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

Hvordan fungerer en svitsjet strømforsyning?

Nesten alle strømforsyninger i koblingsskap er i dag svitsjet. Nettspenningen likerettes og slås deretter av og på med høy frekvens, noe som gjør at transformatoren kan bli liten. Deretter likerettes og filtreres spenningen, og en regulator holder utgangsspenningen stabil.

Transformatoren skiller utgangen galvanisk fra nettet, slik at 24 V-siden kan regnes som ekstra lav spenning (SELV eller PELV). Utstyr som kobles til det offentlige strømnettet, må overholde grensene for overharmoniske i EN 61000-3-2, som gjelder fra 75 W. Derfor har større strømforsyninger effektfaktorkorreksjon (PFC).

Hvor stor strømforsyning trenger du?

Summer strømmen for alle lastene på 24 V: PLS, I/O, sensorer, ventiler, releer og paneler. Legg til omtrent 20–30 % margin for fremtidig utvidelse og kjøligere drift.

Startstrømmer og effektreserve

Laster med store kondensatorer på inngangen, for eksempel industri-PC-er og DC/DC-omformere, trekker en kraftig strømpuls ved innkobling. DC-motorer, magnetventiler og bremser trekker flere ganger merkestrømmen sin når de starter.

To ting i databladet er viktige. Effektreserve (boost) betyr at strømforsyningen kan gi for eksempel 150 % av merkeeffekten i noen sekunder. Overlastoppførselen avgjør resten: konstant strømbegrensning leverer full strøm til lasten har startet, mens en strømforsyning som slår seg av og prøver igjen (hiccup-modus), kanskje aldri får i gang en stor kapasitiv last.

Enfase eller trefase, og hvilket inngangsspenningsområde?

Opp til noen hundre watt holder det som regel med enfase. Et bredt inngangsspenningsområde, for eksempel 85–264 V AC, fungerer over hele verden, og mange strømforsyninger tåler også likespenning.

Ved høyere effekt er trefase vanligere. Strømforsyningene belaster fasene jevnt og tåler ofte 340–550 V AC, altså både 400 og 480 V.

24 V DC er standard i automasjon, mens 48 V brukes i telekom og for PoE. I små koblingsskap regnes bredden i moduler på 17,5 mm, og ultrasmale strømforsyninger fra én modul passer i sikringsskap og byggautomasjon.

Virkningsgrad, varme og montering

Ved 480 W utgangseffekt og 94 % virkningsgrad blir tapene omtrent 31 W. Ved 88 % blir de 65 W – dobbelt så mye varme i skapet.

Merkeeffekten gjelder opp til en bestemt omgivelsestemperatur, ofte 50–60 °C, og deretter må effekten reduseres etter kurven i databladet. Tommelfingerregelen er at levetiden til elektrolyttkondensatorene halveres for hver 10 °C høyere temperatur.

Strømforsyninger for DIN-skinne kjøles som regel med naturlig konveksjon. Monter dem i den stillingen databladet angir, med fri plass over og under. Liggende montering eller en frekvensomformer tett inntil kan kreve kraftig derating.

Redundans og selektivitet – når forsyningen ikke får falle ut

I prosessindustri, vannverk og tunneler kan ikke forsyningen falle bort bare fordi én strømforsyning svikter. Løsningen er N+1-redundans: to strømforsyninger som hver for seg klarer hele lasten, koblet via en redundansmodul. Modulen skiller utgangene fra hverandre med dioder eller MOSFET (OR-ing), slik at en defekt strømforsyning ikke drar ned den friske. Koble til DC OK-kontaktene på begge strømforsyningene. Ellers merker ingen at den ene har sviktet.

Parallellkobling med strømdeling gir mer effekt, men ingen reserve hvis lasten krever alle strømforsyningene.

Selektivitet betyr at bare sikringen til kretsen med feil løser ut. En automatsikring med B-karakteristikk trenger 3–5 ganger merkestrømmen for å løse ut momentant, og C-karakteristikk 5–10 ganger. En strømforsyning på 10 A får derfor aldri en B6-sikring til å løse ut raskt, og spenningen synker for alle lastene i mellomtiden. Bruk en strømforsyning som gir en kort strømpuls på flere ganger merkestrømmen, eller elektroniske sikringer per utgang.

