Netzteile

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Stand: 2.4
Seite 2
Kleinspannungen
Spannungsarten
Wechselspannung - AC
Höhe/Betrag und Polarität ändern sich
ständig.
Gleichspannung - DC
Höhe/Betrag und Polarität ändern sich
nicht.
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Seite 3
Kleinspannungen
Wechselspannung - AC
Eine elektrische Größe, deren
Werte sich im Verlauf der Zeit
regelmäßig wiederholen.
Die Wechselspannung ändert
periodisch seine Polarität
(Richtung) und seinen Wert
(Spannungshöhe).
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Stand: 2.4
Seite 4
Kleinspannungen
Gleichspannung - DC
Eine elektrische Größe, deren
Wert sich im Verlauf der Zeit
nicht ändert.
Die Gleichspannung ändert
nicht ihre Polarität (Richtung)
und ihren Wert (Spannungshöhe).
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Seite 5
Kleinspannungen
Kleinspannungen
SELV
Safety Extra Low Voltage
Schutzkleinspannung ungeerdet.
Schutzklasse III, Isolierung muss 500 V Prüfspannung mindestens eine Minute aushalten.
PELV
Protective Extra Low Voltage
Schutzkleinspannung geerdet.
Früher „Funktionskleinspannung mit sicherer
Trennung“,
Trenntrafo (sekundär nur ein Verbraucher erlaubt),
Erdung/Schutzleiter.
FELV
Functional Extra Low Voltage
Früher „Funktionskleinspannung ohne sichere
Trennung“
Kleinspannung ohne besondere Maßnahmen.
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Seite 6
Kleinspannungen
SELV
Schutzkleinspannung (SELV)
„Safety Extra Low Voltage“ - nennt man
Spannungen, die von der normalen
Netzspannung galvanisch getrennt sind und
deren zulässige Spannungen 25V Wechselbzw. 60V Gleichspannung nicht übersteigt.
Galvanische Trennung bedeutet das zwei
Stromkreise werden elektrisch völlig voneinander getrennt sind. Vom Geräteeingang zum ausgang besteht keinerlei direkte Verbindung
über ein leitendes Material wie Eisen oder
Kupfer.
Die Übertragung der Energie von einem in den
anderen Stromkreis wird in den meisten Fällen
mit Hilfe eines Transformators realisiert.
Transformatoren erfüllen nur dann die
Anforderungen einer SELV Spannung, wenn
gegen das Versagen der Isolierung zwischen
Primär- und Sekundärseite eine doppelte
Sicherheit besteht.
Um dies zu gewährleisten, müssen Transformatoren eingesetzt werden die eine doppelte
oder verstärkte Isolierung vom primär- zum
sekundär Kreis aufweisen.
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Seite 7
Kleinspannungen
PELV
Geerdete SELV
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Seite 8
Kleinspannungen
Übliche Spannungsgrößen
Wechselspannung
6,0 V
24,0 V
110,0 V
230,0 V
400,0 V
Gleichspannung
Wohnung Signalanlage
Steuerspannung
Versorgungsnetz USA
Versorgungsnetz BRD
Versorgungsnetz BRD
1,2 V
1,5 V
4,5 V
5,0 V
6,0 V
9,0 V
12,0 V
24,0 V
48,0 V
110,0 V
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Akku
Batterie
Batterie
TTL
Blockbatterie
Autobatterie PKW
Autobatterie LKW
Steuerstromkreise in
der Industrie
Steuerstromkreise in
der Industrie
Not-Versorgungsnetze
Stand: 2.4
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Kleinspannungen
Energieversorgung
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Seite 10
Kleinspannungen
Energieversorgung
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Seite 11
Kleinspannungen
Energieversorgung
Energieversorgungsunternehmen liefern Wechselspannung.
Drehstrom in hohen Spannungen (3phasig, 400.000 VAC).
Umspannstationen bis zum Abnehmer.
Industrie arbeitet mit AC und DC.
Gleichspannung häufig in kleinen Werten, z. B. 24 VDC.
Gleichspannung meist aus Wechselspannung.
Gleichrichter oder Netzteile mit Gleichrichter.
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Kleinspannungen
Transformation von Wechselspannungen
Kleine Wechselspannungen erfordern lediglich
entsprechende Transformatoren.
Erst sehr große Transformatoren, dann kleine.
