Glossar

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AS-i-Netzteil
AS-i = AS-Interface = Aktor – Sensor – Interface.

Ein AS-i Netzteil dient der Spannungsversorgung eines Masters und mehrerer Slaves im Feldbussystem AS-Interface. Dieses Feldbussystem ist weit verbreitet in der Automatisierungstechnik und besticht durch Flexibilität und Einfachheit. Die Kommunikation der Busteilnehmer erfolgt über die Spannungsversorgung, somit ist nur eine Doppelader zu verlegen. Da konventionelle Netzteile am Ausgang üblicherweise über eine niedrige Impedanz verfügen und den hochfrequent aufmodulierten Datenstrom kurzschließen, verfügt das AS-i Netzteil über einen integrierten Filter zur Entkopplung dieser gewollten Schwingungen. Im Gegenzug darf das AS-i Netzteil selbst nicht die Kommunikation durch Störungen beeinträchtigen. Die Busspannung liegt üblicherweise bei 30,5Vdc – per Potentiometer am AS-i Netzteil lässt sie sich in Grenzen einstellen.

Die Ausgangsspannung eines AS-i Netzteiles ist kurzschlussfest und entspricht einer „Funktionskleinspannung mit sicherer Trennung“ (PELV). Der AS-Interface Bus (AS-i+, AS-i-) wird über einen kapazitiven Spannungsteiler mit Groundpotenzial verbunden, der als Bezug für den Bus dient.

AS-i Netzteile wie auch alle weiteren Komponenten des Systems müssen zertifiziert werden durch die AS-International Association. Die Funktionalität von AS-i Netzteilen, Masters, Slaves, das Übertragungsmedium sowie die Busprotokolle sind festgelegt in den Normen EN50295 und IEC62026-2.

Ableitstrom

Der Ableitstrom ist ein unerwünscht fließender Wechselstrom zwischen elektrischen Polen, welche unterschiedlich hohes Spannungspotential besitzen. Die maximalen Grenzwerte für den Ableitstrom sind in einigen Anlagen- und Gerätebestimmungen festgelegt (z. B. DIN VDE 0100 max. 0,75 mA, DIN VDE 0750 max. 0,25 mA). Einige der möglichen Messanordnungen sind nachfolgend genannt (z. B. Ersatz-Ableitstrommessung in Anlehnung an DIN VDE 0701).

Der Ableitstrom eines elektrischen Betriebsmittels sollte gering sein, da durch den Betrieb mehrerer Geräte am Netz eine Addition der Ströme erfolgt.

 

Ableitstrom

 

A: Messanordnung zur Ermittlung des Ableitstromes für Geräte der Schutzklasse I
B: Messanordnung zur Ermittlung des Ableitstromes für Geräte der Schutzklasse II
C: Messanordnung zur Ermittlung des Ableitstromes zwischen Primär und Sekundär

 

Abwärtswandler

Der Abwärtswandler, häufig auch als „step-down converter“ bezeichnet, vermag eine höhere Eingangsgleichspannung in eine kleinere Ausgangsgleichspannung (mit entsprechend höherem Ausgangsgleichstrom) umzuwandeln.

Bei geschlossenem Halbleiterschalter fließt Strom über die Drossel zum Ausgang. Ein Teil des Stromes wird in der Drossel in magnetische Energie umgewandelt, die während der Sperrphase (bei geöffnetem Halbleiterschalter) in elektrische Energie zurückgewandelt wird. Die Polarität an der Drossel dreht sich dabei um, so dass über die Diode der Strom zum Ausgang fließen kann. Die Ausgangsgleichspannung ist hierbei stets kleiner als die Eingangsgleichspannung.

Abwaertswandler

Aufwärtswandler

Beim Aufwärtswandler, oder auch „step-up converter“ genannt, ist es möglich, die Eingangsgleichspannung in eine höhere Ausgangsgleichspannung (mit entsprechend geringerem Ausgangsgleichstrom) umzuwandeln.

In geöffnetem Zustand des Halbleiter-Schalters fließt Strom über die Drossel und die in Durchgang geschaltete Diode zum Ausgang. Bei geschlossenem Halbleiterschalter wird in der Drossel elektrische Energie in magnetische Energie umgewandelt und gespeichert. Die Diode verhindert hierbei das Kurzschließen des Ausganges. Bei geöffnetem Halbleiterschalter wird die magnetische Energie wieder in elektrische Energie zurückgewandelt und es baut sich eine Gleichspannung in Reihe zum Ausgang auf. Die Ausgangsgleichspannung ist somit stets größer als die Eingangsgleichspannung.

Aufwaertswandler

Ausgangs- (Sekundär-) Wicklung

Die Ausgangswicklung ist eine zum Anschluss eines Verteilungsstromkreises, eines Gerätes, eines Betriebsmittels oder einer anderen Einrichtung bestimmte Wicklung.

Es können mehrere Wicklungen sowie Anzapfungen vorhanden sein. Je nach Anzahl und Isolationsaufwand kann eine Erhöhung der Kernleistung (Baugröße) des Transformators erforderlich werden. Falls nicht anders vereinbart, werden Anzapfungen für die Stromstärke der höchsten Spannungsstufe ausgelegt und sind nur alternativ belastbar. Soll an jeder Anzapfung die volle (Ausgangs-)Bemessungs-Leistung zu entnehmen sein bzw. sind mehrere nicht gleichzeitig oder veränderlich belastbare Ausgangswicklungen gewünscht, so erhöht sich der Bedarf an Wickelraum. Die Kernleistung des Transformators ist somit höher als die (Ausgangs-)
Bemessungsleistung anzusetzen.

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BLOCKImpEx sorgt für eine gleichmäßige Umhüllung des Wickelungsmaterials und erzielt somit einen umfangreichen Schutz gegen äußere Einflüsse. Das speziell für BLOCKImpEx entwickelte Harz hinterlässt keine Hohlräume und es entsteht eine Temperaturreserve zur Sicherung des Wirkungsgrades für den Langzeitbetrieb.

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Bemessungsausgangsspannung

Bei Anschluss des Transformators an Bemessungseingangsspannung, bei Bemessungsfrequenz und Belastung mit einer Impedanz, die bei Bemessungsausgangsspannung und für Wechselstrom bei Bemessungsleistungsfaktor Bemessungsleistung ergibt, darf die Ausgangsspannung von ihrem Bemessungswert um nicht mehr abweichen als:

  • 10 % für die Ausgangsspannung von unbedingt kurzschlussfesten Transformatoren mit einer Bemessungsausgangsspannung,
  • 10 % für die höchste Ausgangsspannung von unbedingt kurzschlussfesten Transformatoren mit mehr als einer Bemessungsausgangsspannung,
  • 15 % für die anderen Ausgangsspannungen von unbedingt kurzschlussfesten Transformatoren mit mehr als einer Bemessungsausgangsspannung,
  • 5 % für die Ausgangsspannungen von anderen Transformatoren.

Für Transformatoren mit Gleichrichtern erhöhen sich die obengenannten Werte um 5 %.

Die Messung erfolgt im betriebswarmen Zustand (Beharrungszustand) und wenn nicht anders vereinbart bei Bemessungs-Umgebungstemperatur und (Ausgangs-)Bemessungsimpedanz bei Bemessungsleistungsfaktor = 1.

Bei Transformatoren mit mehreren Ausgangswicklungen wird jede Wicklungsgruppe gleichzeitig belastet, sofern es nicht anders festgelegt ist.

Bei Transformatoren mit angebautem Gleichrichter wird die Ausgangsspannung an den Anschlüssen des Gleichstromkreises mit einem Spannungsmessgerät als arithmetischer Mittelwert gemessen, soweit die Spannung nicht ausdrücklich als Effektivwert angegeben ist.

Bemessungseingangsspannung

Die Bemessungseingangsspannung (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) ist die Versorgungsspannung (bei Mehrphasensystemen die Spannung zwischen den Außenleitern), die der Hersteller dem Transformator für die festgelegten Betriebsbedingungen zugeordnet hat.

Bemessungseingangsspannungsbereich

Der Bemessungseingangsspannungsbereich (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) ist der dem Transformator zugeordnete Eingangsspannungsbereich, ausgedrückt durch seine obere und untere Grenze. Wenn nicht anders vereinbart, beträgt die obere Grenze den 1,10fachen Wert der Bemessungseingangsspannung, mit der der Transformator dauernd betrieben werden darf, ohne Schaden zu erleiden. Die untere Grenze ist unkritisch. Es ist jedoch zu beachten, dass durch die geringere Durchflutung des Kerns der Innenwiderstand (UK) des Transformators ansteigen kann. Voraussetzung für die Beschreibung der Grenzwerte ist die Belastung des Transformators mit (Ausgangs-)Bemessungsleistung, dargestellt durch eine ohmische Widerstandslast.

Bemessungsfrequenz

Die Bemessungsfrequenz (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) ist die dem Transformator / Filter für die festgelegten Betriebsbedingungen zugeordnete Frequenz. Wenn nicht anders vereinbart, werden Transformatoren für 50–60 Hz ausgelegt.

Bemessungsleistung

Bei Transformatoren:

Die Bemessungsleistung (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) ist das Produkt aus Bemessungsausgangsspannung und Bemessungsausgangsstrom oder bei Mehrphasentransformatoren das √n-fache des Produktes, wobei n die Anzahl der Phasen ist.

Hinweis: Bei Anschluss 1-phasiger Transformatoren (z. B. Steuertransformatoren) an zwei Außenleiter eines Drehstromnetzes ist die Anzahl der Phasen = 1 für die Bemessungsleistung des Transformators anzusetzen.

Falls der Transformator mehr als eine Ausgangswicklung oder eine Ausgangswicklung mit Anzapfungen hat, ist die Bemessungsleistung die Summe der Produkte aus Bemessungsausgangsspannung und Bemessungsausgangsstrom aller gleichzeitig belastbaren Stromkreise.

Bei Drosseln:

Die Bemessungsleistung (Ref.: VDE 0570 Teil 2–20/IEN 61558-2-20/ IEC 61558-2-20) einer Drossel ist die Summe der Produkte aus Bemessungsspannungsfall und dem Bemessungsstrom bei Bemessungsfrequenz. Die Angabe der Blindleistung erfolgt in kVAR bzw. VAR (Volt Ampere Réactiv).

Bemessungsstrom

Der Bemessungsstrom (Ref.: VDE 0565 Teil 3/EN 60939/IEC 60939) ist der höchste effektive Betriebsstrom bei Bemessungsfrequenz oder der höchste Betriebsgleichstrom, mit dem ein Filter dauernd bei seiner Bemessungsumgebungstemperatur betrieben werden darf. Er wird vom Hersteller für eine oder beide der folgenden Bedingungen angegeben:

a) frei in Luft (lRO)
b) mit einer spezifizierten Wärmesenke (lRH)

Wenn nicht anders vereinbart, werden Filter nach Bedingung b) auf einer Holzunterlage in Gebrauchslage montiert entsprechend ausgelegt.

