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ST RO MV E RS O RGUNG
ENERGIEVERSORGUNG
www.polyscope.ch
Grundlagen von Stro m v e r s o rg u n g e n
Wichtige Bindeglieder in der
sicheren Automation
Innovationszyklen in der Automatisierungstechnik werden immer kürzer. Die Produkte werden
leistungsfähiger und leben länger. Dies gilt auch für Stromversorgungen – von Transformatoren
und Netzgeräten bis hin zu Überschutzeinrichtungen. Die Auswahl wird schwieriger und
komplexer. Abhilfe und Aufklärungen sind angesagt.
» Peter Bührer
Trafonetzgeräte wandeln Spannungen
Bei Stromversorgungen unterscheidet man
zwischen Wechselstrom- (Transformatoren)
und Gleichstromversorgungen (Netzgeräte).
Letztere untergliedert man in mehrere Schaltungsarten. Die einzelnen Arten der Stromversorgung verfügen über unterschiedliche
Vor- und Nachteile.
Trafonetzgeräte
formen
eine Wechselspannung in beliebige Gleichspannung um, häufig
24 VDC. Wechselspannung wird
– meist mithilfe
eines
Brückengleichrichters – gleichgerichtet, indem man die
negative Halbwelle der Wechselspannung «hochklappt». Dadurch entsteht
eine annähernde Gleichspannung,
die durch einen Kondensator im Ausgangskreis gesiebt wird.
Es gibt Steuer-, Trenn- und
Sicherheitstransformatoren
Transformatoren erlauben die galvanische
Trennung von Stromnetzen. Eine Netzanpassung von z.B. 400 auf 230 VAC trennt
Hauptstromkreis von Steuerstromkreisen
normkonform. Bei Verbrauchern mit hohem
Einschaltstrom und geringen Anforderungen an die Stromversorgung können 24 VAC
(Schutzkleinspannung) oft ausreichen, z.B.
bei Ventilen. Man unterscheidet prinzipiell
zwischen Steuer-, Trenn- und Sicherheitstransformatoren.
Steuertransformatoren(EN 61558-2-2)eignen sich für Anwendungen, in denen induktive Lasten mit geringem Spannungsabfall
am Transformator zu schalten sind, bei
denen doppelte oder verstärkte Isolierung
zwischen Eingangs- und Ausgangskreis allerdings nicht erforderlich ist.
Trenntransformatoren (EN 61558-2-4) eignen sich für Anwendungen, in denen erhöhte Anforderungen wie doppelte oder ver-
Autor
Peter Bührer, Produktmanager Murrelektronik
Fachbereich Power
Eine ideale Stromversorgung sichert
die Anlagenverfügbarkeit und vermeidet
Stillstandszeiten und Produktionsausfälle
stärkte Isolierung zwischen den Stromkreisen durch Einrichtungsbestimmungen oder
Gerätevorschriften gefordert werden.
Sicherheitstransformatoren (EN 615582-6) eignen sich für Anwendungen, in denen erhöhte Anforderungen wie doppelte
oder verstärkte Isolierung gefordert sowie
die Bemessungsausgangsspannung 50 VAC
Wechselspannung oder 120 VDC geglättete
Gleichspannung nicht überschritten werden. Mit Sicherheitstransformatoren werden beispielsweise SELV-Stromkreise (Safety Extra Low Voltage) realisiert.
Längsgeregelte Netzgeräte
empfehlen sich für schnelle
Ausregelzeiten
In längsgeregelten Netzgeräten wird im Anschluss an die Siebung ein zusätzlicher Regler geschaltet, der die gleichgerichtete und
gesiebte Spannung in ideale Gleichspannung
umformt. Die verwendeten Regelteile bestehen aus Stellglied und Regelverstärker. Das
Stellglied setzt die Differenz zwischen ungeregelter Spannung am Siebkondensator und geregelter Ausgangsspannung in Verlustwärme
um, die sehr hoch ist. Das Stellglied wirkt dabei wie ein schnell veränderbarer ohmscher
Widerstand. Längsgeregelte Netzgeräte eignen sich, wenn hohe Regelgenauigkeit, geringe Restwelligkeiten, schnelle Ausregelzeiten
und genaue Ausgangsspannungen gefordert
sind. Sie werden mit Eingangsspannungen
Polyscope 12-13/11
ENERGIEVERSORGUNG
von 230/400 VAC, Ausgangsspannungen von
5 bis 24 VDC SELV und Strömen von 500 mA
bis 4 A angeboten.
ST RO MVERSO R G U NG
Die bisher beschriebenen Arten von Spannungsversorgungen bieten diverse Hersteller
in üblichen Anwendungen bezüglich Primärspannungen, Sekundärspannungen und Ausgangsströmen standardmässig an. Firmen
wie Murrelektronik verfügen über grosses
Entwicklungs- und Fertigungspotenzial und
können über den üblichen Standard hinaus
spezifische Netzgeräte für unzählige Kundenanforderungen herstellen.
die Anforderungen an
Trafo
die Absicherung der
WechselstromVerbraucher
hoch.
versorgung
Trafo mit
Gleichrichtung
Die Primärschaltregler
Ungeregelte Gleichstromversorgung
sind oft das Herz sol- Spannungsversorgung
Trafo mit Gleichrichcher Systeme. Primärtung und Siebung
Gleichstromschaltregler
überwaversorgung
chen elektronisch die
Längsgeregelte
Netzgeräte
Ausgangsspannung und
Geregelte Gleichstromversorgung
den
Ausgangsstrom. Prinzipdarstellung der
Primär getaktete
Schaltnetzteile
Bei einem Kurzschluss- unterschiedlichen Stromversorgungen
oder Überlastfall kann
es vorkommen, dass
nachgeschaltete Schutzorgane (z.B. Leitungsschutzschalter) träger
sind als das Netzgerät
und so keine Selektivität gewährleistet ist.
