Hilfs-Stromversorgung für Einphasen-Anwendungen und Drehstrom-Anwendungen.

Zuerst eine kurze technische Einweisung: In einer drehstrom-Netzversorgung sind die drei Phasen zueinander um 120° versetzt. Die Spannung zwischen den Phasen ist als Vektordiagramm in Abb. 1 gezeigt. VAB hat eine um den Faktor √3 höhere Magnitude als die Einphasenspannung VA.




In einigen Industrieanwendungen wird die Netzspannung für eine ungeglättete DC-Versorgung gleichgerichtet. Alle standardmäßigen AC/DC-Wandler können mit einer DC-Versorgung arbeiten, wenn diese in ihrem Eingangsspannungsbereich liegt. Der Effektivwert der AC-Spannung ist als die äquivalente DC-Spannung definiert, welche dieselbe Heizwirkung wie die AC-Spannung in einer rein ohmschen Last hat. Der Spitze-Spitze-Wert der AC-Spannung ist tatsächlich deutlich höher als der Effektivwert (Abb. 2). Bei einer Vollwellengleichrichtung der Netzspannung wird die entstehende DC-Spannung um einen Faktor √2 höher als die Nenn-Effektivspannung. Um alle möglichen gleichgerichteten Dreiphasen-AC-Eingangsspannungen abzudecken, muss daher der DC-Eingangsspannungsbereich des Wandlers mindestens bis zu 678V DC reichen.




Um die Anforderungen von Einphasen- und Drehstrom-Anwendungen bei AC-Spannung und gleichgerichteter Spannung gleichermaßen zu erfüllen, hat RECOM Power die Baureihe RAC05-K/480 mit einem extra großen AC-Eingangsspannungsbereich von 85-528V AC und einem DC-Eingangsspannungsbereich von 120V bis 745V DC eingeführt. Die Wandler können mit Wechselspannung oder gleichgerichteter Spannung an Netzspannungen von 100 V AC bis 480 V AC verwendet werden.

Es gibt drei Haupteinsatzgebiete für AC/DC-Wandler mit solch extra großem Eingangsspannungsbereich: Zustandsorientierte Wartung (CBM), intelligente Straßenbeleuchtung sowie gegen Phasenausfall tolerante Industriesysteme.

CBM ist ein eleganter Weg zu sagen: “Nicht reparieren, wenn es nicht kaputt ist!” Wenn Maschinen und Systeme kontinuierlich überwacht werden und alle Werte im Toleranzbereich liegen, müssen keine präventiven Wartungsarbeiten ausgeführt werden. Erst wenn die Indikatoren einen neuen Trend anzeigen (z.B. unerwarteter Temperaturanstieg, Änderung im Schwingungsmuster eines Motor oder ein ungewöhnliches Muster in den Daten), wird eine Untersuchung und ggf. Wartung oder Reparatur ausgeführt.

CBM wird in intelligenten Wartungssystemen (Prognose und Verhinderung statt Ausfall und Reparatur) eingesetzt und ist besonders für kritische Systeme hilfreich, wo ein Ausfall ernste Probleme verursachen könnte. In sehr großen Industrieanlagen kann der Einsatz von CBM die Anzahl der auf Lager befindlichen Ersatzteile sowie die Kosten für eine Wartungsabteilung deutlich senken (weniger Ingenieure können mehr Maschinen am Laufen halten).

Wie bei allen informationsbasierten Systemen erfordert das CBM-Konzept eine regelmäßige Datenübertragung von der überwachten Ausrüstung. Im Beispiel der Zustandsüberwachung eines Motors könnten die Sensoren Temperatur, Schwingungen, Geräusche, Drehzahl und Stromaufnahme messen, um ein exaktes Bild der Motorleistung zu konstruieren. Diese Informationen können kontinuierlich über ein verdrahtetes Feldbussystem oder vorverarbeitet und unregelmäßig über eine drahtlose IoT-Verbindung gesendet werden, um den Datenverkehr zu reduzieren. In jedem Fall ist eine stabile und zuverlässige Niederspannungs-DC-Versorgung für das CBM-Überwachungssystem nötig. Abbildung 3 zeigt ein derartiges System, dass aus zwei Phasen der Drehstromversorgung gespeist wird, da kein Nullleiter vorhanden ist.



Ähnliche lokale AC/DC-Stromversorgungen mit Anschluss zwischen zwei Phasen werden auch für Drehstrom-Leistungsmessung, Ladestationen für Elektroautos sowie Steuer- und Überwachungssysteme für regenerative Energien benötigt.