Der Bemessungsprimärstrom eines Transformators stellt sich bei Bemessungsprimärspannung, Bemessungsfrequenz und bestimmungsgemäßem Betrieb mit Bemessungsleistung belastet, ein. Ist der Bemessungsprimärstrom nicht bekannt oder lässt sich messtechnisch nicht erfassen, so kann eine überschlägige Ermittlung erfolgen:

Bemessungsstrom 1

PB = Bemessungs(sekundär)leistung (VA) bei Drehstrom geteilt durch 3
UB = Bemessungsprimärspannung (V) bei Drehstrom Leiterspannung L-N
n = Wirkungsgrad des Transformators

Der Spitzenwert des Bemessungsprimärstromes errechnet sich zu:

Bemessungsstrom 2

 

Bemessungs­umgebungstemperatur

Die Bemessungsumgebungstemperatur ist die höchste Umgebungstemperatur eines elektrischen Betriebsmittels, Gerätes bzw. einer Einbaukomponente (z. B. Transformator, Drossel, Filter), bei der diese dauernd unter normalen Betriebsbedingungen betrieben werden darf. Es ist die Temperatur der Luft in der unmittelbaren Umgebung. Elektrische Werte sind häufig auf die Bemessungsumgebungstemperatur bezogen und können sich bei abweichender Temperatur ändern! Besondere Beachtung gilt dem Einbau von Komponenten in Gehäusen hoher Schutzart. Eine mögliche mangelhafte Kühlung kann zu unzulässig hohen Temperaturen im Gehäuse führen. Hierbei ist u. U. eine Reduzierung der zu erwartenden Lebensdauer der Komponente möglich (siehe „Isolierstoffklasse“).
Die Bemessungsumgebungstemperatur wird in Kurzschreibweise angegeben (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558).

Beispiel:
ta = 25 °C oder ta = 40 °C

Wenn nicht anders vereinbart, werden für den Einbau bestimmte Komponenten auf 40 °C und eigenständig zu betreibende (Tisch-)Geräte auf 25 °C Bemessungsumgebungstemperatur ausgelegt.

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CE-Kennzeichung

Der Hersteller muss auf Erzeugnissen, die in den Geltungsbereich bestimmter EG-Richtlinien fallen, die CE-Kennzeichnung als Zeichen der Konformität anbringen. Betroffen sind Erzeugnisse, die von Richtlinien nach der „Neuen Konzeption“ (beschlossen 07.05.1985) erfasst werden, die Anforderungen an die technische Beschaffenheit von Produkten enthalten.

EG-Richtlinien sind verbindliche Rechtsvorschriften der Europäischen Union. Das heißt, dass die Erfüllung dieser Anforderungen Bedingung für die Vermarktung der Produkte in Europa ist. Der übrige Handelsweltmarkt wird dabei nicht berührt. Mit dem Anbringen der CE-Kennzeichnung wird die Übereinstimmung der Erzeugnisse mit den entsprechenden grundlegenden Anforderungen aller für das Produkt zutreffenden (anwendbaren) Richtlinien bestätigt. Die CE-Kennzeichnung richtet sich als Nachweis für die Richtlinienkonformität lediglich an die Überwachungsbehörden. Sie wird jedoch als „Qualitätszeichen“ häufig mißdeutet. Deshalb wird sie leider häufig ohne rechtliche Grundlage gefordert.

Unser Haus verzichtet daher auf eine werbliche Darstellung des CE-Zeichens auf unseren Katalog- und Prospektseiten, da die CE-Kennzeichnung der Produkte eine rein gesetzliche Funktion erfüllt und von allen Herstellern oder Importeuren einzuhalten ist.

Obwohl die EG-Konformitätserklärung des Herstellers nur für die Überwachungsbehörden (mindestens für 10 Jahre nach dem letzten in Umlauf bringen) bereitzuhalten ist, können auf Kundenwunsch entsprechende Kopien von uns angefordert werden.


Beispiele:

a) Bauteile (für Leiterplatten, Geräte, Schaltschränke), welche als Einbaukomponenten nicht CE-kennzeichnungspflichtig sind wie z. B. Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, integrierte Schaltkreise.

b) CE-kennzeichnungspflichtige Bauteile (mit Gehäuse und mit Berührungsschutz), welche eigenständig zu betreiben sind und/oder an Endverbraucher verkauft werden wie z. B. steckerfertige Netzteile, Batterieladegeräte, Personal Computer, Prüf- und Messgeräte, Trenntransformatoren für Baustellen oder Service, Transformatoren für Halogenleuchten.

Dˆ nach oben

Drossel

 

Eine Drossel ist ein Gerät, das aus einer oder mehreren Wicklungen mit einer frequenzabhängigen Impedanz besteht und nach dem Prinzip der Selbstinduktion arbeitet, wobei ein magnetisierender Strom ein magnetisches Feld erzeugt, das durch einen magnetisch wirksamen Kern oder durch Luft führt (Ref.: VDE 0570 Teil 2–20/IEN 61558-2-20/IEC 61558-2-20).

Für Drosseln treffen die bereits gemachten allgemeinen Aussagen z. B. zur Schutzklasse, Schutzart, Isolierstoffklasse, Bemessungsumgebungstemperatur und (soweit anwendbar) wie für Transformatoren zu.

Üblicherweise und wenn nicht anders mit dem Besteller vereinbart, werden Drosseln mit Basisisolierung zwischen spannungsführenden Teilen und dem Kern hergestellt. Durch das Vorhandensein von mindestens einem Luftspalt besitzen Drosseln, physikalisch bedingt, ein nicht zu vernachlässigendes magnetisches Streufeld der Betriebsfrequenz und eine akustische Geräuschentwicklung, die der doppelten Betriebsfrequenz entspricht.
Auf ausreichenden Abstand zu benachbarten elektrischen Betriebsmitteln und ferromagnetischen Materialien (z.B. Stahl-Schaltschrank) sei hingewiesen.
Ein wichtiges Kriterium zur Dimensionierung ist der vorgesehene Einsatz der Drosseln im niederfrequenten Bereich, z. B. als:

  • Netzdrossel
  • Glättungs-/Kommutierungsdrossel
  • Filterkreisdrossel
  • Motordrossel
  • Motorfilter
  • Sinusfilter

Falls nicht anders mit dem Besteller vereinbart, fertigen wir nach dem neuesten „Stand der Technik“ und den folgenden Normen:

  • VDE 0570: Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, Teil 2–20: Besondere Anforderungen an Kleindrosseln
  • EN 61558, IEC 61558: Safety of power transformers, power supply units and similar, Part 1: General requirements and tests, Part 2–20: Particular requirements for small reactors.

Einsatz von Drosseln

Durchflusswandler

Beim Durchflusswandler erfolgt der Energietransport zwischen Primär- und Sekundärkreis bei geschlossenem Halbleiter-Schalter.

Bei geschlossenem Halbleiter-Schalter wird über die erste Sekundär-Diode (in Reihe zur Sekundärwicklung) Energie an den Ausgang abgegeben. Ist der Halbleiter-Schalter offen, so sperrt diese Diode und die zweite Sekundärdiode übernimmt den Strom (magnetisch gespeicherte Energie) aus der Speicherdrossel und liefert ihn an den Ausgang. Die dritte Wicklung und die in Reihe geschaltete Diode begrenzen die Spannungshöhe am Halbleiterschalter. Zusätzlich wird in der Ausschaltphase die, während der Einschaltphase im Ferrit-Übertrager gespeicherte Energie, an die Eingangsquelle (Zwischenkreis) zurückgeliefert.

Die wesentlichen Vorteile des Duchflusswandlers sind seine saubere Ausgleichsspannungsowie seine hohe Leistungsfähigkeit.

 

Durchflusswandler

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EMI-Filter

Der Einsatz von passiven Filtern zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI-Filter) ist die leistungsgeführte Störunterdrückung am Netz im Frequenzbereich von 150 kHz (9 kHz)1 bis 30 MHz.
1 bisher von der EMV-Normung noch nicht erfasst.

 

einphasig

 

einphasing, universell einsetzbar

 

dreiphasig

 

dreiphasig, einsetzbar für gleiche (symmetrische) Stromaufteilung in L1, L2, L3 (z.B. für Einzelentsörung von Umrichtern, Motoren

 

dreiphasig + N

 

dreiphasig + N, einsetzbar für ungleiche (asymmetrische) Stromaufteilung in L1, L2, L3, da der Differenzstrom über N fließen kann (z.B. Summenentstörung ganzer Maschienen

A = Netz       B = Gerät

Eingesetzte Entstörkomponenten:

  • Kondensatoren Klasse Y (L-PE, N-PE)
  • Kondensatoren Klasse X (L-L, L-N)
  • Widerstand zur Entladung der Kondensatoren
  • Stromkompensierte Ringkerndrossel

Eine noch effizientere Störunterdrückung und eine somit höhere Einfügungsdämpfung wird erreicht, wenn weitere Elemente (Entstörkomponenten) hinzugefügt werden und so mehrstufige Konstruktionen entstehen.

EMI = Electronmagnetic Interference

EMV-Norm

Ziel ist es, darauf zu achten, dass bei der EMV Normung gleiche Prozeduren und Betrachtungsweisen zur Anwendung kommen, sowie alles in sich schlüssig zu halten. Betrachtet werden geleitete und gestrahlte Phänomene im Frequenzbereich von 0–400 GHz, in dem elektromagnetische Verträglichkeit erzielbar sein soll.

Generell sind vier Kategorien von EMV-Normen definiert, wobei jede EMV-Norm im allgemeinen nur einer der vier Kategorien zugeordnet wird.

1. Basispublikation: Die Basispublikationen können den Status einer Norm, aber auch den Status eines technischen Berichts haben. Sie enthalten die entsprechenden Messverfahren, Klassifikation von Umgebungsbedingungen und Testtechniken zur EMV, aber keine Produktfamilien oder Produkt-Messgrenzwerte. Auf die Basispublikationen wird in den Fachgrundnormen, Produktfamiliennormen und Produktnormen immer wieder Bezug genommen. Schon aus dem Titel muss zu ersehen sein, dass es sich um eine Basispublikation (Basis Norm) handelt.

2. Fachgrundnormen: Die Fachgrundnormen sind auf Produkte anzuwenden, wenn es hierfür keine Produktfamiliennormen oder Produktnormen gibt. Es wird grundsätzlich zwischen den Umgebungsbedingungen Industrie (Versorgung über Industrienetz) sowie Wohn-, Geschäfts-, Gewerbebereich und Kleinbetriebe (Versorgung über öffentliches Stromnetz) unterschieden. Eine begrenzte Zahl von Tests zur EMV geben minimale Störfestigkeitsgrenzwerte und maximale Störaussendungsgrenzwerte an, gehen aber nicht auf bestimmte Eigenschaften von Produkten ein.

3. Produktfamiliennormen: Die Produktfamiliennormen sind auf bestimmte Produktfamilien zugeschnitten und beinhalten spezielle Vorgaben (z. B. Grenzwerte, Testaufbau, Betriebs- und Beanstandungskriterien). Bezüglich der Messverfahren wird auf Basispublikationen verwiesen und die Grenzwerte sind häufig mit den Fachgrundnormen koordiniert. Produktfamiliennormen zur EMV können als Norm eigenständig sein, aber auch (eigenständiger) Teil von Normen, die weitere Aspekte (z. B. elektrische Sicherheit) für die Produktfamilie regeln.

4. Produktnormen: Die Produktnormen sind für spezielle Produkte gedacht, haben die höchste Anwendungspriorität und sind damit alleinig zur Gewährleistung der EMV des Produktes anzuwenden. Bezüglich der Einbeziehung von Basispublikationen und Fachgrundnormen gelten für die Produktnormen die gleichen Regeln wie für die Produktfamiliennormen.