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Seite 13
Kleinspannungen
Transformator - Standardausführung
Primärseite
Hohe Spannung (U1)
Kern mit
Eisenblechen
Sekundärseite
Niedrige Spannung (U2)
Galvanische Trennung
Primärwicklung (N1)
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Sekundärwicklung (N2)
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Übersetzungsverhältnis:
U1 N1
--- = --U2 N2
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Kleinspannungen
Galvanische Trennung
Magnetfluss
Φ
Kern mit
Eisenblechen
Galvanische Trennung
Φ
Primärseite
Sekundärseite
Galvanische Trennung bedeutet, dass
zwei Stromkreise elektrisch völlig voneinander getrennt sind.
Vom Geräteeingang zum -ausgang besteht keinerlei direkte Verbindung über
ein leitendes Material wie Eisen oder
Kupfer.
Einfache galvanische Trennungen erfolgen per Transformator mit separaten
Wicklungen und Eisenkern über den
Magnetfluss.
Weitere einfache Möglichkeit sind so
genannte Optokoppler. Sie dienen auch
der 'rückwirkungsfreien Signalübertragung'.
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Kleinspannungen
Transformation und Gleichrichtung
Kleine Gleichspannungen erfordern ebenfalls Transformatoren.
Daran anschließend eine Gleichrichtung.
Aus Wechselspannung (AC) wird Gleichspannung (DC).
Oder direkt eine DC-Quelle (z. B. Batterie).
Gleichrichter/Netzteil
oder
Wechselspannung
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Transformator
Gleichrichter
Gleichspannung
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Gleichrichtung
Klassisch
Wechselspannungsmotor treibt Gleichstromgenerator an (Umformer).
Rotierende mechanische Gleichrichter für
Hochspannung (Kontaktumformer).
Quecksilberdampfgleichrichter.
Elekroröhren.
Gleichrichterdioden (und Ladekondensator).
Modern
Transistor als Längstregler.
Schaltnetzteil.
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Netzteilarten
Transformatornetzteile
Transformator, Dioden und
Ladekondensator.
Transformator, Transistor
und Ladekondensator.
Schaltnetzteile
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TransformatorNetzteile
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Transformatornetzteil
Gleichrichter/Netzteil
Wechselspannung
Netzteile
Transformator
Gleichrichter
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Gleichspannung
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Seite 20
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Gleichrichtung
Klassische Gleichrichtung
Einweggleichrichtung
Zweiweggleichrichtung
Brückengleichrichtung
Drehstromgleichrichtung
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Seite 21
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Einweggleichrichtung
Mit
Ohne
Ladekondensator
Ladekondensator
CL CL
+
CL
RL
≈ 1000 µF pro Ampere
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Seite 22
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Einweggleichrichtung
Ohne Ladekondensator CL
+
CL
RL
≈ 1000 µF pro Ampere
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Seite 23
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Einweggleichrichtung
Mit Ladekondensator CL
+
CL
RL
≈ 1000 µF pro Ampere
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Seite 24
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Mittelpunktgleichrichtung
MitLadekondensator
LadekondensatorCC
Ohne
LL
+
CL
Netzteile
RL
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Seite 25
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Mittelpunktgleichrichtung
Ohne Ladekondensator CL
+
CL
Netzteile
RL
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Seite 26
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Mittelpunktgleichrichtung
Mit Ladekondensator CL
+
CL
Netzteile
RL
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Stand: 2.4
Seite 27
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Brückengleichrichtung
Ohne
Ladekondensator
Mit
Ladekondensator
CL
+
CL
Netzteile
RL
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Seite 28
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Brückengleichrichtung
Ohne Ladekondensator
+
CL
Netzteile
RL
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Seite 29
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Brückengleichrichtung
Mit Ladekondensator CL
+
CL
Netzteile
RL
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Stand: 2.4
Seite 30
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Drei-Phasen-Gleichrichtung
Ladekondensator CL nicht
unbedingt erforderlich
+
RL
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Stand: 2.4
Seite 31
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Restwelligkeit - Brummspannung
Einweggleichrichtung
fBrumm: 50 Hz
Brückengleichrichtung
fBrumm: 100 Hz
Netzfrequenz: 50 Hz
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 32
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Restwelligkeit - Brummspannung
fBrumm: 50 Hz
Nach einer Gleichrichtung fließt der
Strom nur noch in eine Richtung.
