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Breitband auch bei der Ausgangsleistung

Im Trend: Labornetzgeräte mit Autoranging

24. September 2010, 12:47 Uhr | Nicole Wörner

Neu im Katalog des Bremer Distributors Distrelec Schuricht sind Labornetzteile von EA-Elektro-Automatik mit flexibler Ausgangsstufe. Wir sprachen mit Ruud Vertommen, technischer Fachberater bei Distrelec, und Wolfgang Horrig, Vertriebsleiter bei EA-Elektro-Automatik, über die neue Generation von Labornetzteilen und die Vorteile von Autoranging mit flexibler Ausgangsleistung in der Praxis.

Markt&Technik: Viele Industriekunden entwickeln Komponenten und Systeme, die zwar vergleichbare Leistungsaufnahmen haben, aber für unterschiedliche Betriebsspannungen ausgelegt sind. Laborplätze und Prüfeinrichtungen müssen deshalb oft mit einer Vielzahl unterschiedlicher Netzteile ausgestattet werden. Ist das heute noch zeitgemäß?

Ruud Vertommen: Das Problem entsteht durch den Aufbau konventioneller Netzgeräte. Diese haben eine rechteckige Ausgangskennlinie, d.h. die maximale Ausgabespannung und der maximale Ausgabestrom definieren automatisch die maximale Ausgangsleistung, für die das Gerät dimensioniert ist. Die Ausgangsleistung bestimmt am Ende, wie groß und auch wie teuer das Netzgerät ist.

Wolfgang Horrig: Besonders ausgeprägt ist die Problematik bei der Fertigung von Halbleitern und Speicherbausteinen, in der Elektro-Antriebstechnik und in der Photovoltaik, bei der Verbindungstechnik und den PV-Wechselrichtern. Hier liegen die Betriebsspannungen sehr weit auseinander und können von wenigen Volt bis zu über 1000 Volt reichen. Für Laboreinrichtungen ergibt sich daraus die Notwendigkeit, für die unterschiedlichen Prüflinge entsprechend der jeweiligen Betriebsspannung und Leistung und dem sich daraus ergebenden Betriebsstrom eine geeignete DC-Quelle bereit zu halten. Als Alternative zu den multiplen Quellen könnte zwar auch eine großzügig dimensionierte Quelle eingerichtet werden, die alle notwendigen Spannungs- und Strombereiche abdeckt. Diese müsste allerdings für eine sehr hohe Leistung dimensioniert werden. Wollte man z.B. zwei 3-kW-Verbraucher mit unterschiedlichen Betriebsspannungen von 30 und 60 V prüfen, wären zwei 3-kW-DC-Quellen – eine für 0-30 V mit 0-100 A und eine weitere mit 0-60 V mit 0-50 A - erforderlich. Um mit nur einem konventionellen Netzgerät auszukommen, müsste dieses dann 6 kW für 0-60 V und 0-100 A leisten. Beide Lösungen sind teuer. Deshalb haben wir uns entschlossen, nach einem anderen, kostengünstigeren Weg zu suchen.

Das Ergebnis sind die Labornetzteile der PS-8000-Serie, die Distrelec vor kurzem ins Programm aufgenommen hat. Was zeichnet diese Geräte aus?

Ruud Vertommen: PC- und Industrienetzteile werden schon seit längerer Zeit nach dem so genannten Autoranging-Konzept konstruiert. Gemeint ist damit ein stufenloser Netzeingangsbereich zwischen 90 und 264 V, der einen problemlosen, weltweiten Einsatz der Geräte ermöglicht. Diese Idee und die Vorteile der Flexibilität und universellen Verwendbarkeit haben wir auf den Leistungsausgang unserer Labor- und Industrienetzgeräte übertragen und so die Einsatzmöglichkeiten bei Verwendung einer einzelnen regelbaren DC-Quelle deutlich erweitert.

Ein interessanter und praxisorientierter Ansatz. Wie sieht die technische Umsetzung im Detail aus?

Wolfgang Horrig: EA Elektro-Automatik setzt auf ein neuartiges, flexibles Wandlerkonzept mit einem dreistufigen Resonanzkonverter. Dabei wird die Netzspannung zunächst über eine aktive PFC (Leistungsfaktor-Korrektur) in eine Gleichspannung umgewandelt und danach über einen resonanten DC-DC-Konverter ein stabiler energiereicher Sekundärzwischenkreis erzeugt. Aus diesem wird dann über einen Tiefsetzsteller (Buckstufe) eine flexible Ausgangsstufe mit einem Verhältnis von 1:4 erzeugt. Das Ergebnis ist eine DC-Quelle, die ihre Dauerleistung wahlweise auf eine hohe Ausgangsspannung oder auf einen hohen Ausgangsstrom verteilen kann. Die Verteilung der Ausgangsleistung erfolgt dabei vollkommen stufenlos auf Spannung und Strom innerhalb der Nennwerte. Mit diesem Konzept realisieren wir beispielsweise eine 3-kW-Laborquelle mit einphasigem Netzanschluss (230V~ 16A), die eine Ausgangsspannung zwischen 0 und 80 V DC und einen Ausgangsstrom zwischen 0 und 120 A erzeugt. Die Ausgangsleistung wird dabei von einem dritten Reglerkreis auf max. 3000 W begrenzt.

Bei der Entwicklung des Resonanzkonverters lag der Fokus unter anderem auf der Optimierung des Wirkungsgrades, was bei Hochleistungsgeräten eine ganz wesentliche Rolle spielt, z.B. wegen der Einsparung von Primärenergie und der Reduktion der Abwärme. Für die Hochstromgeräte der Spannungsklassen 0 bis 80 V erreichen unsere Geräte typische Werte von über 90 Prozent. Die Hochspannungsgeräte größer 200 V liegen in der außergewöhnlichen Region von 95 Prozent.