Leistungssteller mit elektronischer Sicherung
Erhöhte Maschinenverfügbarkeit
Bei der industriellen Wärmebehandlung ist die präzise Steuerung der Heizelementetemperatur für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von entscheidender Bedeutung. IGBT-Leistungssteller mit elektronischer Sicherung ermitteln kontinuierlich den Strom an der Last, erkennen damit externe Kurzschlüsse und Überlasten und schützen die Heizleiter durch rechtzeitiges Abschalten. Ein Sicherungswechsel und die damit verbundenen Kosten entfallen.
Bild: Gefran Deutschland GmbHUm industrielle Öfen wirtschaftlich und sicher betreiben zu können, müssen entscheidende Parameter zuverlässig geregelt werden. Dazu zählen die präzise Temperaturführung und die verwendete Atmosphäre sowie die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes.
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Bild: Gefran Deutschland GmbHLeistungssteller mit Überspannungsschutz
Für den neuartigen Überspannungsschutz der Leistungssteller ermittelt die Software schnell und kontinuierlich den Strom an der Last. Überschreitet dieser einen voreingestellten Sollwert, wird der Stromkreis sofort unterbrochen, bevor Last oder Leistungsteil geschädigt werden. Die Stromunterbrechung erfolgt im Mikrosekundenbereich. Zur Wiederaufnahme des Heizbetriebes stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In der Regel wird der automatische Reset bevorzugt. Dabei wird das System mit einer Soft-Start-Rampe (Kurzschluss Test) innerhalb kürzester Zeit wieder in Betrieb genommen. Eine Fachkraft ist dazu nicht erforderlich. Damit unterscheiden sich kurzschlussfeste Leistungssteller ganz wesentlich von herkömmlichen Thyristorstellern. Fällt bei diesen die Sicherung, darf ausschließlich ein zertifizierter Elektriker das Gerät öffnen und die interne Sicherung gegen eine passende neue austauschen. Während der gesamten Prozedur steht die Produktion. Dabei kann der Stillstand, wenn er zu spät erkannt wird, schnell vier bis sechs Stunden dauern und im schlimmsten Fall ist weder die passende Sicherung noch ein zertifizierter Elektriker verfügbar. Zudem tritt die Unterbrechung bei Sicherungsfall mit einer Verzögerung ein, da der Thyristor nicht sofort sondern erst im Nulldurchgang gelöscht wird. Diese kurze Zeit kann schon ausreichen, um Last und Leistungsteil zu zerstören. Bei den IGBT-Leistungsstellern ist die elektronische Sicherung einfach zu bedienen und sie lässt einen Kurzschluss - beispielsweise durch Kondensat oder Metallspritzer - nicht gleich zum Maschinenstillstand führen. Im Gegenteil: Die Sicherung erkennt, ob ein dauerhafter Schaden entstanden ist und gibt entsprechenden Alarm. Handelt es sich nur um eine kurzfristige Störung wie ein vorübergehender Kurzschluss über die Feuerfestauskleidung, Netzspannungsschwankungen, Feuchtigkeit oder Staub an der Last, fährt der Leistungssteller das Heizsystem wieder hoch. Er erkennt auch Probleme frühzeitig und gibt präzise an, welche Komponenten - Heizelemente, Übergangswiderstände oder ähnliches - die Störung verursachen. Zudem regelt er jede Phase einzeln. So führt das Versagen eines Heizelements nicht zur Überlastung der restlichen intakten Elemente. Sie nehmen keinen Schaden. Damit gewähren Leistungssteller ein hohes Maß an Produktionssicherheit sowie Bedien- und Wartungsfreundlichkeit. Die geringeren Stillstandszeiten und eine höhere Maschinenverfügbarkeit wirken sich unmittelbar auf die Produktivität und den Profit aus. Besonders bei dem Betrieb von kontinuierlich beheizten Öfen oder in Anlagen, die im 2 bis 3-Schichtbetrieb fahren, senkt ihr Einsatz die Notwendigkeit zu Eingriffen durch eine Fachkraft signifikant. Die Produktion läuft wesentlich sicherer und störungsfreier. Gleichzeitig sinken die Leistungsverluste.
Bild: Gefran Deutschland GmbHProzess- und Produktionssicherheit
Gefran konzipierte seine Leistungssteller mit dem Fokus auf Prozess- und Produktionssicherheit. Das Gerät verfügt über Diagnosefunktionen, die der übergeordneten Steuerung oder einer HMI-Schnittstelle mitteilen, wo künftig mit Ausfällen zu rechnen sein wird. Das Gerät erfasst die Anzahl der spontanen Überstromsituationen. Ein Algorithmus detektiert und meldet Abweichungen vom Mittelwert. So wird auf möglicherweise ausfallende Elemente der Regelstrecke verwiesen. Interne Temperaturüberwachung: das Gerät überprüft ständig die Temperatur an Netz- und Lastklemme, Lüfter und Leistungsteil. Erfahrungsgemäß entstehen hier Schäden, die sich durch eine kontinuierliche Temperaturerfassung rechtzeitig erkennen lassen. Dazu zählen der mangelhafte Kontakt an den Klemmen, eine eingeschränkte Lüfterfunktionalität oder Leistungsteile, die längere Zeit unerkannt kurz vor dem Kurzschluss stehen und zu großen Schäden führen können.
Spezifische Anpassung durch Parametrierung am PC
Die Parametrierung der Leistungssteller zur Anpassung an die jeweiligen Verfahren und der adaptiven Regelung von Strom, Spannung und Leistung erfolgt über den PC. Sämtliche während des Prozesses auftretende Veränderungen von Strom, Spannung oder Widerständen an der Last sowie weiterer Prozesswerte - insgesamt bis zu 2.000 Einzelwerte - werden diagnostiziert und kompensiert. Bei nicht-linearen Widerständen ermöglichen hinterlegte Messkurven die Kompensation von Ausfällen. Die Prozessdaten werden über eine Feldbusschnittstelle wahlweise über eine Modbus-TCP, Profibus, CANopen, Ethernet IP oder Ethercat erfasst und an die übergeordnete Steuerung gemeldet. Damit kann ein IGBT-Thyristor in Instandhaltungs-, Energie- und Netzmanagementsysteme eingebunden werden.
Bei der industriellen Wärmebehandlung ist die präzise Steuerung der Heizelementetemperatur für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von entscheidender Bedeutung. IGBT-Leistungssteller mit elektronischer Sicherung ermitteln kontinuierlich den Strom an der Last, erkennen damit externe Kurzschlüsse und Überlasten und schützen die Heizleiter durch rechtzeitiges Abschalten. Ein Sicherungswechsel und die damit verbundenen Kosten entfallen.
Bild: Gefran Deutschland GmbHUm industrielle Öfen wirtschaftlich und sicher betreiben zu können, müssen entscheidende Parameter zuverlässig geregelt werden. Dazu zählen die präzise Temperaturführung und die verwendete Atmosphäre sowie die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes.Bild: Gefran Deutschland GmbH
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Dieser Artikel erschien in SCHALTSCHRANKBAU 5 2017 - 12.09.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.schaltschrankbau-magazin.de