Es liegt eine gewisse Restwelligkeit vor
(pulsierende Gleichspannung).
Sie kann 100 % betragen.
Frequenz fBrumm: bis 100 Hz.
Pulsierende Gleichspannung verursacht das "Brummen" von Verbrauchern mit Spulen und Eisenkern.
Durch einen gepolten Ladekondensator kann die Restwelligkeit stark vermindert werden.
fBrumm: 100 Hz
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 33
Transformatornetzteile - Klassische Gleichrichtung
Eigenschaften der klassischen Gleichrichtung
Einfacher Aufbau.
Preiswert.
Robust.
Hohe Leistung möglich.
Nicht kurzschluss- und überlastfest.
Hohe Restwelligkeit möglich - damit hohe
Brummspannung.
Transformator verursacht schlechten Wirkungsgrad.
Ladekondensator empfohlen.
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Stand: 2.4
Seite 34
Transformatornetzteile - Transistor-Gleichrichtung
Transistor-Gleichrichtung - Spannungsregelung
Linear geregelt
+
CL
RL
Kühlung des Transistors
erforderlich
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Stand: 2.4
Seite 35
Transformatornetzteile - Transistor-Gleichrichtung
Eigenschaften der Transistor-Gleichrichtung
Einfacher Aufbau - trotz Elektronik.
Preiswert.
Robust.
Hohe Leistung möglich.
Kurzschluss- und Überlastfest.
Keine Restwelligkeit - keine Brummspannung - frei von Störimpulsen.
Transformator und Transistor verursachen schlechten Wirkungsgrad.
Ladekondensator empfohlen.
Große Ausmaße, schwere Bauteile.
Ungenutzte Abwärme.
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Stand: 2.4
Seite 36
Transformatornetzteile - Transistor-Gleichrichtung
Transformatornetzteile mit Zusatzfunktionen
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 37
SchaltNetzteile
Schaltnetzteile
Bestimmungsgemäße Verwendung
Schaltnetzteile
Geregelte 24 V DC.
Für industriellen Steuerungen,
Sensoren, Aktuatoren oder Messeinrichtungen.
Einbau in trockene, geschlossene
Umgebung.
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 39
Schaltnetzteile
Blockschaltbild eines Schaltnetzteils
DCok
Funktion
DCok
Typ. Schaltfrequenz: 73 kHz
L
N
Sicherung
und
Eingangsfilter
Gleichrichter
LeistungsFaktor-Überwachung
Spannungsumformer
DC
+
Ausgangsfilter
24V DC
-
PE
Spannungsregler
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Stand: 2.4
Seite 40
Schaltnetzteile
Prinzip der Spannungsbildung
L1
Ü1
G1
C1
D1
C2
24V DC
N
S1
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Stand: 2.4
Seite 41
Schaltnetzteile
Prinzip der Spannungsbildung
L1
N
Ü1
G1
D1
C1
C2
24V DC
G1: Gleichrichter der Primärseite.
C1: Ladekondensator - Glättung der Primärseite.
Ü1: Übertrager - galvanische Trennung.
S1: Taktschalter.
D1: Gleichrichtung der Sekundärseite.
C2: Ladekondensator - Glättung.
Die typische Schaltfrequenz von S1 liegt bei
etwa 73 kHz.
Durch Veränderung der Einschaltdauer (PulsWeiten-Modulation - PWM) von S1 kann die
Spannungshöhe variiert werden.
Die Ausgangsspannung der Sekundärseite wird
rückgekoppelt, um die PWM zu beeinflussen
(Regelkreis).
S1
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Stand: 2.4
Seite 42
Schaltnetzteile
Betrieb
Schaltnetzteile
Besondere Eigenschaften der ifm-Schaltnetzteile
Meldekontakt DCok.
Weiter Eingangsspannungsbereich.
Dauerkurzschlussfest.
Überlastfest.
Leerlauffest.
Regelgenauigkeit ± 2 %.
Hoher Wirkungsgrad.
Netzausfallüberbrückung bis 200 ms.
Niedriges Gewicht.
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Stand: 2.4
Seite 44
Schaltnetzteile
Schaltnetzteil - Meldungen
Kontakt
DC ok
LED DC
overload
LED
DC ok
Ausgangsspannung
Kontakt DC ok:
Potentialfreier Relaisausgang (NO).
