Mit der richtigen Stromversorgung mehr als nur Energie einsparen

Der Energieverbrauch einer Maschine ist und bleibt ein Thema in der Industrie. Daher lohnt es sich, gerade die Stromversorgung genauer unter die Lupe zu nehmen. Dass dabei aber auch die Art der Stromabsicherung und -verteilung eine große Rolle spielt, wird oft unterschätzt.

In allen Automatisierungslösungen bildet das Stromversorgungssystem, bestehend aus elektronischer Stromversorgung und Sekundärabsicherung, die Basis des Schaltschrankes. Emparro von Murrelektronik gehört laut Unternehmen zur neuesten Generation der Schaltnetzteile am Markt. Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent zeichnet sich die Stromversorgung durch eine geringe Wärmeabstrahlung, eine kompakte Bauform, Ausgangsspannungen von 12, 24 und 48 V sowie Ströme von 2,5 bis 20 A aus. Zusätzlich liefern sie bei Bedarf bis zu vier Sekunden lang 150 Prozent der Nennleistung und ermöglichen durch diese Power-Boost-Funktion den Start von stromintensiven Verbrauchern. Die geringe Verlustleistung der Stromversorgung sorgt für deren geringere Erwärmung. Folglich fällt die thermische Beanspruchung des Schaltnetzteils und der sich im näheren Umfeld befindenden Bauteile geringer aus und die Lebensdauer verlängert sich.
Ein zweiter Aspekt ist die kompakte Baugröße. Denn umso weniger Platz im Schaltschrank benötigt wird, desto kleiner kann dieser ausgelegt werden. Ein kleinerer Schaltschrank und ein kleineres Klimagerät wirken sich positiv auf die Gesamtkostenkalkulation des Maschinenbauers aus - der Endkunde spart Produktionsfläche und Unterhaltskosten. Und schon gewinnt das Sprichwort „Kleinvieh macht auch Mist" an Bedeutung für die Energieeffizienz.

Wirksamer Schutz von Lastkreisen
Oft beziehen sich heutige Energie-Betrachtungen in der Automatisierungstechnik nur auf die großen Schlüsselkomponenten, wie Stromversorgungen, Antriebsregler und Anlagenperipherie. Wer aber hat sich bisher bei der Absicherung der 24- oder 48V-DC-Kreisen Gedanken über Energieeffizienz gemacht? Eine typische Applikation besteht heute aus einer Stromversorgung mit 10 bis 20 A Ausgangsstrom und drei bis sechs Sekundärabsicherungen in Form von Leitungsschutzschaltern oder elektronischen Sicherungsmodulen wie die Mico-Familie von Murrelektronik.

Der Nachteil an den Leitungsschutzschaltern ist aber, dass sie unnötig Energie verbrauchen und zusätzliche Verlustwärme freisetzen. Grund ist der große Innenwiderstand der Sicherungsautomaten. Im Vergleich zu einer elektronischen Absicherung wie Mico kann man bei Leitungsschutzschaltern in Abhängigkeit vom Strombereich vom bis zu 40-fachen des Innenwiderstandes sprechen - der zusätzliche Energiebedarf ist dann leicht auszurechnen.
Der Einsatz von Leitungsschutzschaltern in Kombination mit elektronischen Stromversorgungen birgt aber noch ein ganz anderes Problem: Elektronische Stromversorgungen haben ein definiertes Kurzschluss- und Überlastverhalten, das die Geräte kurzschlusssicher macht, aber auch verhindert, dass ein genügend großer Strom fließen kann, der die Leitungsschutzschalter im Fehlerfall auslöst. Genauer gesagt verhindert der Schleifenwiderstand (Stromkreis von der Stromversorgung - Absicherung - Kabel zum Verbraucher - Kabel zurück zur Stromquelle), dass ein beliebig hoher Kurzschlussstrom fließen kann. Dadurch können Leitungsschutzschalter nur eine sehr eingeschränkte bis keine Sicherheit bieten beziehungsweise bei Querschnitten kleiner 0,75 mm und Strömen kleiner 10 A ganz versagen. Eine Umstellung auf elektronische Sicherungen ist daher nicht nur aus Effizienzgründen sinnvoll, um die Installation sowohl kurzschluss- und überlastsicher als auch energieeffizient zu machen.
Als weiteren Vorteil bieten die Mico+-Sicherungsmodule eine Stand-by-Funktion für Pfade, die nicht ständig benötigt werden. So kann beispielsweise die Peripherie in Prozesspausen abgeschaltet werden. Diese Pfade können über einen 24V-DC-Eingang deaktiviert und bei Bedarf sofort wieder zugeschaltet werden, während wichtige Komponenten wie die Steuerung permanent durch dasselbe Modul versorgt werden.
Eine Herausforderung stellt oft auch der hohe Einschalt-Peakstrom für die Stromversorgung dar, verursacht durch das gleichzeitige Einschalten mehrerer Elektronik-Komponenten. Mico löst dies mit einem kaskadierten Energiemanagement der einzelnen Sicherungspfade. Dadurch wird beim Einschalten der Maschine aktiv verhindert, dass die Stromversorgung überlastet wird. Zudem kann diese auch kleiner ausgelegt werden, was wieder zur anfangs geschilderten Energieeffizienz beiträgt.

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