Stromversorgungen

Hochstrom-Frontendgerät für Magnete und DC-Motoren

| Redakteur: Thomas Kuther

(Bild: SYKO)

Zum Betreiben von DC-Motoren, Lasten, Brems- oder Hubmagneten hat SYKO die Stromversorgungen der Serie HBL.B mit einer Dauerleistung bis 6,5 kW und einem Kurzzeitbetrieb bis 10 kW entwickelt.

Die Standardversion arbeitet an einer Eingangs-3-Phasen-Spannung von 600/480 oder 400 VAC ±15 % und ist Surgefest auf 2 kV/2 Ω/50 µs. Eine optionale Version arbeitet an Dreiphasen-Generatoren mit variabler Drehzahl im Eingangsspannungsbereich von 320 - 600 VAC/3 Phasen bzw. an 420 bis >850 VDC. Der Powerfaktor beträgt ca. 0,91.

Die Ausgangsspannungen sind über CAN-Bus oder potenzialgetrennter 0-10-V-Schnittstelle kontinuierlich ab 0 V bis Maximum bei konstantem Strom verstellbar. Verfügbar sind Ausgangsspannungen von max. 28/56/112 VDC mit 200 A bzw. maximaler Leistung bei einer Umgebungstemperatur –40/+65 °C. Möglich ist auch das Laden von High-Caps auf eine Vorladeschlussspannung und zeitlich versetztes Laden auf Ladeschlussspannung nach einem Aktiv Balancing.

Die Potenzialebenen Eingang, Ausgang, Masse, Funktion sind als Insellösungen aufgebaut und zueinander potenzialgetrennt. Bis zu vier Geräte können mit oder ohne Entkoppeldiode aktiv geschaltet zur Leistungshöhung bzw. Sicherheitsredundanz geregelt kaskadiert werden auf 26 kW statisch und 40 kW dynamisch.

Der Gleichlauf der Ausgangsströme beträgt statisch und dynamisch 2%. Die Serie wurde für den gehärteten Betrieb unter Sicherheitsaspekten entwickelt. Um die grenzwertige Belastung der Komponenten zu reduzieren, wurde auf die Kaskadierung (Mehrstufenkonzept) von Topologien und Strömen / Spannungen zugegriffen. Hierdurch wurde ein Gesamtwirkungsgrad bei maximaler Leistung von 92% - 94% erreicht. Die 3-Phasen-Brücke wurde beschaltet, um den Stromabriss zu mindern.

Das EMV-Eingangsfilter reduziert die geleitete EMV auf EN 55022 A, Spannungs- und Stromflanken wurden gedämpft, die PWM-Stufe arbeitet mit SiC-Halbleitern bei >50 kHz, die strom- und spannungsresonante Gegentaktstufe ist spannungs- und stromkaskadiert, die Ausgangsdioden werden optional zur Verbesserung des Wirkungsgrades aktiv geschaltet, das Ausgangs-EMV-Filter reduziert die geleitete Störung auf EN 55022 A.

Der Steuer-/Regelkreis arbeitet adaptiv mit einem Prozessor und jedes kaskadierte Gerät kann die Masterfunktion übernehmen. Die Schaltungstopologie arbeitet mit Festfrequenz über Spannung und Last. Der Ausgang arbeitet ab 0 V und ist statisch/dynamisch kurzschlussfest, überlastfest und der Ausgang ist Nulllastfähig.

Mittels einer externen potenzialgetrennten Sollwertvorgabe wird die Ausgangsspannung zeitbestimmt funktional hochgefahren. Abgeleitet von der zertifizierten Serie HBL.H erhält der Kunde die Konformität auf EMV, Umwelt, Sicherheit und Schock/Vibration. Wegen der sehr geringen Eingangskapazität wirken die Aufschaltströme auch bei maximaler Eingangsspitzenspannung nicht auf das Schmelzintergral der Vorschaltsicherungen. SYKO liefert optional einen aktiven Aufschaltstrombegrenzer (keine Verlustleistung!), der mit der Eingangskapazität einen komplexen Vorschaltwiderstand von ca. 20 Ω bildet und somit den Inrush-Current auf <40 As (<300 µs) begrenzt.

Der geschickte mechanische Aufbau beherrscht hohe mechanische Belastungen und das Wärmemanagement leitet 80% der geringen Verlustleistung direkt an den Durchsteck-Rippenkühlkörper ab. Dieser Kühlkörper kann auch mit Wasserkreislauf, Luftkanälen oder als Montageplatte für die Kundenanforderungen ausgelegt werden. Die im Geräteinneren verbleibenden Verluste werden mittels temperaturgesteuerten Lüftern (tauschbare Seitenwand) abgetragen um Hotspots im Gerät zu vermeiden. Aus MTBF und LCC-Gründen wurde bis auf einen Elko (–40/+105 °C) auf Naßelektrolyte verzichtet. Dieser eine Elko befindet sich im Ausgangsniedervoltkreis und ist nicht chopperstrombelastet. Trotz der geringen Ausgangskapazität können 100% Lastwechsel geordnet durchgeführt werden. Die Ausgangswelligkeit über die Temperatur ist <1,5 %.

Kommt es zu einem Wärmestau durch falsche Montage oder Ausfall eines Lüfters oder zu hohen Umgebungstemperaturen, so schaltet das Gerät mit einer Temperaturhysterese und Wiedereinschaltverzögerung inaktiv.

Die Kompetenzbereiche des SYKO-Verbundes sind an Land, zu Wasser und in der Luft. Hierfür wurde das praktizierte Qualitätswesen aufgezogen und das spiegelt sich wieder im Aufbau der Geräte und der Befriedigung der Schnittstellen. Dem Kunden steht optional eine Bedienoberfläche zur Verfügung, in der er alle wesentlichen Schnittstellenparameter aller kaskadierten Geräte verändern und sich anzeigen lassen kann. Potenzialgetrennte Ein- und Ausgabebefehle stehen zur Verfügung und eine Kommunikation über CAN ist gegeben.

Das sehr kompakte Gerät ist aufgebaut als IP20-Version und der Durchsteckkühlkörper erfüllt IP65 und die Abmessungen mit Flächenkühlkörper 460 mm. x 295 mm. x 100 mm. Die Schaltungstopologie ist geeignet, um hohe Ausgangsspannungen von bis zu ≥600 VDC zu regenerieren.

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