Alles in Ordnung - Kontakt
geschlossen.
Kontakt geöffnet bei:
Überlast.
Kurzschluss.
Überspannung (extern).
Keine Eingangsspannung.
Interner Gerätefehler.
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Seite 45
Schaltnetzteile
Großer Eingangsspannungsbereich
240 VAC
Nennspannung:
230 VAC
24 VDC
100 VAC
Beispiel: DN3012
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Stand: 2.4
Seite 46
Schaltnetzteile
Einstellbare Ausgangsspannung
BasicLine, mittels 270° Potentiometer: 24 … 28 V.
ClassicLine, mittels Mehrgangpotentiometer: 24 … 28 V.
Restwelligkeit: 50 mV
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 47
Schaltnetzteile
Leerlauf, Kurzschluss, Überlast
Leerlauffest
Sie starten ohne Mindestlast.
Kurzschlußfest
Im Kurzschlussfall fließt maximal der Nennstrom, bei
minimaler Ausgangsspannung.
Überlastfest
Intelligente Leistungsreserve. Nach der Boostzeit verhält
sich das Netzteil wie im Kurzschlussfall.
Die Netzteile schalten nicht ab und laufen ohne RESET
wieder an.
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Stand: 2.4
Seite 48
Schaltnetzteile
"Extra Strom" für Sekunden …
Intelligente Leistungsreserve - Power Boost
ca 17 Sekunden bei 115 % Überlast
Prozentuale Belastung
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 49
Schaltnetzteile
Einschaltstrombegrenzung
Der Einschaltstrom kann für kurze Zeit ein Vielfaches
des Nennstromes betragen.
Einschaltstrom muss begrenzt werden.
Passive Strombegrenzung mittels temperaturabhängigem Widerstand (ifm nutzt NTC-Thermistor).
Aktive Strombegrenzung.
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Stand: 2.4
Seite 50
Schaltnetzteile
Netzausfallüberbrückungszeit
DN3011 / 2,5 A:
DN3012 / 5 A:
Netzteile
450 ms
205 ms
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Stand: 2.4
Seite 51
Schaltnetzteile
Derating
Derating ist das gezielte Herabsetzen der Leistung.
Nennleistung bis zu einer Umgebungstemperatur von
60 °C.
Über 60 °C keine Nennlast möglich - Derating.
Der Deratingfaktor wird in Prozent pro Kelvin angegeben.
ifm BasicLine Netzteile haben 2 %/Kelvin.
ClassicLine Netzteile 3 %/Kelvin.
Wird die kritische Innentemperatur überschritten,
schaltet das Gerät ab.
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Stand: 2.4
Seite 52
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen zur Leistungserhöhung
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 53
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen zur Leistungserhöhung
Redundantes System ohne Ausfallüberwachung.
Maximal 2 Netzteile parallel schalten.
Nur Netzteile mit gleicher Artikelnummer.
Die Ausgangsspannungen auf den
gleichen Wert einstellen.
Die Leitungen zwischen den Netzteilen
kurz halten.
Bei einer einfachen Parallelschaltung
verteilt sich die Last mehr oder weniger
gleichmäßig auf beide Netzteile.
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 54
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen ohne Überwachung
"Standby"
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 55
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen ohne Überwachung
Um die Lebensdauer des Gesamtsystems zu erhöhen, muss ein Netzteil in
den Ruhezustand versetzt werden.
Dies geschieht dadurch, dass sich die
Spannungseinstellung beider Netzteile
um ca. > 0.7 V unterscheidet.
"Standby"
Das obere Netzteil läuft unter Last.
Das untere Netzteil arbeitet im
"Standby-Mode" und ist unbelastet.
Die Ausgangsspannung (Uout) beträgt
im Normalfall 25 V.
Fällt das obere Netzteil aus, so reduziert sich die Ausgangsspannung auf
24 V.
Ein Ausfall des unteren Netzteiles kann
nicht erkannt werden!
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 56
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen mit Überwachung
"Standby" mit Ausfallerkennung beider Netzteile
"Standby" mit Ausfallerkennung
des unteren Netzteils
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 57
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen mit Überwachung
Nachteilig an der Parallelschaltung zur
Leistungserhöhung und im StandbyBetrieb ist, dass der Anwender keine
Möglichkeit hat, einen vorzeitigen Ausfall des redundanten Netzteiles zu erkennen.