Einfügungsdämpfung

Die Einfügungsdämpfung a stellt ein systemunabhängiges Bewertungskriterium eines passiven Filters dar. Das Messverfahren ist genormt (Ref.: CISPR 17) und der Nachrichtentechnik entlehnt. Es beschreibt das logarithmische Verhältnis U1: U2 der (Stör-) Spannung vor und nach der Einfügung eines Filters in eine Schaltung in Abhängigkeit der Frequenz, gemessen am Ausgang.

a = 20 * Ig (U1 : U2) [dB]

Wird der Filter beim Messen der Einfügungsdämpfung beidseitig mit einem reellen Widerstand von z. B. 50 Ω abgeschlossen, so spricht man von der 50-Ω-Einfügungsdämpfung.

Die Messung mit ungleichen reellen Abschlusswiderständen (z. B. 0,1 Ω/100 Ω bzw. 100 Ω/0,1 Ω) ist auch durchführbar. Diese Kombinationen ermöglichen die Beurteilung eines Filters bei Fehlanpassung. Selbst eine negative Einfügungsdämpfung, also eine (Stör-)Spannungs-Erhöhung, ist hierbei möglich.

Diese Messverfahren erlauben zwar einen Vergleich unterschiedlicher Filter und ermöglichen eine Vorauswahl der gewünschten Dämpfungseigenschaften, die Aussagekraft für die Wirkung des Filters im Anwendungsfall ist jedoch gering. Der Grund liegt darin begründet, dass weder die Störquelle bzw. die Störsenke noch das angeschlossene Leitungssystem einen reellen Widerstand von 50 Ω aufweisen. Hinzu kommt, dass die Messung der 50-Ω-Einfügungsdämpfung im Kleinsignalbereich (ca. 1 V) erfolgt und für die Induktivitäten des Filters der Betriebsstrom (nichtlineare Magnetisierungskennlinie, Vormagnetisierung) nicht erreicht wird. Der Störspannungspegel selbst liegt jedoch wiederum im Kleinsignalbereich.

Ein Nachweis, ob die Grenzwerte der EMV-Normen (siehe „Elektromagnetische Störung“ und „Elektromagnetische Störfestigkeit“) eingehalten werden, kann nur messtechnisch als Systemprüfung unter Einbeziehung aller beteiligten Einzelkomponenten ermittelt werden.

Eingangs- (Primär-) Wicklung

Die Eingangswicklung ist die zum Anschluss an den Versorgungsstromkreis bestimmte Wicklung.

Es können mehrere Wicklungen für Reihen- und Parallelschaltung sowie Anzapfungen vorhanden sein. Je nach Anzahl, Isolationsaufwand und prozentualer Abweichung der Anzapfungen, gegenüber der Bemessungseingangsspannung, kann eine Erhöhung der Kernleistung (Baugröße) des Transformators erforderlich werden.

Eine Erhöhung der Kernleistung ist unbedingt nötig, wenn mehrere Eingangsspannungen alternativ angelegt werden sollen. Werden z. B. 230 V und 400 V bei gleicher (Ausgangs-)Bemessungsleistung gefordert, so erhöht sich der Bedarf an Wickelraum um ca. 21 % (Spulenkörper mit einer Kammer). Dieses ergibt sich, da einmal für die Eingangsspannung 230 V eine Wicklung für die volle Leistung vorhanden sein muss, zusätzlich jedoch eine weitere Wicklung von 230 V bis 400 V. Die Kernleistung des Transformators ist somit um ca. 21 % höher als die (Ausgangs-)Bemessungsleistung anzusetzen.

 

Tabelle deutsch

 

Elektrisches Rauschen

Das Netzüberlagernde Frequenzgemisch durch schlechte Erdung und/oder starke HF-Störer, wie z. B. Rundfunksender, Gewitter.
Ca. 20–35 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur undefinierten Betriebszuständen der Netzteile. Verursacht Datenfehler.

 

Elektrisches Rauschen

t = Zeit

Elektromagnetische Störfestigkeit (EMI)

Die elektromagnetische Störfestigkeit ist die Fähigkeit eines Gerätes, einer Anlage oder eines Systems, während einer elektromagnetischen Störung ohne Funktionsbeeinträchtigung zu arbeiten. Die Fachgrundnorm zur Störfestigkeit ist

  • EN 61000-6-1 (Wohn-, Geschäfts-, Gewerbebereich und Kleinbetriebe)
  • EN 61000-6-2 (Industriebereich)

Eine Vielzahl von Basisstandards (IEC 61000, CISPR) und Produktnormen sind ggf. zu berücksichtigen.

***no title***

A: leistungsgeführte Störung
B: nicht leistungsgeführte (gestrahlte) Störung
C: aus
D: ein
E: Betriebsmittel

Elektromagnetische Störung (EMS)

Die elektromagnetische Störung (Störaussendung) ist jede elektromagnetische Erscheinung (z. B. Rauschen, unerwünschtes Signal), die die Funktion eines Gerätes, einer Anlage oder eines Systems beeinträchtigen könnte. Die Fachgrundnorm zur Störaussendung ist

  • EN 61000-6-3 (Wohn-, Geschäfts-, Gewerbebereich und Kleinbetriebe)
  • EN 61000-6-4 (Industriebereich)


Eine Vielzahl von Basisstandards (IEC 61000, CISPR) und Produktnormen sind ggf. zu berücksichtigen.

 

Eletromagnetische Stoerung 1

A: leistungsgeführte Störung
B: nicht leistungsgeführte (gestrahlte) Störung
C: aus
D: ein
E: Betriebsmittel

Abschirmen von Störungen

Es gibt viele Möglichkeiten, wie Störungen übertragen werden:

  • galvanisch als Strom und Spannung, leitungsgeführt
  • als magnetisches Feld
  • als elektrisches Feld
  • als elektromagnetische Welle bzw. Strahlung


Die Ausbreitung leitungsgeführter und gestrahlter Störungen verhält sich in der Regel wie folgt:

Die Dämpfung von Störungen erfolgt durch EMV-gerechten Aufbau wie z. B. durch niederohmige Erdung, Filter, geschirmte Leitungen, Metallgehäuse und räumlichen Abstand. Die zu treffenden EMV-Maßnahmen sind jedoch stark von den eingesetzten Komponenten und den Betriebsparametern des Systems abhängig, so dass kaum allgemeingültige Aussagen möglich sind.

 

Elektrische Stoerung 2

 

A: leistungsgebundene Störungen
B: Abstrahlungsstörungen
x: Störfrequenz
y: Anteil

Elektromagnetische Verträglichkeit

Gemäß Definition der EMV-Richtlinie 89/336/EWG ist elektromagnetische Verträglichkeit die Fähigkeit eines Gerätes, in der elektromagnetischen Umwelt zufrieden stellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere in dieser Umwelt vorhandenen Geräte unannehmbar wären.

Es wird unterschieden zwischen

  1. Elektromagnetische Störung (EMS)
  2. Elektromagnetische Störfestigkeit (EMI)
Entladewiderstand

In einem Filter integrierte Entladewiderstände dienen dem Spannungsabbau aufgeladener Kondensatoren. Innerhalb von 5 Sekunden nach Abschaltung der Versorgungsspannung sollten Kondensatoren auf eine Spannung von weniger als 60 V entladen sein, um die Gefahr eines elektrischen Schlages zu vermeiden.

Fˆ nach oben

FSC Full Solid Coil

Eine Spule, die durch geringe Wärmeverluste, bzw. geringe Teilentladungen einen extrem guten Wirkungsgrad und eine hohe Lebensdauer erreicht.

FSC-Logo

Filterkreisdrossel

In zunehmendem Maß werden am Netz heute Stromrichter und Umrichter betrieben. Dabei entstehen Oberschwingungen am Netz, welche zusätzliche Verluste speziell in den Kondensatoren von Blindstrom-Kompensationsanlagen hervorrufen. Eine Verdrosselung mit Filterkreisdrosseln bietet u.a. folgende Vorteile:

  • weniger Verluste und keine Überlastung der Kondensatoren einer Blindstrom-Kompensationsanlage,
  • das Impedanzverhalten des Netzes wird verbessert.

Filterkreisdrosseln erfordern eine besondere Dimensionierung für einen sicheren und dauerhaften Betrieb:

  • geringere Induktivitäts-Toleranz,
  • linearer Induktivitäts-Verlauf bis weit über den Bemessungsstrom hinaus und bei Oberschwingungen,
  • thermische Auslegung auf Dauerbetrieb für Netzfrequenz und Oberschwingungen.

Die Reihenschaltung zu den Kondensatoren erfolgt fast ausschließlich in 3-phasiger Ausführung und wirkt somit auf das gesamte Drehstromnetz.

Gˆ nach oben

Geregelte Gleichstromversorgung

Geregelte Gleichstromversorgungen besitzen elektronische Regelschaltungen, um die Ausgangsgleichspannung oder in speziellen Fällen den Ausgangsgleichstrom möglichst konstant auf einem bestimmten Wert zu halten. Einflüsse wie (Netz-)Eingangsspannungsschwankungen oder unterschiedliche Belastung des Ausganges, werden im zugewiesenen Funktionsbereich elektronisch ausgeregelt.
Die Welligkeit der Ausgangsgleichspannung liegt im Millivolt-Bereich und ist weitestgehend von der Belastung am Ausgang unabhängig. Die Konstanz der Ausgangsgleichspannung ist im Bereich 1–3 %, abhängig vom Schaltungskonzept, angesiedelt. Zusätzlich bieten geregelte Gleichstromversorgungen vielfach den Vorteil einer elektronischen Strombegrenzung. Diese kann sowohl den angeschlossenen Verbraucher schützen, als auch bei Überlastung die Gleichstromversorgung selbst.
Konzeptionell wird unterschieden zwischen:

  • Lineargeregelte Gleichstromversorgungen
  • Getaktete Gleichstromversorgungen
Getaktete Gleichstromversorgung

Diese Gleichstromversorgungen werden oft auch als „Schaltregler“, „Schaltnetzteile“ oder „switch mode power supplies“ bezeichnet. Im Gegensatz zu den lineargeregelten Gleichstromversorgungen mit kontinuierlicher Regelung von Gleichspannung und Gleichstrom werden diese Größen bei getakteten Gleichstromversorgungen geschaltet (zerhackt). Durch diese Konzeption werden die eingesetzten Leistungshalbleiter ausschließlich als Schalter betrieben. Es entstehen nur geringe Schalt- und Durchlassverluste, aus denen der charakteristisch hohe Wirkungsgrad abzuleiten ist.

Die Regelung erfolgt entweder durch die Änderung des Tastverhältnisses (Einschaltzeit zu Ausschaltzeit) bei konstanter Frequenz oder Änderung der Frequenz bei konstantem Tastverhältnis. Die dabei erzeugte Rechteckspannung kann in fast jede beliebige Spannungshöhe transformiert und gleichgerichtet werden. Eine hohe Taktfrequenz im Bereich von ca. 20 kHz bis zu vielen MHz erlaubt den Einsatz kleiner Ferrit-Übertrager, Induktivitäten und Kondensatoren.

Die sich nach der Gleichrichtung am Sieb- oder Ladekondensator einstellende Gleichspannung wird häufig auch als „Zwischenkreisspannung“ bezeichnet. Dieser „Zwischenkreis“ bildet üblicherweise den Eingang bei den DC/DC-Wandlern.

