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Stromversorgungen für die Hutschiene

Konzepte mit Batterie- oder Elko-Speicher

20. Dezember 2021, 11:30 Uhr | Engelbert Hopf

Kondensatorgestützt überbrücken die beiden Puffermodule DBM20 und ZBM20 Ausfälle der Eingangsspannung eines 24-V-DC-Netzteils im Zeitbereich von 250 beziehungsweise 380 ms.

Kompakte unterbrechungsfreie Stromversorgungslösungen für die Hutschiene bietet Hy-Line Power Components mit verschiedenen Energiespeicherlösungen von TDK-Lambda und von Adel System an.

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Vor Kurzem hat Hy-Line Power Components die beiden Puffermodule DBM20 und ZBM20 von TDK-Lambda in sein Vertriebsprogramm aufgenommen. Einsetzen lassen sich die wartungsfreien, kondensatorgestützten Puffermodule mit den Open-Frame-Stromversorgungen der CUS-Serie und den DIN-Netzteilen der DRx-Serie von TDK-Lambda. Auch ein Einsatz mit beliebigen anderen Fabrikaten ist möglich. Überbrücken lassen sich mit den Modulen Ausfälle der Eingangsspannung von 250 beziehungsweise 380 ms.

Damit eignen sich die Puffermodule vor allem für die Bereitstellung kurzzeitiger Überbrückung oder Spitzenleistung für Lasten, die an ein AC/DC-Netzteil angeschlossen sind. Es kann eine zusätzliche Überbrückungszeit von 250 ms bei 448 W Ausgangsleistung geliefert werden. Möglich sind aber beispielsweise auch 250 ms bei einer 2,5- oder 4-A-Last oder 14 Sekunden Ausfallüberbrückung bei 0,25 A.
Durch die verlängerte Überbrückungszeit ist ein sicheres Herunterfahren der Geräte möglich. Auch wird ein möglicher Datenverlust bei einer Unterbrechung der Wechselstromversorgung verhindert. Zu den möglichen Anwendungsbereichen der beiden Module gehören die industrielle Automatisierung, Robotik und die Halbleiterfertigung.

Um ein unbeabsichtigtes Entladen der gespeicherten Energie zu vermeiden, lässt sich der Ausgang mittels einer Remote-on/off-Funktion sperren. Zur Fernüberwachung stehen dem Anwender sowohl ein DC-OK-Relais als auch Optokoppler-Ausgänge zur Statusüberwachung zur Verfügung. Um noch längere Pufferzeiten ermöglichen zu können, lassen sich mehrere der Puffermodule parallelschalten.

Als Energiespeicher kommen in den beiden Hutschienen-Modulen von TDK-Lambda Elektrolytkondensatoren anstelle von Batterien zum Einsatz. Durch diese Entscheidung hinsichtlich des Energiespeichers, entfallen regelmäßige Wartungsintervalle zum Batterietausch, und die Zuverlässigkeit der Puffermodule wird deutlich gesteigert. Mit DC/DC-Wandlern wird dabei die Speicherkapazität erhöht, und die Ausgangsspannung konstant gehalten.

Zu den Sicherheits-Features zählen eine Einschaltstrombegrenzung und verschiedene interne Sicherungen. Zugelassen sind die beiden Puffermodule nach IEC/UL/CSA/EN 62368-1 mit CE-Kennzeichnung gemäß den Niederspannungs-, EMV- und RoHS-Richtlinien.

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Im Fall des Modells mit dem 24-V-Ausgang kann der Anwender mit einem Schalter zwischen zwei Betriebsmodi wählen. Im »fixed Mode« liefert das Modul Energie, sobald die Eingangsspannung auf eine fixe Schwelle von 22,4 V absinkt. Im »variable Mode« liefert das Modul hingegen bereits Energie, sobald die Eingangsspannung um 1 V einbricht. Insgesamt sind hier Eingangsspannungen von 23 bis 30 V (DC) zulässig. Ohne Leistungsminderung einsetzbar sind die beiden Puffermodule im Arbeitstemperaturbereich von -20 bis +70 °C.

Eine andere Möglichkeit, mit kurzen Spannungseinbrüchen umzugehen, bieten die ebenfalls zum Vertriebsprogramm von Hy-Line Power Components gehörenden All-in-one-DC-USV von Adelsystem. Die All-in-one-USV-Lösung bietet neben der eigentlichen USV-Logik auch ein Netzteil und ein Batterieladegerät. Auch die Back-up-Batterien lassen sich mit auf die Hutschiene montieren. Auf diese Weise lässt sich statt nur eines klassischen Hutschienen-Netzteils auch an gleicher Stelle eine komplett ausfallsichere Hutschienen-Stromversorgung realisieren.

Jedoch sind die USVs nicht zur Versorgung einer kompletten Produktionsanlage gedacht, sondern nur dazu, einzelne Subsysteme zur Steuerung auch bei Netzinstabilitäten oder – ausfall in Betrieb zu halten. Dabei entfallen die unnötigen Umwege klassischer USVs, die zunächst aus Gleichspannung wieder Netzwechselspannung erzeugen. Auch führt eine Störung an der Batterie bei vorhandener Eingangsspannung nicht zum Abschalten der Ausgangsspannung. Zudem wird der Ladestrom je nach Leistungsbedarf des Verbrauchers dynamisch gesteuert: Bei geringer vom Verbraucher entnommener Leistung wird mehr zur Ladung der Batterie abgezweigt.

Flexibel konzipiert, kann das System sowohl mit Blei-, Nickel-Cadmium als auch mit Lithium-Ionen-Akkus zusammenarbeiten, diese laden, managen und kotrollieren. Dabei wird Tiefentladung verhindert und die Ladung der aktuellen Umgebungs- und Zellentemperatur angepasst. Ebenso werden Verpolung, Kurzschluss einzelner Zellen und erhöhter Innenwiderstand erkannt. Spezielle Battery-Care-Funktionen wie Diagnose und unterschiedliche Ladung je nach Zustand verlängern das Leben der eingesetzten Batterien.

Es ist möglich, voll ausgebaute DC-UPS mit Modbus RTU zur Remote-Monitoring-Kommunikation mit dem Bedienfeld und Webserver DPY351 zu koppeln. Damit stehen über RS485, SNMP und Ethernet TCP/IP Logfunktionen, Monitoring, Alarmbenachrichtigung und zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten zur Verfügung. Auf der Eingangsseite arbeiten die All-in-one-USV-Lösungen von Adelsystem mit Eingangsspannungen von 115 bis 230 V (AC).