Programmierbar und mit vielen praxisgerechten Features:Stromversorgungen erleichtern Prüfabläufe
Zeit möglichst effektiv zu nutzen und gleichzeitig Fehlerquellen auszuschließen, ist eine Grundvoraussetzung für die meisten Test- und Prüfaufbauten oder Forschungsprojekte. Eine weitere Forderung ist oft eine enorme Bandbreite an Flexibilität. Vielfach sollen mit ein und derselben Anordnung komplexe Betriebsabläufe, Kräfte- und Belastungsverläufe unter sich verändernden Rahmenbedingungen gefahren werden. Intelligente, über digitale und analoge Schnittstellen programmierbare Stromversorgungen werden hier zum Problemlöser, zumal diese „Strom-Computer“ nicht nur zuvor definierte Abläufe eigenständig abarbeiten können, sondern dank zahlreicher Zusatz-Funktionen auch in vielerlei anderer Hinsicht dazu beitragen, den Gesamtaufwand zu minimieren. Das Spektrum reicht hier von der integrierten elektronischen Last bis hin zur funktionalen Sicherheit.
Was haben Hochleistungsakkumulatoren, Motor-, Airbag- und Bordsteuergeräte, elektrische Antriebe oder Trafos gemeinsam? Sie alle werden umfangreichen, elektrischen Simulationsprüfungen unterzogen, um zu erkennen, wie die eingesetzten Bauteile auf sämtliche im späteren Einsatz vorkommenden Belastungsfaktoren reagieren. Dies erfordert flexible Prüfgeräte, die z.B. bei Tests unter rauen Umgebungsbedingungen wie Feuchte-, Temperatur, Vibrationen oder Schocks das elektrische Umfeld nachbilden, um die Elektronik für den harten Einsatz zu prüfen, beispielsweise für mobile Anwendungen im Außenbereich. An die eingesetzten Stromversorgungen stellt dies besondere Anforderungen. Zum einen, weil sie die Voraussetzung für eine sichere und stabil den Vorgaben folgende Spannungsversorgung sind, die wiederum unabdingbar für reproduzierbare Testergebnisse ist. Zum anderen sollten die Stromversorgungen selbst ein hohes Maß an Flexibilität bieten.
Unterschiedliche Geräte zu prüfen, bedeutete bisher auch unterschiedliche Anforderungen an die Stromversorgungen, die nicht nur stabile Ausgangsspannungen liefern, sondern auch auf den jeweiligen Leistungsbedarf abgestimmt sein müssen. Auf wechselnde Prüflinge oder Abläufe zu reagieren, war damit zeitaufwändig, zumal meist noch manuelle Einstellarbeiten zu erledigen waren. Bei den normalerweise üblichen analog programmierbaren Stromversorgungen kann man lediglich Sollwerte aus der Ferne einstellen oder die jeweiligen Ist-Werte abfragen. Für viele Prüfabläufe sind diese Möglichkeiten keineswegs ausreichend und ein solches Vorgehen daher wenig praktikabel. Der Stromversorgungsspezialist Kniel, Karlsruhe, bietet deshalb mit der Baureihe Energy 1200 Stromversorgungen, die sich über unterschiedliche digitale Schnittstellen praxisgerecht programmieren lassen.
Von der Stromversorgung zum „Stromcomputer“
Die leistungsstarken Primärschaltregler der 1,2-kW-Klasse eignen sich dadurch auch als intelligentes, zeitsparendes Prüf-, Test- oder Laborgerät und werden auch in Forschungseinrichtungen ihren Platz finden. Der Anwender kann hier nicht nur für Strom, Spannung und Leistung Soll- und Grenzwerte definieren, sondern auch unterschiedliche Sequenzen programmieren, die die Stromversorgung dann selbsttätig abarbeitet. Auch die Programmabläufe mehrerer Geräte lassen sich präzise synchronisieren, was bei größeren Anlagen viel Aufwand spart. Die für die jeweilige Aufgabe notwendigen Einstellungen werden zuvor programmiert und sind dann automatisch abrufbar. Man muss also während eines Ablaufs oder Versuchs an der Stromversorgung keine Einstellungen manuell verändern und kann bei verschiedenen Abläufen einfach zwischen innerhalb des Gerätes hinterlegten Programmen umschalten.
Da die Geräte sowohl als Stromquelle als auch als Stromsenke arbeiten, sind Akkutests ein wichtiges Einsatzgebiet. Mit ihnen lassen sich dann z.B. mehrere parallel geschaltete Batteriezellen sehr sensibel mit der notwendigen Spannung versorgen und präzise vorgegebene Lade- und Entladesequenzen zyklisch abarbeiten. Ein ebenfalls typischer Anwendungsbereich sind Bordnetzsimulationen im Bereich der Kfz-Elektronik. Hier kann die Stromversorgung z.B. die temperaturabhängigen Eigenschaften von Batterien simulieren, ebenso wie den typischen Spannungseinbruch bei Motorstart oder beim Zuschalten starker Verbraucher wie z.B. Klimaanlage oder Heckscheibenheizung. Praxisgerecht ist die integrierte Stromsenke bzw. Entladeschaltung auch zur schnellen Entladung des Ausgangskreises. Ein Anwendungsbeispiel ist die Entladung der Rückspeisenergie, wenn Motoren im Bremsbetrieb geprüft werden.