Basierend auf dem Übertragungsverhalten unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei transformatorischen Wandlerprinzipien:

  • Durchflusswandler
  • Sperrwandler

Für Anwendungen ohne galvanische Trennung zwischen dem Eingang (Zwischenkreis) und dem Ausgang kommen häufig zwei Drosselwandlerprinzipien zum Einsatz:

  • Abwärtswandler
  • Aufwärtswandler
Glättungs-/ Kommutierungsdrossel

Diese Drosseln werden oft als Speicherdrosseln für elektrische Energie in Gleichstromkreisen eingesetzt. Der Kern ist dabei häufig mit einem Gleichstrom vormagnetisiert, dem ein Wechselstrom verschiedenster Kurvenform und Frequenz überlagert ist oder zur Stromrichtungsänderung (Kommutierung) dient. Die Dimensionierung ist stark schaltungs- und anwendungsbezogen.

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Hochspannung

Als Hochspannung werden Spannungen über 1000 V bezeichnet.

Iˆ nach oben

Impulsdämpfung

Die Angabe der Spannungsimpulsdämpfung in dB ist ein weiteres Kriterium zur Beurteilung der Störschutzeigenschaften bei induktiven Bauelementen, wie z. B. Störschutztransformatoren und magnetischen Störschutz-Spannungskonstanthaltern. In Netzen können durch Blitzeinwirkung durchaus Impulse von mehreren Kilovolt (kV) auftreten. Zur Nachbildung des Impulses kann die Norm-Blitzstoßspannung der Form 1,2/50 µs angewendet werden. Hier mögliche Messanordnungen:

***no title***

A: Symetrische Impulsdämpfung
B Asymetrische Impulsdämpfung

 

Isolationswiderstand

Die Höhe des Isolationswiderstandes gibt Auskunft über die Isolationsfähigkeit eines elektrischen Isoliersystems. Für Trenn- und Sicherheitstransformatoren mit doppelter oder verstärkter Isolation (Ref.: VDE 0570/ EN 61558/IEC 61558) gelten minimale Grenzwerte zwischen 2 MΩ bis 7 MΩ . Bei der Messanordnung zur Ermittlung des Isolationswiderstandes kann wie beim Ableitstrom verfahren werden. Abweichend wird jedoch eine Prüf-Gleichspannung von 500 Vdc angelegt. Der Isolationswiderstand errechnet sich dann zu R = U/I .

Isolierstoffklasse

Die Vorschriften (Ref.: VDE 0301/ HD 566S1/IEC 60085) sowie (Ref.: VDE 0304/HD 611.1S1/IEC 60216) beschreiben u. a. die thermische Beständigkeit von Elektroisolierstoffen. Bezogen auf den Zeitraum der thermischen Beständigkeit werden den Isolierstoffklassen Temperaturen zugeordnet.

Gebräuchliche Isolierstoffklassen:
A (105 °C), E (120 °C), B (130 °C), F (155 °C), H (180 °C)

Wenn nicht anders vereinbart, werden Transformatoren und Netzdrosseln der Isolierstoffklasse E bzw. B entsprechend ausgelegt

Isoliersystem (EIS)

Ein Elektrisches Isoliersystem (EIS) ist eine isolierende Anordnung aus einem oder mehreren Isoliermaterialien (Elektroisolierstoffen) zusammen mit zugehörigen leitenden Teilen, eingesetzt in einem elektrischen Betriebsmittel (Ref: VDE 0302 Teil 1/ EN 60505/IEC 60505 ­sowie VDE 0302
Teil 11/EN 61857-1/ IEC 61857-1). Beurteilt wird unter thermischer Beanspruchung, ob die Isolierstoffkombination für den Betrieb der entsprechenden Isolierstoffklasse geeignet ist.

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Kernleistung

Die Kernleistung ist die einer bestimmten Bauform oder Baugröße zugeordnete Leistung, unter Vorgabe bestimmter Betriebs- oder Konstruktionseigenschaften.

Betriebseigenschaften können z. B. sein:

  • Isolierstoffklasse E
  • Bemessungsumgebungstemperatur 40 °C
  • Bemessungsfrequenz 50 Hz
  • Leerlaufausgangsspannungsfaktor
    max. 1,10

Konstruktionseigenschaften (Beispiele):

  • Schutzart IP 54
  • Isolationsaufbau
  • Mehrbedarf an Wickelraum
  • Vorgabe eines bestimmten Kerntyps
Kleinspannung

Als Kleinspannung werden in der Elektrotechnik Wechselspannungen bis 50 V und Gleichspannungen bis 120 V bezeichnet.

Koppelkapazität

Die Koppelkapazität stellt bei induktiven Bauteilen wie z. B. Transformatoren mit galvanischer Trennung der Wicklungen ein Maß für die mögliche Übertragung von Störungen zwischen der Ein- und Ausgangsseite dar. Der Wert der Koppelkapazität sollte möglichst klein sein und kann durch konstruktive Maßnahmen beeinflusst werden. Entscheidenden Einfluss auf die Ermittlung der Koppelkapazität hat die Auswahl der angewendeten Messmethode und Messfrequenz (trotz theoretischer Frequenzunabhängigkeit). Neben der direkten Messung mittels C-Messbrücke erscheint eine Messanordnung mit einer dem bestimmungsgemäßen Betrieb gewählten Prüfspannung sinnvoller:

Koppelkapazitaet

Unter Einbeziehung der Entstörmaßnahmen (z. B. Schirm- und Kernerdung) wird in Reihenschaltung zum Prüfgenerator der fließende Strom durch die Koppelkapazität gemessen. Die Koppelkapazität CK errechnet sich zu:

Koppelkapazitaet_Formel

I = Strom A
π = 3,14
f = Frequenz Hz
U = Spannung V

Kurzschlussfestigkeit

Transformatoren werden nach der Art der Kurzschlussfestigkeit (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) unterteilt:

Ein kurzschlussfester Transformator ist ein Transformator, bei dem die Temperatur festgelegte Grenzwerte nicht überschreitet, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen ist. Nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses erfüllt der Transformator weiterhin alle Anforderungen der oben genannten Norm.

  • Ein unbedingt kurzschlussfester Transformator ist ein kurzschlussfester Transformator ohne Schutzeinrichtung, bei welchem die Temperatur bei Überlast oder im Kurzschluss die festgelegten Grenztemperaturen nicht überschreitet. Nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses kann er weiterbetrieben werden.
    Hinweis: Physikalisch bedingt lassen derartige Transformatoren nur Konstruktionen mit geringer Bemessungsleistung bis ca. 4 VA zu. Der Leerlaufspannungsfaktor kann dabei einen Wert bis 2,00 annehmen. Die Kurvenform der Ausgangsspannung kann von der Sinusform abweichen. Unbedingt kurzschlussfeste Transformatoren müssen nicht zwangsläufig dauerkurzschlussfest sein.
  • Ein bedingt kurzschlussfester Transformator ist ein kurzschlussfester Transformator mit einer eingebauten Schutzeinrichtung, die den Stromkreis öffnet oder den Strom im Eingangs- oder Ausgangskreis begrenzt, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen wird.
    Hinweis: Beispiele für Schutzeinrichtungen sind Sicherungen, Überlastauslöser, Temperatursicherungen, selbsttätig oder nicht selbsttätig zurückstellende Temperaturbegrenzer, Kaltleiter und automatisch mechanisch auslösende Schutzschalter.

Ein nicht kurzschlussfester Transformator ist ein Transformator, der dazu bestimmt ist, gegen übermäßige Temperatur durch eine Schutzeinrichtung geschützt zu werden, die nicht im Transformator eingebaut ist.
Hinweis: Falls nicht anders vereinbart, so erfolgt der Schutz des Transformators durch Maßnahmen des Bestellers.

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Leerlaufausgangsspannung

Die Leerlaufausgangsspannung (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) ist die Ausgangsspannung des unbelasteten Transformators bei Bemessungseingangsspannung und Bemessungsfrequenz. Für Sicherheits-, Trenn- und Steuertransformatoren sind teilweise Höchstwerte der Abweichung, bezogen auf die Bemessungsausgangsspannung, einzuhalten. Die entsprechenden Festlegungen sind in den Teilen 2 obengenannter Norm für die verschiedenen Transformatortypen angegeben.

Formel 1

Beispiel: Trenntransformator mit 230 V Bemessungsausgangsspannung und 238 V Leerlaufausgangsspannung

Formel 1a

Übliche Darstellungen sind z. B. auch:

Formel 2

Beispiel: Steuertransformator mit 24 V Bemessungsausgangsspannung

Formel 2a

Hinweis: Nach VDE 0113, EN 60204, IEC 60204 und VDE 0570, EN 61558, IEC 61558 darf bei Steuertransformatoren die Leerlaufausgangsspannung um max. 10 % steigen!

oder

Formel 3

Beispiel: Sicherheitstransformator mit 11,5 V Bemessungsausgangsspannung und 14 V Leerlaufausgangsspannung

Formel 3a

Bei (Ausgangs-)Bemessungsleistungen über 1 kVA wird die Kurzschlussspannung (in Prozent der Bemessungseingangsspannung) angegeben. Überschlägig lassen sich Kurzschlussspannung (%), Abweichung (%), Regulation (%) und Leerlaufspannungsfaktor (Faktor – 1,00 = %) miteinander vergleichen.

A = Abweichung
L = Leerlaufausgangsspannung
B = Bemessungsausgangsspannung
F = Faktor
R = Regulation

Leerlaufleistung

Die Leerlaufleistung ist die (Wirk-)Eingangsleistung des unbelasteten Transformators bei Bemessungseingangsspannung und Bemessungsfrequenz. Diese Leistung führt zu einer Erwärmung des unbelasteten Transformators durch den Magnetisierungsvorgang des Kerns.

Leerlaufstrom

Der Leerlaufstrom ist der (Schein-)Eingangsstrom des unbelasteten Transformators bei Bemessungseingangsspannung und Bemessungsfrequenz.

Bedingt durch die nicht sinusförmige Kurvenform sind Messungen mittels Echt-Effektiv-Messgeräten durchzuführen. Die Größe des Leerlaufstromes kann, größtenteils bedingt durch nicht konstante Kernblecheigenschaften auch innerhalb eines Fertigungsloses schwanken. Der Leerlaufstrom sollte jedoch kleiner als der Eingangsstrom bei (Ausgangs-)Bemessungsleistung sein, um eine eventuell mögliche Überlastung der Eingangs-(Primär-)Wicklung des Transformators im Leerlauf zu vermeiden.

Linear geregelte Gleichstromversorgung

Diese Gleichstromversorgungen werden häufig auch als „Linearregler“ oder „Längsregler“ bezeichnet.

Der prinzipielle Aufbau besteht vielfach aus einem 50-Hz-Transformator mit den geforderten sicherheitstechnischen Anforderungen an die galvanische Trennung vom Netz, der Gleichrichtung mit Siebung sowie einem Regler. Dieser Regler besteht im Wesentlichen aus Leistungstransistoren und verhält sich wie ein veränderbarer Widerstand. Die Elektronik sorgt für eine stabile Ausgangsgleichspannung. Der Istwert der Ausgangsgleichspannung wird über einen Spannungsteiler am Ausgang abgefragt und mit dem Sollwert (Referenzspannung, häufig erzeugt durch eine Zenerdiode) kontinuierlich verglichen. Diese beiden Stellgrößen steuern permanent den Regler und bestimmen die Höhe der Ausgangsgleichspannung.