Durch Einfügen einer Diode und Nutzung des DC-o.k.-Ausgangs kann eine
Signalisierung zu einer Steuerung
sichergestellt werden.
"Standby" mit Ausfallerkennung
des unteren Netzteils
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 58
Schaltnetzteile
Parallelschalten von Schaltnetzteilen mit Überwachung
"Standby" mit Ausfallerkennung beider Netzteile
Durch das Einfügen einer weiteren
Diode und Nutzung des DC o.k.-Ausgangs des oberen Netzteils ist es möglich, den Betriebszustand beider Netzteile zu diagnostizieren.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass
im normalen Betriebszustand eine
Verlustleistung an der oberen Diode
abfällt.
Im Falle eines Netzteils mit der ifmArtikelnummer DN3012 (5 A/120 W) sind
das je nach Typ der Diode bei Volllast
zwischen 3,5 W und 4,5 W.
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 59
Schaltnetzteile
Bauformen
Schaltnetzteile
Schaltnetzteil - Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Gerät dient zur geregelten 24 V
DC Spannungsversorgung von
industriellen Steuerungen, Sensoren, Aktuatoren oder Messeinrichtungen.
Es ist für den Einbau in einer trockenen Umgebung vorgesehen (z.B.
Schaltschrank).
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Stand: 2.4
Seite 61
Schaltnetzteile
ifm-Netzteile (1)
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 62
Schaltnetzteile
ifm-Netzteile (2)
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 63
Ende
Netzteile
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Stand: 2.4
Seite 64
Schaltnetzteile
Supply Class 2
Die US-Streitkräfte unterscheiden
zwischen zehn Versorgungsklassen.
Die NATO benutzt nur die ersten fünf.
Klasse I - Existenz (Lebensmittel),
kostenlose (freie) Gesundheits- und
Toilettenartikel.
Klasse II - Kleidung, individuelle Ausrüstung, Zeltausrüstung, organisatorische Werkzeugsätze, Handwerkzeuge,
unklassifizierte Landkarten, Verwaltungs- und Haushaltungsversorgung
und -ausrüstung.
Klasse III - Mineralöl, Oil und Schmiermittel (verpackt oder Schüttgut):
Mineralöl, Brennstoffe, Schmiermittel,
Hydraulik- und Isolieröle, Konservierungsstoffe, Flüssigkeiten und Gase,
chemische Massenprodukte, Kühlmittel, Enteisungs- und Frostschutzmittel, Bauteile und Zusatzstoffe aus
Mineralöl und chemischen Produkten
und Kohle.
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Stand: 2.4
Seite 65
Schaltnetzteile
ifm-Netzteile - PFC
„Power Factor Correction“ - Powerfaktorkorrektur oder Leistungsfaktorkorrektur
Die PFC ist eine Möglichkeit, den Eingangsstrom von elektrischen Verbrauchern so zu formen,
daß seine Oberwellen die Maximalwerte der EN 61000-3-2 einhalten.
Zwei Arten der PFC:
Passive PFC
Sie wird mittels einer Drosselspule vor dem Gleichrichter realisiert. Dies ist einfach,
kostengünstig, robust, erzeugt wenig Verluste und läßt sich sehr einfach in bestehende
Konzepte integrieren.
Die PFC stößt jedoch bei leistungsstarken Verbrauchern an ihre Grenzen und muß dann ggf.
durch eine aktive PFC ersetzt werden.
Aktive PFC
Sie ist technisch aufwendiger und teurer darüber hinaus verringert sie die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer des Systems. Sie rentiert sich deshalb in der Regel nur bei
Neuentwicklungen, eine Nachrüstung bestehender System ist meist unwirtschaftlich.
Die aktive PFC vermeidet die Entstehung von Oberwellen nahezu vollständig.
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Stand: 2.4
Seite 66
Schaltnetzteile
ifm-Netzteile - Hiccup-Mode
Hiccup mode:
(wörtlich: Schluckauf-Modus) Eine Betriebsart von Stromversorgungswandlern.
Bei Ausgangsüberlast oder -kurzschluss schaltet der Wandler
kurzzeitig ab, um zyklisch (etwa im Sekundenbereich) immer
wieder neu zu starten und die Behebung der Überlastung
»abzufragen«.
