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Isolierte MagI³C Power Module kontrolliert den 24V Industrie Bus


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Großer Spannungsbereich-Grenzen der Eingangsspannung – Grundlegende Überlegungen

Für weitere Überlegungen ist es hilfreich, ein gemeinsames Verständnis der Struktur einer industriellen Anwendung zu haben, beispielsweise welche Spannungen anliegen und warum.

Industrielle Anwendungen sind für lange Verbindungsleitungen zwischen den getrennten Teilen der Anwendung bekannt. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung kann die Länge dieser Verbindungsleitungen im Bereich von einigen zehn Metern liegen.

Abbildung 3 zeigt den Grundaufbau einer Industrieanlage. Die Stromversorgung erfolgt heutzutage über Schaltschränke mit Schalt- oder Trafonetzteilen. Zudem sind Transformator-Netzteile für Anwendungen mit höherer Leistung immer noch üblich. Die getrennten Teile der Anwendungen werden über einen Gleichstrombus versorgt. Vor Ort wird jeder getrennte elektrische Verbraucher über eine Unterverteilung mit 24V verbunden. Es ist einfacher, die 24 V in einem zentralen Schrank zu erzeugen und über einen Gleichstrombus zu verteilen, als die gefährlichen 230 VAC / 400 VAC zu verteilen. Dies reduziert gleichzeitig auch die Anzahl der getrennten Stromversorgungen.

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Abbildung 3: Grundstruktur Industrieanlage
Abbildung 3: Grundstruktur Industrieanlage
© Würth

Basierend auf dieser Struktur gibt es drei Haupteinflussphänomene auf die DC-Busspannung:

  • Die Spannung von der elektrischen Versorgung
  • Störungen des Gleichstrombusses durch parallel verlegte Kabel
  • Spannungsabfälle aufgrund von Stromfluss

Zur Erklärung der unteren Spannungsgrenze wird der stromabhängige Spannungsabfall betrachtet:

Minimale Eingangsspannung - Untergrenze

In der Regel werden die Kabelquerschnitte für den DC-Bus aufgrund von Erfahrung, grober Abschätzung oder mit Hilfe von Tabellen ausgewählt. Es ist zu beachten, dass die häufig verwendete Designbeschränkung für die Kabelauslegung darin besteht, eine Überhitzung zu vermeiden, d.h. der Spannungsabfall der Anschlussleitung wird meist übersehen und daher nicht berücksichtigt. Dieser Spannungsabfall wiederum bedeutet eine Differenz in den Spannungspegeln zwischen dem Ausgang der elektrischen Versorgung (VOUT) und dem Eingang der Anwendung (+VIN).

Zur Veranschaulichung wird eine numerische Beispielrechnung mit realen Werten gezeigt, die so in einer Industrieanlage gängige Praxis sind:

  • 24 V Bus Spannung
  • 4 A Nennstrom
  • Länge der Verbindungsleitung l = 60m
  • Querschnittsfläche A = 0.75 mm2
  • Kupferkabel mit spezifischem Widerstand ϱ equals 0.0172 fraction numerator capital omega m m squared over denominator m end fraction space space

R equals ϱ times l over A space left parenthesis 1 right parenthesis space

R equals 0.0172 fraction numerator capital omega m m squared over denominator m end fraction times fraction numerator 60 space m over denominator 0.75 space m m squared end fraction equals 1.376 capital omega

  • Spannungsabfall V=Stromfluss durch den DC bus I*Kabelwiderstand R  (2)

V equals 4 A times 1.376 capital omega equals 5.504 space V space left parenthesis 2 right parenthesis space

Basierend auf der Kabelquerschnittsfläche A, der Kabellänge l und dem spezifischen Widerstand kann der elektrische Widerstand R mit Hilfe von Gleichung (1) als 1,376Ω berechnet werden. Wenn wir eine 100W-Versorgung betrachten, fließt ein Nennstrom von 4A durch den 24V DC-Bus. Basierend auf Gleichung (2) erhalten wir einen Spannungsabfall über die Verbindungsleitungen. Das bedeutet, dass am Versorgungseingang der Anwendung, z.B. einer SPS, die nominalen 24V nicht bereitgestellt werden können, da sie nur 24V-5,5V=18,5V betragen. Betrachtet man die SPS-Norm IEC 61131-2 genauer, so ist der Eingangsspannungsbereich für die Versorgungsspannung auf 19,2V bis 30V definiert. Bei einer Versorgungsspannung von 18,5V wird die Unterspannungsabschaltung der SPS ausgelöst und der Betrieb gestoppt.

Die untere Betriebsspannungsgrenze von 8V des VISM SIP-8 ermöglicht eine Platzierung in einer Anwendung weit entfernt vom Schaltschrank.

Zusätzlich kann eine Unterspannungs-Erkennungsschaltung installiert werden, die vor einem Eingangsspannungsabfall unter 9V in einer typischen 9V-Anwendung schützt.


  1. Isolierte MagI³C Power Module kontrolliert den 24V Industrie Bus
  2. Großer Spannungsbereich-Grenzen der Eingangsspannung – Grundlegende Überlegungen
  3. Maximale Eingangsspannung - Obergrenze
  4. Power Boost – “Mehr Leistung als Sie erwarten”

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