Umrichter und Wechselrichter Anschlusstechnik für die Leiterplatte folgt dem Mini-Trend

Autor / Redakteur: Georg Grunenberg * / Kristin Rinortner

Das kompakte Design der Geräte stellt Anforderungen an die Anschlusstechnik. Mit passgenauen Leiterplatten- und Durchführungsklemmen entscheidet der Umrichter-Hersteller das Rennen für sich.

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Ein wirtschaftliches Geräte-Design ist heute durch eine kompakte und flexible Anschlusstechnik sowie durch die Vermeidung unterschiedlicher Fertigungsprozesse problemlos möglich.
Ein wirtschaftliches Geräte-Design ist heute durch eine kompakte und flexible Anschlusstechnik sowie durch die Vermeidung unterschiedlicher Fertigungsprozesse problemlos möglich.
(Bild: Phoenix Contact)

Leistungselektronik – wie sie etwa in der Antriebstechnik oder in der Photovoltaik eingesetzt wird – findet sich in vielen Bereichen unseres Alltags. Sie gewinnt zur Zeit auch durch die vielfach geforderte Energieeffizienz an Bedeutung. So gehen heute bereits 40 Prozent des weltweiten elektrischen Energieverbrauchs in elektrische Antriebe. Dabei sorgt eine komplexe Leistungselektronik meistens im Verborgenen für den Einsatz der elektrischen Energie (Aufmacherbild).

Die meisten Hersteller von Frequenzumrichtern und Wechselrichtern stehen heute im internationalen Wettbewerb um kompakte, leistungsfähige und wirtschaftliche Lösungen. Die Entwicklung von Halbleitern für die Leistungselektronik ermöglicht dabei immer bessere Wirkungsgerade und kompaktere Abmessungen der Umrichter. Wirkungsgrade von 96 Prozent und mehr werden heute mit aktuellen Geräten erreicht.

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Komfortabler Leiteranschluss durch passende Klemmen

Das immer kompaktere Design der Geräte stellt gleichzeitig immer höhere Anforderungen an die Anschlusstechnik. Nur mit optimalen und passgenauen Leiterplatten- und Durchführungsklemmen kann der Umrichter-Hersteller das Rennen für sich entscheiden. So steht immer weniger Raum im Gerät selbst zur Verfügung, um die elektrische Leistung anzuschließen und zu transportieren. Der Leitwert der wirtschaftlich einsetzbaren Leiterwerkstoffe ist jedoch physikalisch fixiert und damit begrenzt. Hier kommen Kupfer mit einem Leitwert von 56,0 m/Ω*mm2 bei 20 °C oder auch Kupferlegierungen vorrangig zum Einsatz. Aus Gewichts- und aus wirtschaftlichen Gründen ist teilweise auch der Einsatz von Aluminium mit einem Leitwert von 36 m/Ω*mm2 bei 20 °C möglich. In der Regel ist der Einsatz von Aluminium jedoch applikationsbezogen auf bestimmte extern angeschlossene Leiter begrenzt.

Somit ist der benötigte Querschnitt der Leitwerkstoffe für den externen Anschluss sowie für den Transport der elektrischen Leistung im Frequenzumrichter kaum variabel. Fast im Widerspruch dazu sollte der Anschlussraum immer noch groß genug sein, um einen komfortablen Leiteranschluss der entsprechend großen Querschnitte zu ermöglichen. Der Leiterquerschnitt der Kupferleiter ist für den gleichen Strom unverändert und kann nicht reduziert werden. Um Leitungsverluste zu vermeiden, werden die Querschnitte im Installationsumfeld tendenziell sogar höher gewählt. In der gesamtwirtschaftlichen Betrachtung der Anlage rechnet sich eine entsprechende Auslegung in den meisten Fällen.

Kompakte Anschlusstechnik erhöht Wirtschaftlichkeit

Einen interessanten Lösungsansatz bietet hier die Leiterplattenklemme MKDSP 95 – die zur Zeit leistungsfähigste wellenlötfähige Leiterplatten-klemme auf dem Weltmarkt (Bild 1). Der Nennstrom beträgt 232 A nach IEC und 200 A nach UL. Wo bisher eine aufwendige Kupferschienen-Montage erforderlich war, kann der Gerätehersteller nun auf eine einfache lötfähige Lösung zurückgreifen, bei der separate Arbeitsgänge in der Produktion entfallen. Eine marktgängige Leiterplatte mit Multilayer-Technik führt den hohen Strom. Bolzen, Muttern und spezielle Stromschienen werden dabei eingespart.

Vorteilhaft bei dieser Lösung ist auch der geringere Platzbedarf. Zudem entfallen potenzielle Fehlerquellen bei der Montage. Im Übrigen kann die Leiterplattenklemme mit gängigen Lötprofilen verarbeitet werden. Das Design und die Geometrie des Pinnings ermöglichen den erforderlichen Energieeintrag während der Lötvorgangs. Die normativ geforderten Kräfte für den Leiteranschluss bis 9,5 mm² mit oder ohne Aderendhülse, die unter anderem durch einen Torx-Antrieb der Schrauben erreicht werden – werden dabei übertroffen.

Trotz der 1000 V nach IEC und 600 V nach UL liegt das Raster bei kompakten 20 mm. Aufgrund des Vibrationstests nach DIN EN 60068-2-6 ist der Anwender elektrisch und mechanisch auf der sicheren Seite. Verfügbar ist die MKDSP 95 in den Polzahlen von 1 bis 6. Hersteller von Frequenzumrichtern und Wechselrichtern können jetzt durchgängig Leiterplattenklemmen von 1,5 mm² bis 95 mm² einsetzten. Somit bekommen die Endanwender einen durchgängigen Leiteranschluss bis 232 A mit identischer Bedienphilosophie.

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