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Stand: 2.4
Seite 67
Schaltnetzteile
Parallelschaltung von Netzteilen (1)
Netzteil ist "parallel schaltbar":
Wenn zwei (evt. auch mehr) dieser Netzteile
parallel geschaltet werden, werden sie hierbei
keinen Schaden nehmen. Entscheidend hierbei
ist die sogenannte Rückeinspeisefestigkeit.
“Parallel schaltbar” sagt aber noch nichts
darüber aus, wie die Netzteile den Laststrom
untereinander aufteilen, oder wie sie sich beim
Start oder bei einem Lastwechsel verhalten.
Stromaufteilung:
Werden zwei Netzteile parallel schaltet und belastet,
kommt es – aufgrund des Funktionsprinzips – meist
zu folgender Erscheinung:
Ein Netzteil übernimmt die volle Last, bis es seine
Strombegrenzung erreicht. Dann übernimmt das
andere Netzteil den restlichen Laststrom.
Erfolgt die Parallelschaltung zu Redundanzzwecken,
und die Netzteile werden aus verschiedenen Quellen
versorgt (z. B. Netz und Batterie), kann dieser Effekt
durchaus erwünscht sein, weil damit eine Energiequelle (Batterie) geschont werden kann.
Dient die Parallelschaltung aber zur Leistungserhöhung, hat die ungleiche Verteilung einen großen
Nachteil:
Wenn ein Netzteil ständig an seiner Leistungsgrenze
arbeitet, verringert sich sowohl seine Zuverlässigkeit
als auch seine Lebensdauer, was mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem vorzeitigen Ausfall des Gesamtsystems führt. In diesem Fall ist es also besser,
wenn die Netzteile den Laststrom gleichmäßig unter
sich aufteilen.
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Stand: 2.4
Seite 68
Schaltnetzteile
Parallelschaltung von Netzteilen (2)
Passive Stromsymmetrierung:
Die Ausgangsspannung wird mit zunehmendem Ausgangsstrom (mehr oder weniger)
leicht reduziert; die Ausgangskennlinie ist entsprechend geneigt oder “weich”.
Bei der Parallelschaltung stellt sich so ein definierter Arbeitspunkt ein.
Wie gleichmäßig die Stromaufteilung ist, hängt
allerdings davon ab, wie die Geräte untereinander verbunden werden und wie nah die
Ausgangsspannungen der Geräte beieinander
liegen.
Verschiedene Netzteile bieten die Möglichkeit,
über einen Jumper die Kennlinie
umzugestellen. Werksseitig voreingestellt ist
die übliche „harte“ Kennlinie für den Einzelbetrieb, bei der die Ausgangsspannung
unabhängig vom Laststrom völlig konstant
bleibt. Für Parallelbetrieb muß der Anwender
nur den Jumper umstecken und erreicht so die
weiche Kennlinie, welche die passive Symmetrierung ermöglicht.
Startverhalten:
Schaltnetzteile benötigen ca. 0,5 s... 2 s zum
„Anschwingen“. Da diese Zeit relativ stark streut,
kann es bei der Parallelschaltung zu folgenden
Startverhalten kommen:
Ein Netzteil läuft schneller hoch als das andere, wird
durch den hohen Laststrom überlastet und schaltet
wieder ab, ehe das zweite Netzteil seinen Anteil
übernehmen kann.
Deshalb gelingt ein solcher Start manchmal erst nach
mehrmaligem Versuch.
Die ifm Schaltnetzteile haben eine Hochlaufzeit von
ca. 0,3 s. Dies ist erheblich kürzer als die Zeitspanne,
nach der die Geräte bei Überlast wieder abschalten
(ca. 1,5 s).
Dadurch laufen die Geräte auch bei Parallelschaltung
auf Anhieb hoch.
Netzteile
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Schaltnetzteile
Parallelschaltung von Netzteilen (3)
Verhalten bei Lastsprüngen:
Schaltnetzteile benötigen zur Versorgung ihrer
Steuerkreise eine interne Hilfsspannung. Diese
Spannung wird beim Start zunächst mit Hilfe der
Netzspannung über einem Kondensator
aufgebaut (daher die bereits erwähnte
Einschaltverzögerung). Sobald der Leistungsteil
des Gerätes arbeitet, übernimmt er die interne
Versorgung.