UPS og buffermoduler for 24 V DC

En vanlig strømforsyning holder utgangsspenningen oppe i omtrent 20 ms etter et strømbrudd. For lengre brudd trengs noe mer:

• Buffermodul med kondensatorer – vedlikeholdsfri, for brudd på opptil noen sekunder.
• DC-UPS med batteri – en kontrollenhet lader batteriet og kobler det inn ved strømbrudd. Holder i minutter eller timer, slik at en PLS eller datamaskin rekker å slå seg av kontrollert.
• UPS (avbruddsfri strømforsyning) for vekselspenning – for datamaskiner og utstyr som krever 230 eller 115 V AC.

DC/DC-omformere for kjøretøy, tog og forsvar

En DC/DC-omformer gjør om en varierende batterispenning til en stabil spenning, for eksempel 24 V til 12 V for en radio.

• Kjøretøy og mobile maskiner – spenningen synker ved motorstart og stiger kraftig ved lastavkobling (load dump), som beskrevet i ISO 16750-2. Velg et bredt inngangsspenningsområde, for eksempel 9–36 V.
• Isolert eller ikke-isolert – en isolert omformer bryter jordsløyfer. En ikke-isolert er mindre, men har felles minuspol med batteriet.
• Jernbane – EN 50155 stiller krav til temperatur, spenningsvariasjoner, strømbrudd, vibrasjon og EMC ved 24, 72 eller 110 V DC.
• Forsvar og luftfart – MIL-omformere for 28 V, konstruert for transientene i MIL-STD-1275 (bakkekjøretøy) og MIL-STD-704 (luftfart), ofte med kjøling via bunnplaten.

Hvilke godkjenninger trengs?

Brukseksempler og vanlige feil

• Fabrikk – 24 V til PLS, I/O, sensorer og ventiler.
• Kjøretøy og mobile maskiner – DC/DC-omformere for 12 og 24 V i skogsmaskiner, trucker, busser og utrykningskjøretøy.
• Energi og infrastruktur – strømforsyninger med DC-inngang i koblingsanlegg, DC-UPS i pumpestasjoner og tunneler.
• Medisinsk teknologi – strømforsyninger etter IEC 60601-1.
• Forsvar – MIL-omformere og UPS for kjøretøy og skip.

1. Dimensjonert etter kontinuerlig last. Startstrømmer kan gi overlast ved hver innkobling.
2. Derating blir glemt. En strømforsyning i et skap på 60 °C kan bare gi en del av merkeeffekten.
3. Parallellkobling forveksles med redundans. Uten redundansmodul og reserve tar én feil ned hele forsyningen.
4. Sikringen løser ikke ut. Sjekk at strømforsyningen kan gi nok strøm til å løse ut sikringen.

Strømforsyninger hos SCN

Vi har strømforsyninger for DIN-skinne fra Mean Well og Mibbo og DC-UPS fra Mean Well. For forsvar, luftfart og skip har vi DC/DC-omformere, hold-up-moduler og UPS fra Enercon.

Eksempler fra vårt sortiment

Vanlige spørsmål

Hvor stor strømforsyning trenger jeg?

Summer lastene, ta hensyn til startstrømmer og legg til 20–30 % margin. Sjekk at effekten gjelder ved temperaturen i skapet.

Hva er forskjellen på en lineær og en svitsjet strømforsyning?

En lineær strømforsyning gjør overskuddet om til varme. Den gir lite støy, men har lav virkningsgrad. En svitsjet strømforsyning er mindre og mer effektiv.

Kan man parallellkoble to strømforsyninger?

Ja, hvis strømforsyningene er laget for det og har strømdeling. For redundans trengs i tillegg en redundansmodul, og hver strømforsyning må klare hele lasten alene.

Hva er forskjellen på en DC-UPS og en buffermodul?

En buffermodul lagrer energi i kondensatorer og takler brudd på opptil noen sekunder uten vedlikehold. En DC-UPS bruker et batteri og holder i minutter eller timer, men batteriet må kontrolleres og byttes.