Die Vorteile:

  • Sicherheitstechnisch problemlose Netztrennung durch 50-Hz-Transformator
  • Mehrfach-Eingangsspannungen leicht durch Primäranzapfung zu realisieren
  • Einfaches Schaltungskonzept
  • Kurze Ausregelzeiten
  • Sehr geringe Welligkeit
  • Sehr geringe EMV-Probleme
  • Preiswertes Konzept bis ca. 50 W

Die Nachteile:

  • Schlechter Wirkungsgrad
  • Wirkungsgrad stark abhängig von Netz-Spannungsschwankungen und der Höhe der Ausgangsgleichspannung, ca. 60 % bei 24 Vdc, 35% bei 5 Vdc
  • Starke Wärmeentwicklung, besonders bei hohen Ausgangsgleichströmen
  • Großes Bauvolumen
  • Hohes Gewicht

 

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Linearregler

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Magnetkernleistung

Die Magnetkernleistung ist die Leistung, die der Magnetkern als Transformator mit gesonderten (getrennten) Wicklungen übertragen würde. In der Umgangssprache werden bei Spartransformatoren häufig die Begriffe „Kernleistung“ für die „Magnetkernleistung“ und „Durchgangsleistung“ für die „Bemessungsleistung“ benannt.

Spartransformatoren besitzen gemeinsame Eingangs- und Ausgangswicklungen. Es ist daher keine galvanische Trennung zwischen den Wicklungen vorhanden. In Abhängigkeit der Spannungsübersetzung ergibt sich eine zum Teil erhebliche Verkleinerung der Kernleistung gegenüber einer Ausführung mit ­getrennten Wicklungen.

 

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PK = erforderliche Kernleistung (VA)
PB = Bemessungsleistung (VA) (Durchgangsleistung)
UH = höhere Spannung (V)
UN = niedrigere Spannung (V)

Beispiel: Ein Verbraucher von 400 V/5 kVA soll an ein Netz mit 460 V angepasst werden.

 

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Die erforderliche Kernleistung des Spartransformators beträgt somit nur 652 VA.

Motordrossel

Mit dem Einsatz schnell schaltender Leistungshalbleiter erhöht sich die Problematik des Betriebes von Drehstrommotoren am Frequenzumrichter. Der steile Anstieg und Abfall der Spannung (Flankensteilheit du/dt bis zu 12 kV/µs) verursacht unter anderem:

  • Probleme bei der Isolationsfestigkeit und Lebensdauer der Wickeldrähte im Motor,
  • Oberschwingungen großer Intensität bis in den Hochfrequenzbereich hinein.

Durch den Einsatz von Motordrosseln wird:

  • die Flankensteilheit auf ca. 500 V/µs reduziert und somit der Motor geschont,
  • der hochfrequente Oberschwingungsanteil reduziert und damit die Elektromagnetische Verträglichkeit zu anderen Systemkomponenten verbessert.

Motordrossel Diagramm 1

 

Ausgangsspannung einer Phase des Frequenzumrichters

 

Motordrossel Diagramm 2

 

Auflösung einer Flanke der Ausgangsspannung mit und ohne Motordrossel
A= ohne Motorfilter    B= mit Motorfilter

Motordrosseln stellen einen Mindestschutz dar. Ein höherer Nutzeffekt ist durch Motorfilter oder Sinusfilter erreichbar.

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Netzausfallüberbrückung

Besonders bei ungeregelten Gleichstromversorgungen besteht häufig die Forderung, dass kurze Netzunterbrechungen im Millisekunden-Bereich (z. B. durch Schaltvorgänge), nicht zu Steuerungsfehlern führen. Eine zusätzliche Beschaltung mit einem Lade-Kondensator parallel zum dc-Ausgang vermag Energie zu speichern und im Falle einer kurzen Netzunterbrechung wieder abzugeben. Die Kapazität des zusätzlichen Lade-Kondensators lässt sich wie folgt ermitteln:

 

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C = Kapazität des Lade-Kondensators (mF)

t = Netzausfalldauer (ms)
Idc = entnommener Gleichstrom (A)
dUdc = zulässige Gleichspannungsreduzierung bezogen auf die        Netzausfalldauer (V)

Beispiel: Durch Schaltvorgänge im Netz kommt es zu 1,5 ms langen Netzunterbrechungen. Die Ausgangsspannung einer ungeregelten Gleichstromversorgung beträgt 22 Vdc bei Bemessungsgleichstrom 3 Adc und Bemessungs-(Netz-)Eingangsspannung. Wie groß muss der zusätzliche Lade-Kondensator gewählt werden, damit 21 Vdc nicht überschritten werden?

 

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Eine Beschaltung für 4700μF (nächsthöherer Normwert) ermöglicht hier die gewünschte Netzausfallüberbrückung.

Hinweis:

  1. Bei nachträglicher Beschaltung sollte geprüft werden, ob der Gleichrichter (in der vorhandenen Gleichstromversorgung) im Einschaltaugenblick den zusätzlichen Energiebedarf ohne Zerstörung liefern kann.
  2. Bei leistungsstarken Gleichstromversorgungen ist es häufig ausreichend nur den empfindlichen Steuerungsteil (mit geringer Stromaufnahme) über eine Entkopplungsdiode mit einem zusätzlichen Ladekondensator zu versehen.

Die Beschaltung mit einem ergänzenden Ladekondensator wirkt sich als Nebeneffekt auch positiv auf die Wellingkeit aus. Der Vorzug einer geringen Welligkeit ist jedoch in den meisten Anwendungen wesentlich geringer einzustufen als die Vorteile der Netzausfallüberbrückung.

Netzausfallüberbrückungszeit

Die Netzausfall-Überbrückungszeit – oder auch Verweilzeit (Ref.: VDE 0557/
EN 61204/IEC 61204) genannt – ist die Zeit, in der eine geregelte Gleichstromversorgung noch den Bemessungsausgangsgleichstrom zu liefern vermag, obwohl die (Netz-)Eingangsspannung abgeschaltet wurde. Die Bemessungsausgangsgleichspannung befindet sich hierbei noch in der zugewiesenen Toleranz und die (Netz-)Eingangsspannung hatte vor dem Abschalten den zugewiesenen Mindestwert (Netzunterspannung) zuzüglich +10 %.

Am effizientesten lässt sich die Netzausfall-Überbrückungszeit erhöhen, wenn der Zwischenkreis-Ladekondensator der geregelten Gleichstromversorgung (siehe z. B. Schaltbild „Primärgetaktete Gleichstromversorgungen“) eine hohe Kapazität aufweist und somit viel Energie zu speichern vermag. Der parallel zum Ausgang einer geregelten Gleichstromversorgung geschaltete Ladekondensator kann prinzipiell auch vergrößert werden um eine längere Netzausfall-Überbrückungszeit zu erreichen, jedoch kann das zu unerwünschten Effekten bei den Regeleigenschaften der Schaltung führen. Weiterhin könnte nach dem Einschalten ein nur langsamer Aufbau der Ausgangsgleichspannung erfolgen, je nach gewähltem Konzept der elektronischen Strombegrenzung.
Üblich realisierbare Zeiten für eine Netzausfall-Überbrückung sind 3–10 ms, mit Mehraufwand auch 20 ms. Um noch längere Zeiten (z. B. zur Datenrücksicherung auf Speichermedien) zu überbrücken ist in der Regel der Einsatz einer USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) nötig.

Netzdrossel

Der übliche Einsatz dieser Drosseln erfolgt am Netz in Reihenschaltung zum Verbraucher. Es sind 1-phasige und 3-phasige Ausführungen verfügbar. Folgende wichtige Schutzfunktionen werden erzielt:

  • Dämpfung von Oberschwingungsströmen, resultierend aus dem frequenzabhängigen induktiven Widerstand
  • Anlaufstrombegrenzung für den Verbraucher und somit geringerer Bauteilestress z. B. bei Gleichrichterschaltungen
  • Gewährleistung der häufig von den EVUs (Elektroversorgungsunternehmen) geforderten Kurzschlussspannung UK von 4 % zum Netz

Beispiel: An einem 3-phasigen Netz von
3 x 400 V/50 Hz stehen bei Bemessungsstrom (z. B. 4 A) und Bemessungsfrequenz (z. B. 50 Hz) einer Drossel mit UK = 4 % noch 96 % der Netzspannung (3 x 384 V) am Verbraucher (ohmscher Widerstand) zur Verfügung. Der Bemessungsspannungsfall jeder Phase an der Drossel beträgt 16 V x 1/w3 = 9,2 V und die Bemessungsinduktivität errechnet sich zu

 

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Für die Bemessungsfrequenz (Grundschwingung) errechnet sich der induktive Widerstand zu

 

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Idealisiert betrachtet werden Oberschwingungsströme gegenüber der Grundschwingung (1. Harmonische = 50 Hz) um den Faktor der Ordnungszahl (z. B. 3. Harmonische = 150 Hz = Faktor 3) reduziert. Hierzu sollten jedoch die Aussagen zum „Frequenzverhalten“ von Drosseln berücksichtigt werden.

B = Bemessung             pP = pro Phase

Netzentstörfilter

Der übliche Einsatz von Netzentstörfiltern erfolgt zwischen dem Netz und dem Eingang des Verbrauchers (z. B. Frequenzumrichter). Es sind 1-phasige  und 3-phasige Ausführungen verfügbar. Ein Netzentstörfilter vereinigt effizient die Eigenschaft einer Netzdrossel (siehe „Drossel“) und eines „passiven Filters zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI-Filter)“ zu nur einem sehr breitbandig wirksamen Filter. Die optimale Abstimmung der Komponenten ermöglicht eine leistungsgeführte Störungsunterdrückung von der Netzfrequenz bis hin zu 30 MHz.

Netzstörung

Netzstörungen verursachen Systemausfälle und beeinträchtigen die Funktion von Anlagen, Computern sowie hochempfindlichen-elektronischen Verbrauchern und Betriebsmitteln. Untersuchungen in Mitteleuropa haben aufgezeigt, dass 3/4 aller sporadisch auftretenden Fehler und Fehlfunktionen an hochempfindlichen Verbrauchern auf einer mangelnden Qualität der Netzversorgung basieren.

Am häufigsten treten auf:

  • langfristige Netzüberspannung
  • langfristige Netzunterspannung
  • Störimpulse und Transienten
  • Spannungseinbruch und Spannungsstoß
  • elektrisches Rauschen
  • kurzzeitige Netzunterbrechung
  • langzeitige Netzunterbrechung

Netzstörungen können die unterschiedlichsten Ursachen haben, z. B.:

  • Schaltvorgänge im Netz
  • lange Leitungswege im Netz
  • Umwelteinflüsse, wie Gewitter
  • Netz-Überlastungen

Typische Ursachen für hausintern erzeugte Netzstörungen sind z. B.:

  • Thyristorgesteuerte Antriebe
  • Aufzüge, Klimaanlagen, Kopiergeräte
  • Motoren, Kompensationsanlagen
  • Elektroschweißen, große Maschinen
  • Schalten von Beleuchtungen

 

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Oszillogramm einer Netzsinusspannung ohne Störungen

Netzunterspannung

Netzspannung wird langfristig um mehr als –10 % (VDE 0175/HD 472 S1/IEC 60038) unterschritten.