Dies kann zu kritischen
Situationen wie Spannungseinbrüchen oder
sogar Leitungsbränden
Die MICO-Baureihe
führen. Dieser Effekt
überwacht Ströme, signalässt sich vermeiden,
lisiert Grenzlasten, erkennt
indem man intelligente
Überbeanspruchungen und verleiht Flexibilität in der
StromverteilungssysteVerdrahtungstopologie
me als unverzichtbarer
Bestandteil für die Absicherung von Stromversorgungssystemen von Steuerungs- und Automatisierungssysteeinsetzt. Die MICO-Baureihe überwacht Strö- men, sie bilden das Herz eines jeden Schaltme, signalisiert Grenzlasten, erkennt Überbe- schranks. Mithilfe von Transformatoren
anspruchungen und verleiht Flexibilität in der werden unterschiedliche Netzformen an die
Verdrahtungstopologie.
Anforderungen der Anwendung angepasst.
Für die Versorgung von Steuerungen und
Sensoren kommen weltweit niedrige SekunPuffermodule gestatten kontrolliertes
därspannungen zum Einsatz. Die EN 60204
Abschalten von Steuerungen
Puffermodule überbrücken kurze Span- schreibt hier die Verwendung von Steuernungseinbrüche, die durch Netzausfälle transformatoren bzw. Netzgeräten mit galentstehen. Die Überbrückungszeit beträgt vanischer Trennung vor. Spezialisten wie die
bis zu 200 ms bei 20 A. Dies reicht aus, um Murrelektronik, welche über ein weltweites
80 Prozent aller Spannungseinbrüche zu Vertriebsnetz verfügen, kennen die Anforüberbrücken, da diese nicht länger andauern. derungen an die Energieversorgungen im
Bei geringerem Strom erhöht sich die Über- Niederspannungsbereich und die Trends. Dabrückungszeit. Puffermodule erlauben zudem raus entwickeln und produzieren wir laufend
das kontrollierte Abschalten von Steuerungen. standardisierte Geräte wie auch kundenspeSo lassen sich Betriebszustände sicher spei- zifische Konfigurationen weiter. In einer bechern und bei einem Neustart einer Anlage wegten Welt, wo auch die Innovationszyklen
lässt sich der alte Zustand wieder herstellen. immer schneller werden, bleiben wir mit
Puffermodule arbeiten mit wartungsfreien Spannung dran.
Kondensatoren, nicht mit Bleiakkumulatoren.
MICO – die intelligente Stromverteilung
Zusammenfassung
In komplexen Stromversorgungssystemen
mit einer Vielzahl von Komponenten sind
Transformatoren und Netzgeräte sind wichtige Bindeglieder in der Energieversorgung
Primärschaltregler – primär getaktete
Schaltnetzteile
Die Anforderungen an Stromversorgungen wachsen ständig. Der Fokus liegt auf
der Funktionssicherheit von elektrischen
Steuerungen und auf dem sicheren Betrieb
automatisierter Anlagen. Die Problematik
unzuverlässiger Netzversorgungen ist ein
Unsicherheitsfaktor, insbesondere im Export.
Spannungs- und Lastschwankungen sowie
Netzeinbrüche und kurzfristige Netzausfälle
führen zu reduzierten Produktlebenszeiten
und Stillstandszeiten. Mit dem Einsatz von
geregelten Netzgeräten lassen sich die gewachsenen Anforderungen bewältigen. In
Primärschaltreglern wird Primärspannung
zunächst gleichgerichtet, gesiebt und hochfrequent zerhackt. Mit einem Übertrager wird
hochfrequente Spannung in niedrige Sekundärspannung transformiert und dann elektronisch stabilisiert. Sekundärspannung ist
somit ebenso gleichgerichtet, gefiltert, gesiebt
und nach EN 60950-1 galvanisch getrennt.
Gleichspannungswandler –
DC/DC-Wandler
Mit Gleichspannungswandlern formt man
vorhandene Gleichspannung in beliebige
andere Gleichspannung um. Sie bestehen
primärseitig aus einem Transformator und
sekundärseitig aus einem Gleichrichter. Der
primärseitige Transformator wird in schnellem Rhythmus geschaltet, die Gleichrichterschaltung auf der Sekundärseite formt
die Eingangsspannung in eine gewünschte
Gleichspannung am Ausgang um.
Kundenspezifische Anforderungen
Polyscope 12-13/11
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Infoservice
Murrelektronik AG
Hardmorgenweg 19, 8222 Beringen
Tel. 052 687 27 27, Fax 052 687 27 17
info@murrelektronik.ch, www.murrelektronik.ch
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