Nätaggregat för industrin – DIN-skena, DC/DC och UPS

Hur fungerar ett switchat nätaggregat?

Nästan alla nätaggregat i elskåp är i dag switchade. Nätspänningen likriktas och slås sedan till och från med hög frekvens, vilket gör att transformatorn kan bli liten. Därefter likriktas och filtreras spänningen, och en regulator håller utspänningen stabil.

Transformatorn skiljer utgången galvaniskt från nätet, så att 24 V-sidan kan räknas som klenspänning (SELV eller PELV). Utrustning på det allmänna elnätet ska klara övertonsgränserna i EN 61000-3-2, som gäller från 75 W. Därför har större aggregat effektfaktorkorrigering (PFC).

Hur stort nätaggregat behöver du?

Summera strömmen för alla laster på 24 V: PLC, I/O, givare, ventiler, reläer och paneler. Lägg till ungefär 20–30 % marginal för framtida utbyggnad och svalare drift.

Startströmmar och effektreserv

Laster med stora kondensatorer på ingången, till exempel industridatorer och DC/DC-omvandlare, drar en kraftig strömpuls vid tillslag. DC-motorer, magnetventiler och bromsar drar flera gånger sin märkström när de startar.

Två saker i databladet är viktiga. Effektreserv (boost) betyder att aggregatet kan ge till exempel 150 % av märkeffekten i några sekunder. Överlastbeteendet avgör resten: konstant strömbegränsning matar full ström tills lasten har startat, medan ett aggregat som slår av och försöker igen (hiccup-läge) kanske aldrig får igång en stor kapacitiv last.

Enfas eller trefas, och vilket inspänningsområde?

Upp till några hundra watt räcker oftast enfas. Ett brett inspänningsområde, till exempel 85–264 V AC, fungerar över hela världen, och många aggregat klarar även likspänning.

Vid högre effekt är trefas vanligare. Aggregaten belastar faserna jämnt och klarar ofta 340–550 V AC, alltså både 400 och 480 V.

24 V DC är standard i automation, medan 48 V används i telekom och för PoE. I små elskåp räknas bredden i moduler om 17,5 mm, och ultrasmala aggregat från en modul passar i installationscentraler och fastighetsautomation.

Verkningsgrad, värme och montering

Vid 480 W uteffekt och 94 % verkningsgrad blir förlusterna ungefär 31 W. Vid 88 % blir de 65 W – dubbelt så mycket värme i skåpet.

Märkeffekten gäller upp till en viss omgivningstemperatur, ofta 50–60 °C, och därefter måste effekten sänkas enligt databladets kurva. Tumregeln är att elektrolytkondensatorernas livslängd halveras för varje 10 °C högre temperatur.

Aggregat för DIN-skena kyls oftast med självdrag. Montera dem i det läge databladet anger, med fritt utrymme ovanför och under. Liggande montering eller en frekvensomriktare tätt intill kan kräva kraftig derating.

Redundans och selektivitet – när matningen inte får gå ner

I processindustri, vattenverk och tunnlar får matningen inte försvinna för att ett aggregat går sönder. Lösningen är N+1-redundans: två aggregat som vart och ett klarar hela lasten, kopplade via en redundansmodul. Modulen skiljer utgångarna åt med dioder eller MOSFET (OR-ing), så att ett trasigt aggregat inte drar ned det friska. Anslut båda aggregatens DC OK-kontakter, annars märker ingen när det ena går sönder.

Parallellkoppling med strömdelning ger mer effekt, men ingen reserv om lasten kräver alla aggregaten.

Selektivitet betyder att bara säkringen till den felande kretsen löser ut. En automatsäkring med B-karakteristik behöver 3–5 gånger märkströmmen för att lösa ut momentant, och C-karakteristik 5–10 gånger. Ett aggregat på 10 A får därför aldrig en B6-säkring att lösa ut snabbt, och spänningen sjunker för alla laster under tiden. Använd ett aggregat som ger en kort strömpuls på flera gånger märkströmmen, eller elektroniska säkringar per utgång.

