuverlässig und wirtschaftlich absichern. Nur der fehlerhafte Strompfad wird abgeschaltet, der Fehler ist eingegrenzt und wichtige Anlagenteile bleiben weiterhin in Betrieb.

Präventive Funktionsüberwachung

Den aktuellen Zustand der DC-DC-Wandler zu kennen ist unumgänglich, wenn es um eine hohe Anlagenverfügbarkeit geht. Die Informationen über den Status der Anlage helfen dessen Betreiber, frühzeitig mögliche Veränderungen im Betrieb zu erkennen und Fehlern vorzubeugen. Daher ist eine präventive Funktionsüberwachung zur Ferndiagnose des Netzteils sinnvoll. Die Ferndiagnose spielt vor allem in schwer zugänglichen Bereichen eine Rolle, wie es etwa bei Windkraftanlagen der Fall ist. Durch die permanente Überwachung von zum Beispiel Spannung und Strom werden kritische Situationen über den frontseitig integrierten LED-Bargraph visualisiert (Bild 1) und dem potenzialfreien Relaiskontakt sowie dem aktiven Signalausgang der Steuerung gemeldet, bevor ein Problem auftritt.

Die Überwachung der Eingangsspannung kommt besonders in Applikationen zum Tragen, in denen der DC-DC-Wandler über eine externe Batterie betrieben wird. Sinkt die Batteriespannung unter einen kritischen Wert, droht die Anlage stillzustehen. Die Quint-Wandler melden dies rechtzeitig und vermeiden somit, dass das System ausfällt.

Anschlusstechnik und Zulassungspaket

Welche Anschlusstechnik bevorzugt wird, schwankt je nach Land und Branche. So ist beispielsweise im Maschinenbau die Schraubanschlusstechnik Standard, während der Schiffbau Anschlussklemmen mit Push-in-Federanschluss bevorzugt. Jetzt kann der Endanwender die Anschlusstechnik bei diesen DC-DC-Wandlern frei wählen. Zur Auswahl stehen Geräte mit Schraubanschlussklemmen und Push-in-Technik (Bild 2).

Nicht selten herrschen extreme Bedingungen, denen Anlagen und Geräte standhalten müssen. Beide Anschlusstechniken sorgen für eine sichere und zuverlässige Verbindung, was unter anderem durch Vibrationsprüfungen mit 2,3 g in allen drei Raumachsen belegt ist. Deshalb steht dem Einsatz der Geräte auch in Windturbinen oder auf Schiffen nichts im Wege.

Die neuen Wandler aus dem Quint-Programm verfügen über ein umfangreiches Zulassungspaket. Für den weltweiten Einsatz wurden die Wandler nach den gängigen IEC- und UL-Standards zugelassen. Durch Zulassungen nach IECEx, ATEX sowie UL HazLoc eignen sie sich auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2. Solche gefährlichen Umgebungen gibt es häufig in der Prozessindustrie, wenn sie leicht entzündliche Stoffe verarbeitet. Durch ihre DNV-GL- und ABS-Zulassung lassen sich diese DC-DC-Wandler auch auf Schiffen einsetzen.

Trotz der Leistungsreserven, dem Funktionsumfang, der parametrierbaren Funktionsüberwachung und der mechanischen Robustheit bieten die neuen Wandler eine deutlich längere Lebensdauer als ihre Vorgängergeneration. Gründe dafür sind zum einen ein verbessertes Schaltungskonzept und zum anderen die gesteigerte Effizienz. Ein Wirkungsgrad von über 94 % führt zu einer geringen Verlustleistung und dadurch zu einer niedrigen Eigenerwärmung der Wandler, was eine höhere Lebensdauer der Geräte bewirkt. Weitere Leistungs- sowie Spannungsvarianten sollen in den nächsten Jahren folgen.