Eine Unterbrechung von nur 100 Millisekunden kann einen Neustart des Bordcomputers auslösen, der mehrere Minuten dauern und aus Sicherheitsgründen sogar einen manuellen Eingriff zur Wiederaufnahme des Betriebs erfordern kann. Beispielsweise sollte ein Roboterarm nicht in einem unerwünschten Zustand oder einer unerwünschten Position verbleiben.
Stromausfälle können durch Umwelteinflüsse wie Blitzeinschläge in Hochspannungsleitungen, Stürme, herabfallende Äste oder sogar Tiere verursacht werden. In ländlichen Gebieten ist das Risiko höher, da Stromleitungen oft oberirdisch verlaufen. Stromausfälle können auch durch Ereignisse verursacht werden, die Störungen im Stromnetz hervorrufen, wie das Anlaufen von Motoren oder das Einschalten großer Transformatoren in benachbarten Anlagen.
Wechsel-/Gleichstromnetzteile können den Ausfall von Wechselstrom nur für wenige Millisekunden überstehen, bevor die Ausgangsspannung auf null abfällt.
Vermeidung von Geräteausfällen:
Notstromaggregate eignen sich für längere Stromausfälle, die von Minuten bis zu mehreren Stunden oder sogar Tagen dauern können; allerdings benötigen sie einige Minuten zum Anlaufen.
Computersysteme sind häufig auf unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) angewiesen. Diese nutzen Batterien zur Speicherung der Notstromversorgung, was regelmäßige Wartung und gelegentlichen Batteriewechsel erfordert. Da sie kontinuierlich laufen, verbrauchen sie mehr Strom, sind wartungsintensiver und verursachen erhebliche Mehrkosten. Die überwiegende Mehrheit der Stromausfälle und -einbrüche im Wechselstromnetz tritt in weniger als 0,5 Sekunden auf. Da ein Standard-Wechselstrom-/Gleichstromnetzteil die Leistung maximal 50 ms lang aufrechterhalten kann, ist ein zusätzlicher Energiespeicher erforderlich.
Im Diagramm in Abbildung 1 wird der Einfluss einer Wechselstromunterbrechung ohne Puffermodul dargestellt, wobei die Zeit T die Haltezeit der Stromversorgung (20 bis 50 ms) ist.
TDK-Lambda-Puffermodule:
Wie der Name schon sagt, schützt ein Puffermodul die angeschlossene Last vor kurzzeitigen Unterbrechungen der Wechselstromversorgung. Die Last kann beispielsweise eine digitale Prozesssteuerung, Relais, Schütze oder Motoren sein. Die Energie wird im Modul in Elektrolytkondensatoren gespeichert, ähnlich denen in einem AC/DC-Netzteil. Am weitesten verbreitet sind DIN-Schienen-Puffermodule; beispielsweise bietet TDK-Lambda, vertreten durch Mecter SL, die Serie DBM20 mit einer Nennspannung von 24 VDC und einem Nennstrom von 20 A an (Abbildung 2).
Abbildung 2: TDK-Lambda DBM20 Puffermodule für die DIN-Schienenmontage.
Das Puffermodul ist, wie in Abbildung 3 dargestellt, parallel zum Gleichstromausgang des Netzteils geschaltet.
Bei einer kurzzeitigen Unterbrechung der Wechselstromversorgung sinkt die Gleichstromausgangsspannung des Netzteils aufgrund der Entladung seiner internen Energie. In diesem Fall übernimmt das Puffermodul die Versorgung der Last. Nach Wiederherstellung der Wechselstromversorgung fließt ein kontrollierter Strom vom AC/DC-Netzteil zum Modul, um es wieder aufzuladen. Dadurch ist bei Parallelschaltung eines Puffermoduls zum Netzteilausgang (Abbildung 4) während der Wechselstromunterbrechung stets Spannung an der Last vorhanden. Während des Zeitintervalls T versorgt das Netzteil die Last weiterhin, und während Tb deckt das Puffermodul den Bedarf, bis die Wechselstromversorgung wiederhergestellt ist.
Abbildung 3: Anschluss des Puffermoduls.
Abbildung 4: Ausgangssignal des Netzteils bei Spannungsunterbrechung mit Puffermodul.
Im Falle einer sehr langen Unterbrechung der Wechselstromversorgung kann das Puffermodul genutzt werden, um die Last über einen längeren Zeitraum mit Strom zu versorgen. Dadurch kann das Gerät sicher und kontrolliert heruntergefahren oder wichtige Informationen gespeichert werden (Abbildung 5).
Abbildung 5: Ausgangssignal des Netzteils während einer längeren Spannungsunterbrechung mit Puffermodul.
Der DBM20 kann im festen oder variablen Puffermodus konfiguriert werden. Im festen Modus liefert er Strom, sobald die Eingangsspannung auf 22,4 V absinkt; im variablen Modus bereits bei einem Spannungsabfall von 1 V. Die Pufferhaltezeit (Tb) ist im Datenblatt des Moduls für eine bestimmte Leistungsstufe angegeben. Beispielsweise bietet der 20-A-TDK-Lambda-DBM20 bei einer Leistung von 448 W zusätzliche 250 ms. Bei niedrigeren Leistungs-/Stromstärken erhöht sich die Pufferhaltezeit. Bei einem Laststrom von 5 A beträgt die Pufferhaltezeit etwa 1 Sekunde. Bei einem Laststrom von 2,5 A beträgt sie 2 Sekunden. Durch Parallelschaltung mehrerer Puffermodule lässt sich die Pufferhaltezeit weiter verlängern.
Da das Puffermodul unabhängig von Stromversorgung und Endgerät arbeitet, kann es nachträglich installiert werden. Es ist keine Wechselstromverkabelung erforderlich, und es werden keine wartungs- oder austauschbedürftigen Batterien benötigt. Sollte sich ein bestimmter Maschinenstandort als anfälliger für kurzzeitige Stromausfälle erweisen, ist eine einfache Nachrüstung vor Ort möglich. Der Produktstatus kann per Fernzugriff über ein DC-OK-Relais oder lokal über LED-Anzeigen abgerufen werden.
Bei technischen oder kommerziellen Fragen können Sie sich an Mecter SL, einen autorisierten Distributor von TDK-Lambda, wenden.
