Faktoren zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrads
Weniger Verlustleistung, höhere Packungsdichte
Effizient und trotzdem kostengünstig - dies charakterisiert die Erwartungen an eine moderne Stromversorgung. Auch im Maschinenbau steigen die Anforderungen hinsichtlich eines effizienten Netzgeräts. Was braucht eine Stromversorgung, um möglichst effizient zu sein? Und welcher Zusammenhang besteht zwischen Wirkungsgrad und Baugröße? Wago hat mit der Stromversorgung Pro 2 eine neue Lösung geschaffen, die den aktuellen und zukünftigen Anforderungen des Markts gerecht werden soll. Der Beitrag beschreibt die ökonomischen und ökologischen Aspekte, die Bedeutsamkeit eines hohen Wirkungsgrades sowie weiteren Anforderungskriterien.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGDie Vielfalt der Stromversorgungen am Markt spiegelt die unterschiedlichen Einsatzgebiete und Applikationen wider. Wettbewerb ist gut für den Anwender, denn so kann er die für seine Applikation passende Stromversorgung auswählen. Effizienz und damit einhergehend ein hoher Wirkungsgrad können hierbei ein entscheidender Wettbewerbsvorteil sein. Damit verbunden ist eine geringere Verlustleistung und eine niedrigere Erwärmung im Schaltschrank. Das Ergebnis: geringere Systemkosten und eine höhere Lebensdauer des Netzteils für den Nutzer. Aber nicht nur die Total Cost of Ownership können durch einen höheren Wirkungsgrad reduziert werden, sondern auch ökologische Aspekte, wie die Einsparung von CO2 und die Wärmeverlustleistung im Schaltschrank spielen hierbei eine große Rolle. Die neue Stromversorgung Pro 2 zeigt dies beispielhaft. "Die enormen Einsparpotentiale durch eine moderne Stromversorgung werden oftmals unterschätzt. Das zeigen erste Gespräche mit unseren Kunden. Die Reduktion der Verlustleistungskosten in Euro und die CO2-Einsparungen durch die Pro 2 sind deutlich höher als vom Kunden zunächst angenommen" so Florian Kothe, Business Development Manager Interface bei Wago.
Erfolgsfaktor Design
Die Anforderung der Anwender sind breit gefächert hinsichtlich Preis, Wirkungsgrad, Spannungsbereiche und Einstellbarkeit sowie Baugröße. Diese widersprechen sich zum Teil und sind somit Herausforderungen bei der Entwicklung eines Netzgerätes. Bereits bei der Auswahl der Topologie des Schaltnetzgerätes werden wichtige Weichen hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten gestellt. Zu den derzeit effizientesten und wirtschaftlichsten Topologien zählen die 'soft'-schaltenden Resonanzwandler, bei denen die Verluste durch Schalten im Nulldurchgangspunkt verringert werden. Durch Kombination mit aktiver Synchrongleichrichtung und einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur werden die Verluste weiter reduziert. Die Entwicklung eines eigenen, für jedes Netzgerät angepassten Übertragers stellt die hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und Baugrößenreduzierung sicher. Und auch die Auswahl der Bauteile erfolgt unter den Gesichtspunkten Effizienz sowie Kostenoptimierung. Auf diese Faktoren wurden beim Design der Stromversorgung Pro 2 besonders geachtet.
Lange Lebensdauer garantiert
Durch die verlustarme Schaltungstechnik wird gewährleistet, dass die Bauelemente einem geringeren thermischen Stress ausgesetzt sind. Das steigert deren Lebenserwartung, insbesondere bei wärmeempfindlichen Kondensatoren oder Halbleitern. Es ergeben sich so sehr gute Werte in der Berechnung von MTBF sowie Cap-Lifetime. Anwendungen im 24/7-Dauerbetrieb, wie beispielsweise in Gebäuden, profitieren davon durch zuverlässige Versorgung. Dies ist besonders wichtig, wenn Geräte durch Verbau in Systemverteilern in Zwischendecken nur schwer erreichbar sind. Weitere Beispiele für Anwendungen im 24/7-Betrieb sind beispielsweise in der Produktion chemischer Erzeugnisse, auf Mautbrücken oder in Ortsnetzstationen zu finden."Lange Lebensdauer, hohe Effizienz, kleine Baugröße und dadurch deutlich reduzierte Betriebskosten. Das sind direkte Vorteile für unsere Kunden und auch für die Anlagenbetreiber", sagt Klaus Böhmer, BU-Leiter Interface Electronics bei Wago.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGDie Größe zählt
Durch den hohen Wirkungsgrad können die Verlustleistung und Dimensionen deutlich reduziert werden. Die Implementierung der Pro 2 senkt somit die Kosten für die Kühlung, außerdem wird der Platzbedarf im Schaltschrank minimiert. So fallen die Abstände links und rechts zu anderen Komponenten geringer aus, und durch die steckbare Anschlusstechnik wird der für die optimale Kühlung benötigte Abstand nach oben und unten automatisch eingehalten. Außerdem wird die Installation deutlich vereinfacht. In einigen Fällen kann sogar der Schaltschrank verkleinert werden, was zu zusätzlichen Kosteneinsparungen führt. "Wir haben bei unseren Netzgeräten den Anspruch, uns durch eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit von anderen Anbietern am Markt zu differenzieren. Das heißt konkret: Weniger Verlustleistung sowie eine höhere Packungsdichte für den Schaltschrankbau" sagt Klaus Böhmer, BU-Leiter Interface Electronics bei Wago.