UPS och buffertmoduler för 24 V DC

Ett vanligt nätaggregat håller utspänningen uppe ungefär 20 ms efter ett avbrott. För längre avbrott behövs något mer:

• Buffertmodul med kondensatorer – underhållsfri, för avbrott på upp till några sekunder.
• DC-UPS med batteri – en styrenhet laddar batteriet och kopplar in det vid avbrott. Räcker minuter eller timmar, så att en PLC eller dator hinner stänga ned kontrollerat.
• UPS (avbrottsfri kraft) för växelspänning – för datorer och utrustning som kräver 230 eller 115 V AC.

DC/DC-omvandlare för fordon, tåg och försvar

En DC/DC-omvandlare gör om en varierande batterispänning till en stabil spänning, till exempel 24 V till 12 V för en radio.

• Fordon och mobila maskiner – spänningen sjunker vid motorstart och stiger kraftigt vid lastbortkoppling (load dump), som beskrivs i ISO 16750-2. Välj ett brett inspänningsområde, till exempel 9–36 V.
• Isolerad eller icke-isolerad – en isolerad omvandlare bryter jordslingor. En icke-isolerad är mindre men har gemensam minuspol med batteriet.
• Järnväg – EN 50155 ställer krav på temperatur, spänningsvariationer, avbrott, vibration och EMC vid 24, 72 eller 110 V DC.
• Försvar och flyg – MIL-omvandlare för 28 V, konstruerade för transienterna i MIL-STD-1275 (markfordon) och MIL-STD-704 (flyg), ofta basplattekylda.

Vilka godkännanden behövs?

Användningsexempel och vanliga misstag

• Fabrik – 24 V till PLC, I/O, givare och ventiler.
• Fordon och mobila maskiner – DC/DC-omvandlare för 12 och 24 V i skogsmaskiner, truckar, bussar och utryckningsfordon.
• Energi och infrastruktur – aggregat med DC-ingång i ställverk, DC-UPS i pumpstationer och tunnlar.
• Medicinteknik – aggregat enligt IEC 60601-1.
• Försvar – MIL-omvandlare och UPS för fordon och fartyg.

1. Dimensionerat efter kontinuerlig last. Startströmmar kan ge överlast vid varje tillslag.
2. Derating glöms bort. Ett aggregat i ett 60 °C varmt skåp kan bara ge en del av märkeffekten.
3. Parallellkoppling tas för redundans. Utan redundansmodul och reserv tar ett fel ned hela matningen.
4. Säkringen löser inte ut. Kontrollera att aggregatet kan ge tillräcklig ström för att lösa ut säkringen.

Nätaggregat hos SCN

Vi har nätaggregat för DIN-skena från Mean Well och Mibbo och DC-UPS från Mean Well. För försvar, flyg och fartyg har vi DC/DC-omvandlare, hold-up-moduler och UPS från Enercon.

Exempel ur vårt sortiment

Vanliga frågor

Hur stort nätaggregat behöver jag?

Summera lasterna, ta hänsyn till startströmmar och lägg till 20–30 % marginal. Kontrollera att effekten gäller vid temperaturen i skåpet.

Vad är skillnaden mellan ett linjärt och ett switchat nätaggregat?

Ett linjärt aggregat omvandlar överskottet till värme. Det ger lite brus men har låg verkningsgrad. Ett switchat aggregat är mindre och mer effektivt.

Kan man parallellkoppla två nätaggregat?

Ja, om aggregaten är gjorda för det och har strömdelning. För redundans behövs dessutom en redundansmodul och att varje aggregat ensamt klarar hela lasten.

Vad är skillnaden mellan en DC-UPS och en buffertmodul?

En buffertmodul lagrar energi i kondensatorer och klarar avbrott på upp till några sekunder utan underhåll. En DC-UPS använder ett batteri och klarar minuter eller timmar, men batteriet måste kontrolleras och bytas.