Ca. 20–30 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur undefinierten Betriebszuständen der Netzteile von Komponenten, bedingt durch mangelnde Netzausregelung. Verursacht Datenfehler.

 

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Netzüberspannung

Netzspannung wird langfristig um mehr als +6 % (VDE 0175/HD 472 S1/IEC 60038) überschritten.

Ca. 15–20 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur Überhitzung und thermischer Zerstörung von Komponenten. Verursacht Totalausfall.

 

Netzueberspannung

Niederfrequentes magnetisches Streufeld

 

Induktive Bauelemente erzeugen niederfrequente magnetische Felder, hervorgerufen durch Streufelder des Magnetisierungsvorganges in Höhe der Betriebsfrequenz. Ein Einfluss auf benachbarte elektrische Betriebsmittel, Geräte, Ausrüstungen oder Anlagen kann nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Der Grad der Beeinflussung hängt im wesentlichen von einem EMV-gerechten Aufbau (Erdung, Schirmung) der Komponenten und dem räumlichen Abstand zueinander ab. Zur allgemeinen Einschätzung und als Projektierungshilfe können folgende typische Werte, bezogen auf eine Bemessungsleistung von ca. 200 VA, gelten:

 

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In unkritischen Applikationen empfehlen wir einen Abstand von 50–100 mm der Komponenten zueinander und zu Abschirmungen (z.B. Blechgehäuse). Bei kritischen Applikationen (z. B. empfindliche Messverstärker, Digitalschaltungen, Monitore) sind in der Regel zusätzliche EMV-Schirmmaßnahmen oder größere Abstände notwendig. Die zu treffenden EMV-Maßnahmen sind jedoch stark von den eingesetzten Komponenten und den Betriebsparametern des Systems abhängig, so dass keine allgemein gültigen Aussagen möglich sind.

Niederspannung

Als Niederspannung werden in der Elektrotechnik Wechselspannungen bis 1000 V und Gleichspannungen bis 1500 V bezeichnet.

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Power Factor Correction (PFC)

Die Energieversorgungsunternehmen (EVUs) sind aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt den Oberschwingungsgehalt und somit die Netzbelastung ihrer Netze zu minimieren. Entsprechende EMV-Normen (Ref.: z. B. EN 61000-3-2) sind bereits rechtskräftig oder in Vorbereitung. Im Vordergrund steht bei der Betrachtung die Oberschwingungsströme bei gleichzeitiger Leistungsfaktorkorrektur zu minimieren. Unter dem Leistungsfaktor versteht man das Verhältnis zwischen aufgenommener Wirkleistung zu aufgenommener Scheinleistung eines Verbrauchers. Der Leistungsfaktor 1 bei sinusförmiger Stromaufnahme ergibt die geringste Netzbelastung.

Leider verursachen unter anderem auch Gleichstromversorgungen die beschriebenen Phänomene, bedingt durch die Gleichrichtung der (Netz-)Eingangsspannung mit anschließender Kondensatorglättung. Sinkt die Gleichspannung unter den Spitzenwert der speisenden Wechselspannung, so wird der Kondensator mit kurzen, impulsförmigen Strömen nachgeladen. Dabei spielt es eine eher untergeordnete Rolle, ob diese Anordnung direkt am Netz oder über einen vorgeschalteten Transformator betrieben wird:

 

PFC1

 


Der Oberschwingungsgehalt lässt sich durch das Vorschalten eines frequenzabhängigen Widerstandes (siehe hierzu „Netzdrosseln“) in gewissen Grenzen reduzieren. Um den Leistungsfaktor jedoch gezielt und lastabhängig zu korrigieren, bedarf es einer elektronischen Steuerung, die dafür sorgt, dass der Strom sinusförmig und in gleicher Phasenlage zur Spannung dem Netz entnommen wird. Hier ein mögliches Schaltungskonzept:

 

PFC2

 

Ein – von der Höhe der Belastung (Last) – gesteuerter Halbleiterschalter taktet mit einer hohen Schaltfrequenz (z.B. 20 kHz) in Verbindung mit der Speicherdrossel den aufgenommenen 50 Hz (Netz-)Eingangsstrom. Dieser wird synchron zur Phasenlage der (Netz-)Eingangsspannung derart „moduliert“, dass sich ein Leistungsfaktor von nahezu 1 ergibt.

Primär getaktete Gleichstromversorgung

Diese Gleichstromversorgungen werden u. a. auch als „Primärschaltregler“ bezeichnet. Ein häufig angewendetes Schaltungskonzept zeigt die prinzipielle Funktion.

Primaer getaktete GLS


Die Zwischenkreisgleichspannung wird direkt durch die Gleichrichtung der Netzwechselspannung erzeugt. Dem Zwischenkreis ist ein Wandler mit einer typischen Schaltfrequenz >20 kHz nachgeschaltet. Der Halbleiterschalter wird durch den Regler derart gesteuert (getaktet), dass sich eine stabile Ausgangsgleichspannung einstellt. Dabei wird die im Regler integrierte Referenzspannung mit dem Istwert des Ausganges (generiert durch den Spannungsteiler) verglichen. Mit diesen Stellgrößen erfolgt die Regelung der Ein- und Ausschaltzeit für den Halbleiterschalter.
Der Ferrit-Übertrager muss bei derartigen Schaltungskonzepten, ebenso wie der Regler mittels z. B. eines Optokopplers, die geforderten sicherheitstechnischen Anforderungen an die galvanische Trennung vom Netz erfüllen.

Die Vorteile:

  • Sehr hoher Wirkungsgrad, weitestgehend unabhängig von Netzspannungsschwankungen und der Höhe der Ausgangsgleichspannung ca. 75% bis über 90%
  • Kleines Bauvolumen
  • Geringes Gewicht
  • Weiter Eingangsspannungsbereich ­möglich
  • Abhängig vom Schaltungskonzept AC- und DC-Eingangsspannung möglich

Die Nachteile:

  • Hoher Schaltungsaufwand (Anzahl der Bauelemente, Ausfallwahrscheinlichkeit)
  • Relativ lange Ausregelzeiten, auch abhängig von der Schaltfrequenz
  • Relativ unsaubere Ausgangsgleichspannung (Spikes, breitbandiges Spektrum)
  • EMV-Probleme durch das Takten mit hohem Störpegel
Prüfklasse

Die Prüfklasse gibt die Klimakategorie (Ref.: DIN EN 60068/EN 60068/IEC 60068) als Schlüssel für die Kennzeichnung der klimatischen Anwendbarkeit von Bauelementen an.
Beispiel:
25/085/21    25 = –25 °C, Prüfung A: Kälte,
                   085 = +85 °C, Prüfung B: ­
                   trockene Wärme,
                   21 = 21 Tage, Prüfung Ca:
                   feuchte Wärme konstant
Die einzelnen Prüfungen sind in den verschiedenen Teilen der Norm definiert.

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Real Power Boost

Konventionelle Schaltnetzteile begrenzen den Strom typischerweise beim 1,1-fachen Ausgangsnennstrom. Der Einsatz dieser Stromversorgungen führt zu großen Problemen, sobald schwer anlaufende Lasten zugeschaltet werden, da diese hierfür nicht ausreichend Strom bereit stellen können. Die PowerVision Serie bietet Leistungsreserven, die den doppelten Strom bei konstanter Spannung für mindestens 4 Sekunden zur Verfügung stellen. Die Betriebssicherheit ist hergestellt und eine kostspielige Überdimensionierung der Schaltnetzteile entfällt.

Ringkerndrossel, stromkompensiert

Stromkompensierte Drosseln zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen sind Drosseln, deren Wicklungen auf einem allgemein geschlossenen Kern so angeordnet sind, dass sich die durch den (symmetrischen) Betriebsstrom auftretende Magnetisierung aufhebt. Für asymmetrische Störströme wird jedoch ein hoher induktiver Widerstand wirksam.

Ringkerndrossel_stromkompensiert

Beispiel einer stromkompensierten Ringkerndrossel

MB = Magnetfeld, im Kern vom Betriebsstrom erzeugt
B = Betriebsstrom
N = Netz
K = Kern
MS = Magnetfeld, im Kern vom Störstrom erzeugt
G = Gleichtakt-Störstrom
A = Asymmetrische Störung
W = Stromdurchflossene Wicklung
S = Störer

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Schutzart

Die Angabe der Schutzart (Ref.: DIN VDE 0470, EN 60 529, IEC 60529) beschreibt den Schutz von elektrischen Betriebsmitteln durch Gehäuse, Abdeckungen, Umhüllungen und dergleichen.
Die Schutzart wird durch Kurzzeichen (IP-Code) angegeben, wobei die erste Kennziffer (0 bis 6) den Schutz gegen Berühren und gegen das Eindringen von Fremdkörpern Auskunft gibt. Die zweite Kennziffer (0 bis 8) informiert über den Schutz gegen das Eindringen von Wasser.
Gebräuchliche Schutzarten:

  • IP 00
    Kein besonderer Schutz gegen zufälliges Berühren und gegen Eindringen von Fremdkörpern. Kein besonderer Schutz gegen Wasser. In Schutzart IP00 werden Konstruktionen der „offenen Bauart“ gefertigt.
  • IP 20
    Schutz gegen Berühren und gegen Eindringen von festen Fremdkörpern größer ø 12 mm. Kein besonderer Schutz gegen Wasser.
  • IP 23
    Schutz gegen Berühren und gegen Eindringen von festen Fremdkörpern größer ø 12 mm. Schutz gegen Sprühwasser, das in einem beliebigen Winkel bis 60° zur Senkrechten fällt, darf keine schädliche Wirkung haben.
  •  IP 40
    Schutz gegen Berühren und gegen Eindringen von festen Fremdkörpern größer ø 1 mm. Kein besonderer Schutz gegen Wasser.
  • IP 44
    Schutz gegen Berühren und gegen Eindringen von festen Fremdkörpern größer ø 1 mm. Schutz gegen Spritzwasser, das aus allen Richtungen gegen das Betriebsmittel spritzt, darf keine schädliche Wirkung haben.
  • IP 54
    Vollständiger Schutz gegen Berühren. Schutz gegen schädliche Staubablagerungen. Das Eindringen von Staub ist nicht vollkommen verhindert, aber der Staub darf nicht in solchen Mengen eindringen, dass die Arbeitsweise beeinträchtigt wird. Schutz gegen Spritzwasser, das aus allen Richtungen gegen das Betriebsmittel spritzt, darf keine schädliche Wirkung haben.
  • IP 65
    Vollständiger Schutz gegen Berühren. Schutz gegen Eindringen von Staub. Schutz gegen Strahlwasser. Ein Wasserstrahl aus der Düse, der aus allen Richtungen gegen das Betriebsmittel gerichtet wird, darf keine schädliche Wirkung haben.
  • IP 67
    Vollständiger Schutz gegen Berühren. Schutz gegen Eindringen von Staub. Schutz gegen die Wirkungen beim zeitweiligen Untertauchen in Wasser. Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse unter genormten Druck- und Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht wird.

Hinweis: Die Angabe der Schutzart bezieht sich auf den Lieferzustand und die festgelegte oder übliche Aufstellung des Betriebsmittels. Durch andere Aufstellung oder anderen Einbau kann sich die Schutzart ändern.

