So bleiben Netzausfälle ohne Folgen für die Fertigung

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Eine Kurzzeit-USV für den Umrichter

Das Gerät DEV (Dynamische Energieversorgung) fungiert im Prinzip wie eine Kurzzeit-USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) für Antriebsumrichter und Servoregler. Die aktive Kapazitätserweiterung des Gleichstromzwischenkreises der Umrichter hält eine entsprechend der technischen Auslegung festgelegte Energiemenge vor, die dazu dient, bei Netzausfall das Spannungsniveau des Gleichstromzwischenkreises auf einem Niveau zu halten, das die Ausfallzeit ohne Störung oder gar Zerstörung überbrückt und/oder die Maschine zum definierten Stillstand bringt. Ziel ist in jedem Fall, dass der Antrieb und alle von ihm versorgten Systeme die Netzunterbrechung entweder gar nicht bemerkt oder in einen definierten Zustand kommt, von dem aus ein Neustart ohne Aufwand möglich ist. Beides sind die Aufgaben des Application Engineering, die sich mit Hilfe des Energiespeichers DEV lösen lassen.

Die aktive Kapazitätserweiterung für Gleichstromzwischenkreise DEV der Baugröße 2.0 bringt in seiner Standardausführung eine Speicherkapazität von rund zwei Kilojoule mit und eignet sich damit für viele Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik. „Aktiv“ heißt dabei, und das gilt für alle drei Geräteserien, dass es sich nicht um eine simple kapazitative Erweiterung des Zwischenkreises handelt, die u.a. unabsehbare Folgen für die Ladeschaltung des Drive Controllers hätte. Wie die anderen Systeme ist die DEV für Drive Controller mit Zwischenkreisspannungen bis 800 VDC konstruiert, die über einen direkten Zwischenkreisanschluss verfügen. Auch dieses System funktioniert wie eine Black Box, die für alle passt und die sich selbst einstellt. Nur zwei Litzen anschließen und fertig.

Funktionsüberwachung über die Schnittstelle

Über eine 24-V-Schnittstelle auf der Oberseite des Geräts übermittelt es ein Signal bei Veränderung des Ladezustands des Speichers. Bei Entladung schaltet die Schnittstelle, wodurch eine Netzunterbrechung oder eine Störung des Energiespeichers sicher signalisiert wird. Der Nutzer entscheidet durch die Programmierung der übergeordneten Maschinensteuerung, welche Maßnahmen dann unternommen werden. Die Schnittstelle schaltet mit ihrer serienmäßigen Einstellung bei einem noch verfügbaren Energievolumen von rund 90% des gesamten Speichers.

Geladen wird der Energiespeicher nach Einschalten des Umrichters per Laderoutine, die sehr vorsichtig agiert, um die Ladeschaltung des Umrichters nicht zu sehr zu belasten und um auch keine negativen Netzrückwirkungen zu generieren. Bei Versorgungsvorgang kann es sowieso keine Netzrückwirkungen geben, denn die DEV speist nur dann in den Gleichstromzwischenkreis ein, wenn kein Netz vorhanden ist. Sollte das Netz während der Einspeisephase wieder kommen, setzt die DEV ihren Betrieb ab einem gewissen Spannungsniveau ein. Dann füllt sie ihren Speicher wieder systemfreundlich auf.

Bremsenergie puffern und wieder verwenden

Mit der DEK werden die beiden eingangs vorgestellten Geräte sinnvoll zu einer Lösung kombiniert. Die DEK kann sowohl Bremsenergie puffern als auch Spannungsschwankungen bis hin zur Netzunterbrechung im Rahmen seiner Speichergröße ausgleichen. Möglich macht dies die Aufteilung des Speichers in einen Bereich für die Bremsenergie und einen für die Energie der Kurzzeit-USV, wobei der USV-Bereich mindestens die Hälfte des Energiespeichers zugeteilt bekommt. Die genaue Aufteilung der zur Verfügung stehenden Energiemenge ist dabei das Ergebnis des Application Engineering. Ausgehend von einem Beispiel, bei dem es gilt, im Fall einer Bremsung 500 Joule Energie zwischenzuspeichern, werden die restlichen zur Verfügung stehenden 1.500 Joule für den USV-Fall vorgehalten.

Auch bei der DEK gilt, dass der Anschluss sehr einfach über nur drei Litzen hergestellt wird. Bei den Drillingen ist somit noch nicht einmal ein Einschalter vorhanden. Diese derart hohe Usability ist vorbildlich und stärkt den Charakter des neuen Systems als unterstützendes Peripherieprodukt für die Antriebstechnik. Wie die DEV besitzt auch die DEK die Überwachungsschnittstelle, die für eine gesicherte Funktion der Energielieferung im Fall einer Netzunterbrechung für essentiell angesehen wird.

Breites Gerätespektrum mit unterschiedlicher Belastbarkeit

Die Drillinge stehen in mehreren Leistungsstufen zur Verfügung. Neben der Basisvariante 2.0, die in zwei Leistungsklassen angeboten wird, bringt die Variante 3.0 einen weiteren Energieschub, ist also beim Faktor Leistung x Zeit höher belastbar. Erreicht werden die höheren Belastbarkeiten bei den maßgleichen Geräten durch eine veränderte Elektronik und eine deutlich verbesserte Entwärmung. Beim DES bedeutet dies die gleiche Energiemenge bei kürzen Zyklen, bei der DEV sehr große Energiemengen bei ungeplanter oder gleicher Energiemenge aber häufiger geplanter Netzunterbrechung. Und bei der neuen DEK wirkt sich die Erhöhung der Belastbarkeit in beiden Bereichen positiv aus.

Sollte das Speichervolumen bei einem der Geräte für die konkrete Anwendung nicht ausreichen, kann es durch weitere Speichermodule unkompliziert erweitert werden. Sie sind über Kabel mit verpolungssicheren Steckern einfach mit der dynamischen Energieversorgung zu verbinden. Mit diesen Erweiterungsmodulen steht zusätzliche Energie in zwei Kilojoule-Schritten bereit.

Auf der Ebene der Antriebe sind mit den drei Geräten des Herstellers alle Möglichkeiten gegeben, netzunabhängig mit den Energien im Gleichstromzwischenkreis von Drive Controllern umzugehen. Der DES erhöht die Energieeffizienz, die DEV schützt vor negativen Folgen einer Spannungsschwankung oder einer Netzunterbrechung; und die DEK darf als eine energiesparende Kurzzeit-USV für Antriebe gelten.

* Chris Liebermann ist technischer Berater der Michael Koch GmbH, Ubstadt-Weiher.

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