Technische Grundlagen und Applikationen

Werden Halbleiterrelais hauptsächlich als Nullspannungsschalter und damit als Ersatz für herkömmliche Relais verwendet, so gehen (Thyristor-) Leistungssteller weit darüber hinaus. Die Leistungssteller – meist per SPS gesteuert – werden zum variablen Stellen von Prozessenergien zwischen 0 und 100 Prozent eingesetzt, wobei verschiedene Lasten wie Strahler oder Lampen mit Energie versorgt werden. Um ein optimales Prozessergebnis zu erhalten, sind bei der Auswahl des geeigneten Leistungsstellers neben der Leistung weitere Kriterien zu beachten:

Steuerungsarten

Steuerungsart Ein/Aus

EIN/AUS: Die einfachste Art, eine Last zu schalten ist wohl die, sie einfach ein oder aus zu schalten. Dabei übernimmt der Leistungssteller die Synchronisation auf die Nulldurchgänge des Netzes. Er schaltet im Nulldurchgang der Spannung ein und im Nulldurchgang des Stromes aus.

Steuerungsart Pulsweitenmodulation

Die Pulsweiten-Modulation (PWM) bestimmt die Leistung durch das Verhältnis von Einschaltdauer zu Pausendauer während einer festen Periode und ist die am meisten angewandte Steuerart. Für träge Prozesse ist diese Steuerungsart ideal.

Steuerungsart Pulspaketsteuerung

Die Pulspaketsteuerung (auch: Impulsgruppenbetrieb) als Unterart der PWM sorgt für gezieltes Schalten einzelner Vollwellen des Netzes mit dem Ziel, lange Ein-oder Aus-Phasen zu vermeiden. Diese Betriebsart setzt jedoch eine gewisse thermische Trägheit der Last voraus.

Steuerungsart Phasenanschnitt

Beim Phasenanschnitt wird jede einzelne Halbwelle direkt angeschnitten. Der Strom fließt dabei vom Zündzeitpunkt bis zum nächsten Nulldurchgang, bei dem der Thyristor wieder automatisch verlöscht. Damit lässt sich die gewünschte Leistung fast kontinuierlich einstellen. Es ist die genaueste und schnellste Regelungsart. So können auch Prozesse mit hoher Prozessgeschwindigkeit und hohen Anforderungen an eine gleichmäßige Leistungsabgabe ideal mit Leistung versorgt werden.

Ansteuerung von Leistungsstellern

Analog 0-10V: Eine gängige Methode zur Ansteuerung von Leistungsstellern bzw. Halbleiterrelais ist die analoge Ansteuerung mit 0-10V über eine SPS. Dazu wird für jeden einzelnen Leistungssteller ein analoger Ausgang sowie zusätzlich für die gesamte Anlage ein digitaler Freigabe-Ausgang benötigt.

Serielles Datentelegramm: Beim seriellen Datentelegramm wird für jeden einzelnen Leistungssteller ein digitaler Ausgang für die Daten sowie zusätzlich für die gesamte Anlage ein digitaler Ausgang für den Takt benötigt. Die serielle Übertragung der analogen Stellwerte setzt ein Protokoll voraus, das vom Leistungssteller verstanden wird und über eine SPS ausgegeben werden kann. Für die SPS-familie S5 und S7 von Siemens steht ein kostenloser Treiber zum Download unter www.powercontact.de zur Verfügung.

Bus: Die aufwändigste Variante der Ansteuerung ist die Verwendung eines Industriebusses wie
z.B. Profibus DP. Damit lassen sich die Steller ideal in eine bestehende Bus-Infrastruktur integrieren. Zusätzlich stehen weitere Möglichkeiten des Ein- und Auslesens von Werten zur Verfügung. Bei Leistungsstellern bis 75A empfiehlt sich aus Kostengründen die Verwendung einer gängigen ProfiBusklemme, mit der mehrere Teilnehmer angesteuert werden können. Bei den Stellern ab 150A steht optional eine integrierte ProfiBus-Platine zur Verfügung.

Überwachungsfunktionen

Die Leistungssteller verfügenn über eine umfangreiche Diagnostik um z.B. Sicherungsfall, Drahtbruch, Lastbruch, Unterspannung, Ausfall Lastspannung oder Hilfsspannung festzustellen und über einen Alarmausgang zu melden. Ebenso wird der Leistungssteller selbst überwacht (Ausfall, Teilausfall).

Sonderfunktionen

Um auch komplexe Lasten und anspruchsvolle Prozesse sicher fahren zu können, stehen dem Anwender Leistungssteller mit Sonderfunktionen zur Verfügung. Hierzu zählen Regelungsarten wie Spannungsregelung (Konstanthaltung der Spannung z.B. bei Netzspannungsschwankungen), Stromregelung (für komplexe Lasten) oder die Leistungsregelung (exakte Energieabgabe unabhängig von Spannungs- oder Stromschwankungen). Bei Applikationen, bei denen mehrere Lasten parallel verschaltet werden, empfiehlt sich ein Leistungssteller mit Teillastausfallerkennung. So können mehrere Lasten mit nur einem Steller angesteuert werden (Kostenersparnis) ohne auf eine Fehlermeldung beim Ausfall einer Last zu verzichten. Steller mit Strombegrenzung schützen die Last und sorgen für einen sicheren Betrieb.

Absicherung von Lastkreisen mit Leistungsstellern

Werden in einem Lastkreis Leistungssteller eingesetzt, so muss der komplette Lastkreis mit einer Sicherung abgesichert werden. Typischerweise wird neben der Absicherung des Lastkreises auch gleichzeitig der Schutz des Leistungsstellers im Kurzschlussfall realisiert. Dazu empfiehlt die einschlägige Literatur den Einsatz von (teuren) Halbleiterschmelzsicherungen. Die Leistungssteller von Systemtechnik LEBER sind so ausgelegt, dass Sie mit handelsüblichen (günstigen und leicht verfügbaren) Sicherungsautomaten abgesichert werden können.
Gerne unterstützen wir Sie bei der Dimensionierung.


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