Schutzklasse

Die Schutzklasse 0, I, II oder III (Ref.: VDE 0140/EN 61140/IEC 61140) ist ein Konstruktionsmerkmal zur Klassifizierung elektrischer Betriebsmittel für die Sicherheit gegen gefährliche Körperströme (elektrischer Schlag), z. B.:

  • Schutzklasse I
    Gerät mit Schutzleiteranschluss und (mindestens) Basisisolierung
  • Schutzklasse II
    Gerät ohne Schutzleiteranschluss und doppelter oder verstärkter Isolierung
  • Schutzklasse III
    Gerät mit der Versorgung aus SELV (Sicherheits-Kleinspannung) und in dem keine höheren Spannungen als die SELV erzeugt werden.

Zum Einbau in Geräte vorgesehene elektrische Betriebsmittel besitzen keine Schutzklasse und können nur „vorbereitet für“ diese sein. Elektrische Betriebsmittel, vorbereitet für den Einsatz in Schutzklasse II-Geräten, können auch in Geräten der Schutzklasse I eingesetzt werden.

Sekundär getaktete Gleichstromversorung

Diese Gleichstromversorgungen werden u.a. auch als „Sekundär-Schaltregler“ bezeichnet. Ein typisches Schaltungskonzept zeigt die prinzipielle Funktion.

 

Sekundaer getaktete GLS


Die Anpassung an das Netz erfolgt durch einen 50-Hz-Transformator mit den geforderten sicherheitstechnischen Anforderungen an die galvanische Trennung. Nach der Gleichrichtung sollte sich am Ladekondensator eine Zwischenkreis-Gleichspannung einstellen, die höher als die gewünschte Ausgangsgleichspannung ist. Dem Zwischenkreis ist ein Abwärtswandler mit einer typischen Schaltfrequenz >20 kHz nachgeschaltet. Der Halbleiterschalter wird durch den Regler derart gesteuert (getaktet), dass sich eine stabile Ausgangsgleichspannung einstellt. Dabei wird die im Regler integrierte Referenzspannung mit dem Istwert des Ausganges (generiert durch den Spannungsteiler) verglichen. Mit diesen Stellgrößen erfolgt die Regelung der Ein- und Ausschaltzeit für den Halbleiter-Schalter.

Die Vorteile:

  • Sicherheitstechnisch problemlose Netztrennung durch 50-Hz-Transformator
  • Mehrfacheingangsspannungen leicht durch Primäranzapfung zu realisieren
  • Noch überschaubarer Schaltungsaufwand
  • Relativ hoher Wirkungsgrad, weitestgehend unabhängig von Netzspannungsschwankungen und der Höhe der Ausgangsgleichspannung ca. 70–80 %

Die Nachteile:

  • Großes Bauvolumen
  • Hohes Gewicht
  • Von der Höhe der Schaltfrequenz abhängige, relativ lange Ausregelzeiten (im Vergleich zu lineargeregelten Gleichstromversorgungen)
  • Relativ unsaubere Ausgangsgleichspannung (Spikes, breitbandiges Spektrum)
  • EMV-Probleme durch das Takten, jedoch relativ geringer Störpegel
Sicherheitstransformator

Der Sicherheitstransformator ist ein Transformator zur Versorgung von SELV-Stromkreisen. Mit Sicherheitstransformatoren kann die Schutzmaßnahme "Schutzkleinspannung" erfüllt werden. Sicherheitstransformatoren sind dazu bestimmt, ein Gerät oder Verteilerstromkreise mit Spannungen bis 50 V a.c., bez. geglättete Gleichspannung bis 120 V (Leerlauf und Last) zu speisen, um im Fehlerfall unzulässig hohe und gefährliche Berührungsspannungen zu verhindern.

Sinusfilter

Der Einsatz des Sinusfilters erstreckt sich auf die leitungsgeführte Störunterdrückung, vom Frequenzumrichterausgang zur abgeschirmten Motorzuleitung mit dem daran angeschlossenen Drehstrommotor, für Frequenzen ab ca. 500 Hz und höher.

Das Sinusfilter erzielt eine sehr hohe Filterwirkung durch eine präzise Tiefpassabstimmung auf die Taktfrequenz des Frequenzumrichters. Das Nutzsignal (die Motorbetriebsfrequenz) bis ca. 120 Hz passiert mit einem nur geringen wirksamen Spannungsabfall das Sinusfilter, während die Taktfrequenz (typ. 8 kHz bis 10 kHz) bereits um ca. 90 % reduziert wird. Oberschwingungen der Taktfrequenz werden fast gänzlich ausgefiltert.

Die besonderen Vorteile in der Zusammenfassung:

  • sehr hohe Filterwirkung durch präzise Tiefpassabstimmung
  • praktisch nur noch netzübliche Flanken-steilheit der Ausgangsspannung vorhanden
  • Taktfrequenz und Oberschwingungen der Frequenzumrichter-Ausgangsspannung werden stark gedämpft
  • lange geschirmte Motorzuleitung möglich
  • geräuscharmer Motorbetrieb durch hohe Dämpfung der Taktfrequenz
  • Reduzierung von Ableitströmen

 

Sinusfilter 1

 

Ausgangsspannung einer Phase des Frequenzumrichters

 

Sinusfilter 2

 

Ausgangsspannung einer Phase des Sinusfilters

Im Oszillogramm ist erkennbar, dass die Taktfrequenz des Frequenzumrichters nur noch mit geringer, dem Nutzsignal (Motorbetriebsfrequenz) überlagerter, Amplitude vorhanden ist.

Spannungsbereich

Der Spannungsbereich ist ein dem Filter zugeordneter Spannungsbereich, ausgedrückt durch seine obere und untere Grenze, innerhalb dessen es dauernd betrieben werden darf. Während die untere Grenze meist unkritisch ist, wird die obere Grenze durch das Isoliersystem und die Spannungsfestigkeit z.B. von Kondensatoren bestimmt.

Abweichend von der sonst üblichen normgerechten Zuordnung von Spannungen bei elektrischen Betriebsmitteln wird hier, wenn nicht anders ausgewiesen, die obere Grenze durch die Bemessungsspannung des Filters markiert!

Spannungseinbruch und Spannungsstoß

Der Spannungspegel ändert sich kurzfristig und unkontrolliert, z. B. durch Laständerung und lange Leitungsführung.
Ca. 15–30 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur undefinierten Betriebszuständen und kann die Zerstörung von Komponenten hervorrufen. Verursachen Datenfehler.

Spannungseinbruch - stoß

Spannungsunterbrechung

Kurzzeitige (bis ca. 10 ms) Unterbrechung der Netzspannung durch Kurzschluss in benachbarten Netzen oder Anlauf großer elektrischer Maschinen.
Ca. 8–10 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur undefinierten Betriebszuständen der Netzteile, besonders derer mit ungenügender Netzüberbrückung. Verursacht Datenfehler.

Spannungsunterbrechung kurz

Lange (ab ca. 10 ms) Unterbrechung der Netzspannung.
Ca. 2–5 % Beteiligung an Netzstörungen. Verursacht Datenfehler.

Spannungsunterbrechung lang

Spartransformator

Spartransformatoren sind Transformatoren, bei denen Eingangs- und Ausgangswicklungen gemeinsame Teile haben (Ref.: VDE 0570 Teil 2–13). Es ist daher keine galvanische Trennung zwischen den Wicklungen vorhanden.

Anforderungen

Für Spartransformatoren treffen die bereits gemachten allgemeinen Aussagen z. B. zur Schutzklasse, Schutzart, Isolierstoffklasse, Bemessungsumgebungstemperatur wie für Transformatoren zu.

Üblicherweise und wenn nicht anders mit dem Besteller vereinbart, werden Spartransformatoren mit Basisisolierung zwischen spannungsführenden Teilen und dem Kern hergestellt. Vorhandene Anzapfungen sind nicht gleichzeitig belastbar, es sei denn die Dimensionierung wurde speziell dafür ausgelegt.

Normen

Falls nicht anders mit dem Besteller vereinbart, fertigen wir nach dem neuesten „Stand der Technik“ und den folgenden Normen:

VDE 0570: Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen
Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen,
Teil 2–13: Besondere Anforderungen für Spartransformatoren

EN 61558, IEC 61558: Safety of power transformers, power supply units and ­similar,
Part 1: General requirements and tests,
Part 2–13: Particular requirements for auto transformers.

Sperrwandler

Der Sperrwandler speichert die Energie zunächst bei geschlossenem Halbleiterschalter im Ferrit-Übertrager, um diese erst in der Sperrphase an den Sekundärkreis abzugeben.

Bei geschlossenem Halbleiterschalter nimmt der Ferrit-Übertrager Energie auf. Die Diode im Sekundärkreis sperrt und es erfolgt keine Energieübertragung zum Ausgang. Erst bei geöffnetem Halbleiter-Schalter wird die Polarität umgedreht, die Diode wird leitend und die im Ferrit-Übertrager gespeicherte Energie gelangt im Sekundärkreis zum Ausgang.

Vorteil: kostengünstige Realisierung
Nachteil: nicht so stabiles Betriebssystem

 

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Steuertransformator

Der Steuertransformator hat elektrisch getrennte Wicklungen nach VDE 0570 Teil 2-2, und dient zur Speisung von Hilfsstromkreisen. Steuertransformatoren weisen bei induktiver Last einen geringen Spannungsabfall auf. In elektrischen Anlagen muss gemäss der DIN VDE 0113 Teil 1 ein Steuertransformator vorgesehen werden, wenn: Maschinen und Anlagen mehr als 5 elektromagnetische Betätigungsspulen, Relais, Schütze usw aufweisen oder Steuer- und Meldegeräte ausserhalb von Steuerschränken und Maschinen angebracht sind und wenn elektronische Steuer- bez. Meldestromkreise zu speisen sind.

Strombegrenzung

Geregelte Gleichstromversorgungen sind in der Regel mit einer auf den Ausgang wirksamen elektronischen Strombegrenzung ausgestattet. Einerseits wird damit erreicht, dass die Last (Verbraucher) durch zu hohe Stromaufnahme zur Gefahrenquelle wird (Brandgefahr), andererseits wird die Gleichstromversorgung selbst durch eine defekte Last (Verbraucher) vor Zerstörung geschützt.

Je nach zugeordnetem Anforderungsprofil und gewähltem Schaltungskonzept werden häufig folgende Lastkennlinien (Ref.: DIN 41 745, DIN 41 772) oder Kombinationen daraus angewendet:

Strombegrenzung 1

W = WU-Kennlinie
U = UI-Kennlinie
S = SU-Kennlinie

Strombegrenzung 2


K = WU-Kennlinie mit zusätzlicher Kurzschlussstrombegrenzung
H = WU-Kennlinie mit Hicc-up mode

 

Stromversorgung

Eine Gleichstromversorgung ist ein statisches Gerät mit einem oder mehreren Eingängen und einem oder mehreren Ausgängen, das durch elektromagnetische Induktion ein System von Wechselspannung und Wechselstrom und/oder Gleichstrom in ein System mit Gleichspannung und Gleichstrom, gewöhnlich mit verschiedenen Werten, zum Zwecke der Übertragung elektrischer Energie umwandelt.