Werden nun zwei Geräte parallel, aber mit sehr
geringer Last betrieben, schaltet sich bei einem
Gerät der Leistungsteil ab. Hierdurch bricht auch
die interne Hilfsspannung zusammen und muß
wieder – ähnlich wie beim Start – langsam
aufgebaut werden.
Die Folge: Bei einem Lastsprung kann dieses
Gerät erst mit einiger Verzögerung (typ. um die
500 ms) seinen Lastanteil übernehmen, während
das andere Gerät vorübergehend in die
Strombegrenzung geht und dadurch die
Ausgangsspannung einbricht.
In ifm Schaltnetzteilen bleibt auch bei
Parallelschaltung und völligem Leerlauf die interne Versorgung aktiv, so daß selbst in diesem
Fall ein Lastsprung sofort von allen Geräten
gleichermaßen getragen wird.
Netzteile
Verschalten der Netzteile:
Werden zwei (oder mehr) Netzteile parallel geschaltet, sollten folgende
Punkte beachtet werden:
Nur gleiche Geräte verwenden
Zwei unterschiedliche Gerätetypen weisen selten dasselbe Regelverhalten auf und reagieren daher – zumindest bei dynamischen, meist
aber auch bei statischen Lasten – verschieden. Ein Parallelschalten
kann zu ungleicher Stromverteilung, zu Resonanzen und zur Zerstörung von Komponenten führen.
Geräte nebeneinander montieren
Nicht übereinander montieren, da dann das untere Gerät das obere mit
aufheizt (reduziert MTBF und Lebensdauer des oberen Gerätes, evt.
auch Leistungsfähigkeit).
Eingang geeignet absichern
Wenn die Geräte gleichzeitig starten, addieren sich die Einschaltströme.
Ausgang geeignet verdrahten
Wichtig ist, die Ausgangsleitungen in einem Verteiler zusammenzuführen. Die Geräte nicht direkt miteinander verbinden (auch wenn es
die großen Doppelklemmen ermöglichen). Die Anschlussklemmen sind
nicht für einen Strom ausgelegt, der bei Parallelschaltung auftreten
kann.
Alle Ausgänge über gleich lange Leitungen mit gleichem Querschnitt in
einem einzigen Verteiler zusammenführen, damit sich der Arbeitspunkt
nicht durch ungleiche Spannungsabfälle über den Leitungen
verschiebt.
Ausgangsstrom
Es ist zu beachten, dass der maximal entnehmbare Strom immer
kleiner ist als der n-fache Nennstrom. Dies liegt an der nicht ganz
gleichmäßigen Stromverteilung.
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Schaltnetzteile
Parallelschaltung von Netzteilen (4)
Ausgangsdiode? Teil 1
Über eine Seriendiode im Ausgang lassen sich parallel
geschaltete Netzteile voneinander entkoppeln. Nötig ist
dies in folgenden Fällen:
Ausgangsdiode? Teil 2
Internes Abschalten verhindern
Außerdem lässt sich über die Seriendiode auch verhindern, dass aufgrund der Parallelschaltung und einer
geringen Last ein Netzteil seine interne Versorgung
abschaltet (s. „Verhalten bei Lastsprüngen“ oben).
Nicht rückeinspeisefest
Die „Rückeinspeisefestigkeit“ eines Netzteils gibt an,
welche Spannung von außen an den Ausgang des
Netzteils gelegt werden darf, ohne daß Schäden zu
befürchten sind.
Falls durch die Parallelschaltung (oder aus anderen
Gründen) der Ausgang des Netzteils einer höheren
Spannung ausgesetzt werden könnte, ist eine
Seriendiode erforderlich.
Normalerweise ist die Seriendiode nur bei Redundanzbetrieb erforderlich.
In allen anderen Fällen sollte sie nicht verwendet
werden, da sie hier unnötig Verluste erzeugen würde (z.
B. bei 20 A Laststrom immerhin etwa 10 W).
Redundanzbetrieb
Bei Redundanzbetrieb sorgt die Seriendiode dafür, daß
ein defektes Netzteil auf keinen Fall zur Last für die
anderen Netzteile werden kann.
Wenn eine Seriendiode eingesetzt wird, muss sie den zu
erwartenden Strom aushalten und die auftretende
Verlustwärme abführen können .
Netzteile
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