Damit die angeschlossene, empfindliche Elektronik beim Betrieb oder beim Testen nicht durch versehentlich falsch programmierte Sollwerte zerstört wird, können in der Stromversorgung Grenzwerte (Limits) eingestellt werden. Auf diese Weise werden untere und obere Spannungs- und Stromwerte für die Sollwerte begrenzt. Damit sich auch bei den eingestellten Istwerten kein bedrohlicher Betriebszustand für die Prüflinge ergeben kann, lassen sich Überwachungswerte (Protection) setzen. Diese Schutzfunktionen legen den unteren und/oder oberen Spannungs-, Strom- und Leistungsüberwachungswert fest. Wird ein Istwert außerhalb der zulässigen Fenstereinstellungen detektiert, gibt es eine Fehlermeldung und der Geräteausgang der Stromversorgung wird deaktiviert. Die Stromversorgung kann aber auch als Konstantstromquelle ohne Fensterbereich arbeiten. Zu diesem Zweck wird der Strom-, Spannungs- oder Leistungsregler überwacht. Bei inaktivem Regler wird dann eine entsprechende Meldung generiert.
Funktionale Sicherheit, definierter Wiederanlauf und elektronische Last
Medizintechnische Anwendungen, Prüfaufbauten oder Fertigungseinrichtungen bei denen Anlagensicherheit eine wichtige Rolle spielt, können von weiteren Eigenschaften der „Strom-Computer“ profitieren. So erfüllen die Stromversorgungen die Anforderungen nach funktionaler Sicherheit gemäß EN/IEC 62061 SIL2 und EN ISO 13849-1, Performance Level (PL) d. Zwei geprüfte und zertifizierte Enable-Eingänge sorgen für eine sichere Abschaltung im Fehlerfall. Der Anwender muss also die Anlagen- oder Maschinensicherheit nicht über andere Wege realisieren; es reicht, die Stromversorgung abzuschalten. Gerade bei Test- und Prüfaufbauten kann sich so der Abnahmeaufwand deutlich reduzieren.
Außerdem sind die Interlock-Funktionalität (Wiederanlaufsperre) des Enable-Eingangs und das Wiedereinschaltverhalten des Geräteausgangs (save power on) konfigurierbar; damit ist ein „bewusstes“ Wiedereinschalten möglich. Der Anwender kann also wählen, wie die Stromversorgung nach einem Stillstand wieder starten soll. Sinnvoll in einigen Applikationen kann auch die bei Bedarf aktivierbare Ladestromkompensation sein. Ist sie aktiviert, wird der Stromsollwert automatisch so angepasst, dass an der angeschlossenen Last auch während der Ladephase der internen Ausgangskapazität der gesamte programmierte Strom verfügbar ist.
Programmierung aus der Ferne, per Handbedieneinheit oder direkt am Gerät
Die intelligenten Stromversorgungen bieten darüber hinaus noch einiges, was sie auch für andere Applikationsbereiche interessant macht, z.B. für den Einsatz an Teilchenbeschleunigern (Beamlines) oder in der Lasertechnik. So sind sie für den rauen industriellen Einsatz ausgelegt und regeln sehr präzise. Integrierte Filter sorgen für geringe Ripple- und Störüberlagerung des Ausgangs. Im Temperaturbereich zwischen -20 und +50 °C kann die volle Nennleistung dauerhaft, also ohne Derating, entnommen werden. Die Geräte sind dauerkurzschlussfest und schalten sich bei thermischer Überlastung automatisch ab. Ebenfalls interessante Features sind ein Power-Fail-Signal, aktive Lastaufteilung bei Parallelschaltung oder Redundanzbetrieb mehrerer Stromversorgungen, Störmeldung bei Übertemperatur sowie eine 5-V-Hilfsspannung. Dank der intelligenten Stromversorgungen lassen sich folglich elektrische Simulationen, Prüfungen in vielen Bereichen effektiver und damit wirtschaftlicher gestalten, aber auch zahlreiche andere Abläufe, bei denen es auf eine präzise Versorgung ankommt, werden einfacher.
Dazu trägt auch die komfortable Programmierung bei: Standardmäßig sind die Stromversorgungen mit RS232, USB und CAN-Open-Schnittstelle ausgestattet. LAN-Schnittstelle und die bereits erwähnte 5-V-Analog-Schnittstelle gibt es als Option. Bereits vorhandene analoge Messkarten der Anwender lassen sich dann weiter nutzen. Falls gewünscht, kann man die Stromversorgungen auch vor Ort direkt am Gerät oder mit einer als Option erhältlichen Handbedieneinheit programmieren. Letzteres kann in puncto Sicherheit Vorteile bringen, da am Gerät selbst dann nichts mehr versehentlich verstellt werden kann.
Alle Bilder: Kniel