Ressourcensparender Energieeinsatz
Gering erscheinende Unterschiede in den technischen Daten können große Auswirkungen haben. Wieso, zeigt Wago anhand eines Beispiels: Ein typischer Wirkungsgrad bei einem einfachen Netzgerät mit 960W Nennleistung beträgt 91%. Bei der neuen Pro-2-Stromversorgung liegt der Wirkungsgrad bei 96,3%. Auf den ersten Blick scheinen diese 5,3 Prozentpunkte nicht viel zu sein - aber genau auf sie kommt es an: Dieser bessere Wirkungsgrad der Netzgeräte spart 37W an Verlustleistung. Auf eine Betriebszeit von fünf Jahren gerechnet bedeutet dies eine Einsparung von 209 Euro an Energiekosten und gleichzeitig eine Einsparung von einer Tonne CO2. Zum Vergleich: Eine 80-jährige Buche mit 23m Wuchshöhe kann ca. eine Tonne CO2 speichern - bei mehreren hundert Netzgeräten in einer Produktionsstraße wäre das also schon ein ganzer Wald.
Im Fokus: Derating-Kurven
Bei Anwendungen ohne Klimatisierung muss der Konstrukteur Derating-Kurven einzelner Komponenten beachten. Ein Schaltschrank im Außenbereich kann eine Innentemperatur von 60°C und mehr erreichen. Nicht alle Komponenten im Schaltschrank können bei diesen hohen Temperaturen die Nennleistung abgeben. Die Dearting-Kurven geben hier Aufschluss auf die notwendige Leistungsreduzierung in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Stromversorgungen Pro 2 hingegen sind ohne Derating bis +60°C zu betreiben sind und können darüber hinaus bei 70°C mit 70% Auslastung betrieben werden.
Erfolgsfaktor Design
Die Anforderung der Anwender sind breit gefächert hinsichtlich Preis, Wirkungsgrad, Spannungsbereiche und Einstellbarkeit sowie Baugröße. Diese widersprechen sich zum Teil und sind somit Herausforderungen bei der Entwicklung eines Netzgerätes. Bereits bei der Auswahl der Topologie des Schaltnetzgerätes werden wichtige Weichen hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten gestellt. Zu den derzeit effizientesten und wirtschaftlichsten Topologien zählen die 'soft'-schaltenden Resonanzwandler, bei denen die Verluste durch Schalten im Nulldurchgangspunkt verringert werden. Durch Kombination mit aktiver Synchrongleichrichtung und einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur werden die Verluste weiter reduziert. Die Entwicklung eines eigenen, für jedes Netzgerät angepassten Übertragers stellt die hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und Baugrößenreduzierung sicher. Und auch die Auswahl der Bauteile erfolgt unter den Gesichtspunkten Effizienz sowie Kostenoptimierung. Auf diese Faktoren wurden beim Design der Stromversorgung Pro 2 besonders geachtet.
Lange Lebensdauer garantiert
Durch die verlustarme Schaltungstechnik wird gewährleistet, dass die Bauelemente einem geringeren thermischen Stress ausgesetzt sind. Das steigert deren Lebenserwartung, insbesondere bei wärmeempfindlichen Kondensatoren oder Halbleitern. Es ergeben sich so sehr gute Werte in der Berechnung von MTBF sowie Cap-Lifetime. Anwendungen im 24/7-Dauerbetrieb, wie beispielsweise in Gebäuden, profitieren davon durch zuverlässige Versorgung. Dies ist besonders wichtig, wenn Geräte durch Verbau in Systemverteilern in Zwischendecken nur schwer erreichbar sind. Weitere Beispiele für Anwendungen im 24/7-Betrieb sind beispielsweise in der Produktion chemischer Erzeugnisse, auf Mautbrücken oder in Ortsnetzstationen zu finden."Lange Lebensdauer, hohe Effizienz, kleine Baugröße und dadurch deutlich reduzierte Betriebskosten. Das sind direkte Vorteile für unsere Kunden und auch für die Anlagenbetreiber", sagt Klaus Böhmer, BU-Leiter Interface Electronics bei Wago.
WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SCHALTSCHRANKBAU 3 (Mai) 2020 - 26.05.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.schaltschrankbau-magazin.de
