Strømforsyning til industrien – DIN-skinne, DC/DC og UPS

Hvordan virker en switch-mode strømforsyning?

Næsten alle strømforsyninger i tavler er i dag switch-mode. Netspændingen ensrettes og slås derefter til og fra med høj frekvens, så transformeren kan gøres lille. Derefter ensrettes og filtreres spændingen, og en regulator holder udgangsspændingen stabil.

Transformeren adskiller udgangen galvanisk fra nettet, så 24 V-siden kan regnes som ekstra lav spænding (SELV eller PELV). Udstyr på det offentlige elnet skal overholde grænserne for harmoniske i EN 61000-3-2, som gælder fra 75 W. Derfor har større strømforsyninger effektfaktorkorrektion (PFC).

Hvor stor en strømforsyning har du brug for?

Læg strømmen sammen for alle laster på 24 V: PLC, I/O, sensorer, ventiler, relæer og paneler. Læg cirka 20–30 % margin til fremtidige udvidelser og køligere drift.

Startstrømme og effektreserve

Laster med store kondensatorer på indgangen, for eksempel industri-PC’er og DC/DC-konvertere, trækker en kraftig strømimpuls ved tilkobling. DC-motorer, magnetventiler og bremser trækker flere gange deres mærkestrøm, når de starter.

To ting i databladet er vigtige. Effektreserve (boost) betyder, at strømforsyningen for eksempel kan levere 150 % af mærkeeffekten i nogle sekunder. Overlastadfærden afgør resten: konstant strømbegrænsning leverer fuld strøm, indtil lasten er startet, mens en strømforsyning, der slår fra og prøver igen (hiccup-tilstand), måske aldrig får en stor kapacitiv last i gang.

Enfaset eller trefaset, og hvilket indgangsområde?

Op til nogle hundrede watt er enfaset som regel nok. Et bredt indgangsområde, for eksempel 85–264 V AC, virker overalt i verden, og mange strømforsyninger kan også klare jævnspænding.

Ved højere effekt er trefaset mere udbredt. Strømforsyningerne belaster faserne jævnt og klarer ofte 340–550 V AC, altså både 400 og 480 V.

24 V DC er standard i automation, mens 48 V bruges i telekom og til PoE. I små tavler regnes bredden i moduler á 17,5 mm, og ultrasmalle strømforsyninger på ét modul passer i gruppetavler og bygningsautomation.

Virkningsgrad, varme og montering

Ved 480 W afgivet effekt og 94 % virkningsgrad bliver tabet cirka 31 W. Ved 88 % bliver det 65 W – dobbelt så meget varme i tavlen.

Mærkeeffekten gælder op til en vis omgivelsestemperatur, ofte 50–60 °C, og derover skal effekten sænkes efter kurven i databladet. Tommelfingerreglen er, at elektrolytkondensatorernes levetid halveres for hver 10 °C højere temperatur.

Strømforsyninger til DIN-skinne køles oftest ved naturlig konvektion. Montér dem i den retning, databladet angiver, med fri plads over og under. Liggende montering eller en frekvensomformer tæt ved siden af kan kræve kraftig derating.

Redundans og selektivitet – når forsyningen ikke må falde ud

I procesindustri, vandværker og tunneler må forsyningen ikke forsvinde, fordi en strømforsyning går i stykker. Løsningen er N+1-redundans: to strømforsyninger, der hver især kan klare hele lasten, forbundet via et redundansmodul. Modulet adskiller udgangene med dioder eller MOSFET (OR-ing), så en defekt strømforsyning ikke trækker den raske ned. Tilslut begge strømforsyningers DC OK-kontakter. Ellers opdager ingen, når den ene går i stykker.

Parallelkobling med strømdeling giver mere effekt, men ingen reserve, hvis lasten kræver alle strømforsyningerne.

Selektivitet betyder, at kun sikringen til den fejlbehæftede kreds udløser. En automatsikring med B-karakteristik skal have 3–5 gange mærkestrømmen for at udløse momentant, og C-karakteristik 5–10 gange. En strømforsyning på 10 A får derfor aldrig en B6-sikring til at udløse hurtigt, og spændingen falder for alle laster imens. Brug en strømforsyning, der leverer en kort strømimpuls på flere gange mærkestrømmen, eller elektroniske sikringer pr. udgang.