Die zweithäufigste Anwendung für 380-480V AC/DC-Wandler geringer Leistung ist intelligente Straßenbeleuchtung. Es ist üblich, Straßenlampen mit jedem Lichtmast oder Beleuchtungsabschnitten über zwei der drei Phasen anzuschließen. Dadurch kann die Last gleichmäßig über die drei Phasen verteilt werden. Gleichzeitig würde die Menge der nötigen Kabel verringert. Jeder Lichtmast ist separat mit Erdspieß geerdet, so dass ein weiterer Erdungs- oder Nullleiter nicht erforderlich ist.



Die Lampensteuerung kann per Funk- oder Powerline-Kommunikation zentral koordiniert werden oder die Lampen können autonom sein (in jedem Lichtmast kann ein GPS-Empfänger eingebaut sein, so dass die Lampe Ort, Zeit und Zeiten von Sonnenaufgang und -untergang (bürgerliche Dämmerung) kennt, da diese als Teil der astronomischen GPS-Daten übermittelt werden). In bestimmten Beleuchtungskonzepten wie für Parkhäuser, aktive Straßenbeleuchtung und Großflächenbeleuchtung können auch Bewegungs- und Fahrzeugsensoren eingebaut werden, um Gruppen von Lichtmasten in einem Bereich nur einzuschalten, wenn Licht benötigt wird.

Egal ob die Steuerung lokal oder zentral erfolgt, die Stromversorgung für die Sensoren und Kommunikationsgeräte muss aus der Versorgungsspannung zwischen den Phasen gespeist werden. Die Leistungsanforderung ist gering; 3-4W reichen normalerweise aus, um einen IR-Sensor, ein GPS-Modul oder einen Funksender zu versorgen. Hauptproblem bei der Versorgung empfindlicher Sensoren oder Funkausrüstung aus hoher Netzspannung ist das Bewältigen der Stromstöße und Überspannungen. Eine intelligente Installation zur Außenbeleuchtung ist normalerweise als Überspannungskategorie (OVC) III oder IV eingestuft, was sehr heftige Überspannungen bedeutet, da die höheren Überspannungskategorien viel geringere Quellimpedanzen haben.




Der RAC05-K/480 hat die Compliance zu OVC III eingebaut (Gasentladungsröhre, Sicherungen und MOVs/Varistoren sind intern eingebaut). Eine Installation für OVC IV erfordert einen Vorabfilter bestehend aus einem externen opfernden Überspannungsableiter, der nach mehreren Überspannungen/Stromstößen je nach Vorschriften ausgetauscht werden kann.

Schätzungsweise fast 90% der Netz-Fehlerzustände sind durch Kurzschluss einer Phase verursacht. Dreiphasen-Fehler sind extrem selten. Deshalb werden in Industrieanwendungen, wo ununterbrochene Stromversorgung für kontinuierliche Prozesse oder die Sicherheit entscheidend ist, Installationen ohne Erdung verwendet.

Das gilt insbesondere für Dreieck-Energieverteilsysteme anstatt der in Abbildung 1 gezeigten Sternschaltung. Eine Dreieckschaltung kann erdfrei bleiben, phasengeerdet oder mittelpunktgeerdet sein, entweder mit einer Masseverbindung hoher Impedanz oder einer soliden Erdung. Grund für solche Anordnungen ist, dass ein Erdschluss das Auftreten unerwünschter Ströme in Teilen des Systems verursachen kann, aber der Rest des Systems weiter normal funktioniert. Obwohl Sternschaltungen am häufigsten vorkommen, werden Dreieckschaltungen noch in einigen prozesskritischen Installationen wie Rechenzentren und kontinuierlich arbeitenden Produktionsstätten wie Autofabriken oder Papiermühlen verwendet.

Der RAC05-xxk/480 braucht keine Masseverbindung, da er ein Gerät der Class II mit 4kV AC Doppelisolation ist. Daher eignet er sich für Stern- und Dreieck-Schaltungen der Versorgung. Ebenso kann er mit einem Dreiphasen-Gleichrichter wie in Abbildung 2 verwendet werden, um eine phasenredundante Stromversorgung zu schaffen. Falls eine einzelne Phase ausfällt, wird die Stromversorgung von den anderen beiden Phasen weiterhin gespeist.

Die Baureihe RAC05-K/480 ist eine vielseitige AC/DC-Stromversorgung, die in Einphasen- und Drehstrom-Anwendungen von 85V AC bis zu 528V AC eingesetzt werden kann. Die eingebaute OVC III Stoßspannungsfestigkeit bedeutet, dass sie ohne weitere externe Komponenten in vielen Industrieanwendungen installiert werden kann. Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten im Smart-Bereich, für intelligente Beleuchtung und in fehlertoleranten Industrieanwendungen.

RAC05-K/480 Link: https://www.recom-power.com/pdf/Powerline_AC-DC/RAC05-K_480.pdf
Featured content link: https://recom-power.com/rec-n-5-watt-ac!sdc-modules-for-wide-mains-voltages-up-to-480vac-30.htm

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