UPS og buffermoduler til 24 V DC

En almindelig strømforsyning holder udgangsspændingen oppe i cirka 20 ms efter en afbrydelse. Ved længere afbrydelser skal der mere til:

• Buffermodul med kondensatorer – vedligeholdelsesfrit, til afbrydelser på op til nogle sekunder.
• DC-UPS med batteri – en styreenhed oplader batteriet og kobler det ind ved afbrydelse. Rækker i minutter eller timer, så en PLC eller computer kan nå at lukke kontrolleret ned.
• UPS (nødstrømsforsyning) til vekselspænding – til computere og udstyr, der kræver 230 eller 115 V AC.

DC/DC-konvertere til køretøjer, tog og forsvar

En DC/DC-konverter laver en varierende batterispænding om til en stabil spænding, for eksempel 24 V til 12 V til en radio.

• Køretøjer og mobile maskiner – spændingen falder ved motorstart og stiger kraftigt ved lastafkobling (load dump), som beskrevet i ISO 16750-2. Vælg et bredt indgangsområde, for eksempel 9–36 V.
• Isoleret eller ikke-isoleret – en isoleret konverter bryder jordsløjfer. En ikke-isoleret er mindre, men har fælles minuspol med batteriet.
• Jernbane – EN 50155 stiller krav til temperatur, spændingsvariationer, afbrydelser, vibration og EMC ved 24, 72 eller 110 V DC.
• Forsvar og luftfart – MIL-konvertere til 28 V, konstrueret til transienterne i MIL-STD-1275 (landkøretøjer) og MIL-STD-704 (luftfart), ofte med køling via bundpladen.

Hvilke godkendelser er nødvendige?

Anvendelseseksempler og almindelige fejl

• Fabrik – 24 V til PLC, I/O, sensorer og ventiler.
• Køretøjer og mobile maskiner – DC/DC-konvertere til 12 og 24 V i skovmaskiner, trucks, busser og udrykningskøretøjer.
• Energi og infrastruktur – strømforsyninger med DC-indgang i koblingsstationer, DC-UPS i pumpestationer og tunneler.
• Medicoteknik – strømforsyninger efter IEC 60601-1.
• Forsvar – MIL-konvertere og UPS til køretøjer og skibe.

1. Dimensioneret efter kontinuerlig last. Startstrømme kan give overlast ved hver tilkobling.
2. Derating bliver glemt. En strømforsyning i en 60 °C varm tavle kan kun levere en del af mærkeeffekten.
3. Parallelkobling forveksles med redundans. Uden redundansmodul og reserve tager en fejl hele forsyningen ned.
4. Sikringen udløser ikke. Kontrollér, at strømforsyningen kan levere strøm nok til at udløse sikringen.

Strømforsyninger hos SCN

Vi har strømforsyninger til DIN-skinne fra Mean Well og Mibbo og DC-UPS fra Mean Well. Til forsvar, luftfart og skibe har vi DC/DC-konvertere, hold-up-moduler og UPS fra Enercon.

Eksempler fra vores sortiment

Ofte stillede spørgsmål

Hvor stor en strømforsyning skal jeg bruge?

Læg lasterne sammen, tag højde for startstrømme, og læg 20–30 % margin til. Kontrollér, at effekten gælder ved temperaturen i tavlen.

Hvad er forskellen på en lineær og en switch-mode strømforsyning?

En lineær strømforsyning omsætter overskuddet til varme. Den giver kun lidt støj, men har lav virkningsgrad. En switch-mode strømforsyning er mindre og mere effektiv.

Kan man parallelkoble to strømforsyninger?

Ja, hvis strømforsyningerne er beregnet til det og har strømdeling. Til redundans kræves desuden et redundansmodul, og hver strømforsyning skal alene kunne klare hele lasten.

Hvad er forskellen på en DC-UPS og et buffermodul?

Et buffermodul lagrer energi i kondensatorer og klarer afbrydelser på op til nogle sekunder uden vedligeholdelse. En DC-UPS bruger et batteri og klarer minutter eller timer, men batteriet skal kontrolleres og udskiftes.