Anforderungen

Die konstruktiven Unterschiede von Gleichstromversorgungen werden vorwiegend durch ihren vorgesehenen Einsatz bestimmt. Entsprechende Anforderungen sind in den Installations- und Gerätenormen
(z. B. VDE 0100, VDE 0113/EN 60204/
IEC 60204, VDE 0700/EN 60335/
IEC 60335, VDE 0805/EN 60950/
IEC 60950) und den für Gleichstromversorgungen mit allgemeiner Endanwendung zur Verfügung stehenden Normen
(z. B. VDE 0570/EN 61558/IEC 61558, VDE 0557/EN 61204/IEC 61204)
festgelegt.

Ein wichtiges Auswahlkriterium ist der Isolationsaufbau zwischen Ein-  und Ausgangsstromkreisen, wie bereits unter „Transformatoren, Anforderungen“ beschrieben.

Unterschieden wird weiterhin nach der Umwandlung von Wechselspannung/Wechselstrom (A.C., alternating current) sowie Gleichspannung/Gleichstrom (D.C., direct current):

  • AC/DC-Wandler
    Eingang Wechselspannung, Ausgang Gleichspannung
  • DC/DC-Wandler
    Eingang Gleichspannung, Ausgang Gleichspannung

Die Stabilität und Welligkeit der Ausgangsgleichspannung ist ein weiteres, wichtiges Auswahlkriterium. Es wird unterschieden in:

  • Ungeregelte Gleichstromversorgungen
  • Geregelte Gleichstromversorgungen

Normen

Falls nicht anders mit dem Besteller vereinbart, fertigen wir nach dem neuesten „Stand der Technik“ und den folgenden Normen:

Ungeregelte Gleichstromversorgungen:

  • VDE 0570: Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen
    Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, in Verbindung mit dem jeweilig zutreffenden Teil 2.
    EN 61558, IEC 61558: Safety of power transformers, power supply units and ­similar, Part 1: General requirements and tests, in accordance with the relevant Part 2.

Geregelte Gleichstromversorgungen:

  • VDE 0570: Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen,
    Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, in Verbindung mit dem jeweilig zutreffenden Teil 2.
    EN 61558, IEC 61558: Safety of power transformers, power supply units and similar, Part 1: General requirements and tests, in accordance with the relevant Part 2.
  • Und/oder:
    VDE 0557: Stromversorgungsgeräte für Niederspannung mit Gleichstromausgang
    EN 61204, IEC 61204: Low-voltage power supply devices, D.C. output – Performance characteristics and safety requirements.
  • Und/oder:
    VDE 0805: Sicherheit von Einrichtungen der Informationstechnik,
    EN 60950, IEC 60950: Safety of information technology equipment
Störimpulse

Energiereiche Impulse (z. B. 700 V/1 ms) und energiearme Transiente (z. B. 2500 V/20 µs), durch Schaltvorgänge im Netz.

Ca. 30–35 % Beteiligung an Netzstörungen. Führt zur undefinierten Betriebszuständen der Netzteile und kann die Zerstörung von Komponenten hervorrufen.

Stoerimpulse

Tˆ nach oben

Teilentladung

Es handelt sich hierbei um eine stochastische Entladung zwischen zwei spannungsführenden Elektroden, die nur eine Teildistanz des Elektrodenabstandes überbrücken. Sie treten von der Kontaktfläche beginnend oder auch räumlich abgesetzt innerhalb einer Isolieranordnung auf. Geschieht dies in einem festen Isoliermaterial, so spricht man von inneren Teilentladungen (TE) deren Ursachen fertigungstechnische Mängel oder ein nicht für den Einsatz geeignetes Material sind. Hierzu zählen in realen Isoliermaterialien nicht 100-prozentig auszuschließende Hohlräume, Lunker und Inhomogenitäten.

In der Abbildung ist zur Verdeutlichung der Vorgänge, die zur Entstehung einer Teilentladung beitragen, eine vereinfachte Isolieranordnung zwischen zwei Elektroden dargestellt. Die einzelnen Kondensatoren veranschaulichen die Feldlinienverläufe. CF weist auf die Feldlinienkonzentration in der Fehlstelle hin, C symbolisiert den Verlauf der Feldlinien von der Oberfläche des Isolierstoffes zur Hohlraumwandung. Wird in dieser Anordnung die Initialspannung der als spannungsabhängigen Funkenstrecke (CF) anzusehende Fehlstelle überschritten, so kommt es dort zu einem Spannungseinbruch UF, der eine Ladungsänderung qF hervorruft. Der hierdurch verursachte Spannungssprung an den Elektroden kann zur Analyse der TE-Tätigkeit im Isolierstoff herangezogen werden.

Teilentladungen1

E = Elektrode
I = Isoliermaterial
F = Fehlstelle

Wirkung

Jede Entladung aufgrund einer TE verursacht eine Schwächung des ihn umgebenden Materials. Andauernde TE führt zur permanenten Zerstörungsarbeit im Isolator. Bei fortgeschrittener Schädigung kommt es zum Verlust der Isolierfähigkeit. Für eine dauerhaft zuverlässige Isoliersystemanordnung muss daher gefordert werden, dass:

  • bei der maximal zulässigen Betriebsspannung zuzüglich eines Sicherheitsabstandes keine TE im Isoliersystem auftreten,
  • durch Transienten verursachte TE nach dem Abklingen der Überspannung selbsttätig verlöschen,
  • für Amplitudenbeanspruchungen mit sich ständig wiederholenden Spannungsimpulsen die TE-Freiheit auf den maximalen Spitzenwert, zuzüglich eines Sicherheitsabstandes, auszulegen ist.

Die bisher gewonnenen Untersuchungsergebnisse zeigen einen neuen Weg zur Beurteilung von Isoliersystemen an Transformatoren der Niederspannungstechnik. Es wird möglich, nicht nur eine vage „Gut/Schlecht“-Aussage über die sichere elektrische Trennung innerhalb eines Transformators zu treffen, sondern darüber hinaus auch eine Aussage über ihre Qualität und damit zur Lebensdauer zu machen.

Teilentladungen 2

T = Teilentladungsimpulse
S = Überlagerte 50 Hz Synchronisierspannung

 

 

Top Boost

Die heute geforderte hohe Anlagenverfügbarkeit führt in der Automatisierungstechnik zu einem erhöhten Aufwand bei der Absicherung von 24-V-Lastkreisen. Bisher konnten fehlerhafte Stromzweige in Verbindung mit Schaltnetzteilen nicht mit herkömmlichen Leitungsschutzschaltern selektiv abgesichert werden, da der benötigte hohe Auslösestrom nicht zur Verfügung stand. BLOCK bietet mit den stabilisierten Schaltnetzteilen die Möglichkeit, im Falle eines Kurzschlusses bis zu 60 A über Nennstrom zu liefern. Der bewährte Kurzschluss- und Leitungsschutz durch kostengünstige Leitungsschutzschalter wird somit auch möglich.

Transformator

Allgemeine technische Informationen

Ein Transformator ist ein statisches Gerät mit zwei oder mehreren Wicklungen, das durch elektromagnetische Induktion ein System von Wechselspannung und Wechselstrom, gewöhnlich mit verschiedenen Werten bei derselben Frequenz, zum Zwecke der Übertragung elektrischer Energie umwandelt (Ref: VDE 0570, IEV 421-01-01).

Anforderungen

Die konstruktiven Unterschiede von Transformatoren werden grundsätzlich durch ihren vorgesehenen Einsatz bestimmt. Entsprechende Anforderungen sind in den Installations- und Gerätenormen
(z.B. VDE 0100, VDE 0113/EN 60204/
IEC 60204, VDE 0700/EN 60335/
IEC 60335, VDE 0805/EN 60950/
IEC 60950) und den Transformatorennormen (z. B. VDE 0570/EN 61558/
IEC 61558) festgelegt.

Ein wichtiges Auswahlkriterium ist der Isolationsaufbau zwischen Ein-  und Ausgangsstromkreisen:

Transformatoren mit doppelter oder verstärkter Isolierung

  • Sicherheitstransformatoren (für Schutzmaßnahme Schutzkleinspannung)
  • Trenntransformatoren (für Schutzmaßnahme Schutztrennung)

 Transformatoren mit Basisisolierung

  • Steuertransformatoren (für Schutzmaßnahme Schutzerdung)
  • Netztransformatoren mit getrennten Wicklungen, allgemein

Transformatoren ohne Isolierung (keine galvanische Trennung) zwischen Ein- und Ausgangsstromkreisen

  • Spartransformatoren

Normen

Falls nicht anders mit dem Besteller vereinbart, fertigen wir nach dem neuesten „Stand der Technik“ und den folgenden Normen:

VDE 0570: Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen
EN 61558, IEC 61558: Safety of power transformers, power supply units and ­similar.

 

Trenntransformator

Der Trenntransformator ist ein Transformator mit Schutztrennung zwischen Eingangs- und Ausgangswicklung. Trenntransformatoren werden zur elektrischen Trennung von Stromkreisen verwendet, um Gefahren einzuschränken, die sich aus der zufällig gleichzeitigen Berührung von Erde und unter Spannung stehenden Teilen oder Metallteilen ergeben, die im Fall eines Isolationsfehlers unter Spannung stehen können. Mit Trenntransformatoren kann die Schutzmaßnahme "Schutztrennung" erfüllt werden.

 

Weitere Informationen
Trenntransformator zur Versorgung medizinischer Räume

Uˆ nach oben

Ungeregelte Gleichstromversorgung

Bei den ungeregelten Gleichstromversorgungen wird die Ausgangsgleichspannung nicht auf einen bestimmten Wert geregelt, sondern ändert in Abhängigkeit von der Schwankung der (Netz-)Eingangsspannung und der Belastung ihren Wert.

Die Welligkeit liegt im Volt-Bereich und kann abhängig von der Belastung sein. Eine Wertangabe der Welligkeit erfolgt üblicherweise in Prozent, proportional zur Höhe der Ausgangsgleichspannung.
Besonders wegen des robusten, unkomplizierten, auf das Wesentliche beschränkte und auf Langlebigkeit ausgelegten Aufbaus wird die ungeregelte Gleichstromversorgung häufig bevorzugt.

Übertemperatur

Die Übertemperatur ist die Temperatur im Transformator, welche für die festgelegten Betriebsbedingungen des Transformators durch die Eigenerwärmung entsteht. Die maximal zulässige Übertemperatur errechnet sich aus der sich ergebenden Differenz einer der Isolierstoffklasse zugeordneten Temperatur und der Bemessungsumgebungstemperatur des Transformators. Abhängig von der Isolierstoffklasse ist zusätzlich für Heißpunkte die mögliche Übertemperatur zu reduzieren.

Beispiel: Isolierstoffklasse E (120 °C), Heißpunkt 5 °C, Bemessungsumgebungstemperatur 40 °C

ΔT = 120 °C - 5 °C - 40 °C = 75 °C

Wˆ nach oben

Welligkeit

Bei ungeregelten Gleichstromversorgungen

Die Welligkeit (Ref.: DIN 41 755-1) ist das Verhältnis des Effektivwertes der überlagerten Wechselspannung Uü zum Wert der arithmetischen Gleichspannung Ud und wird in Prozent angegeben:

Welligkeit Formel

*eff nur ac
**arithm.

Der Messaufbau ist für einphasige und dreiphasige Gleichstromversorgungen identisch:

Welligkeit ungeregelte GLS

P = Gleichstromversorgung
S = Netz
B = Bemessung
V = Verbraucher

Wenn nicht anders angegeben bezieht sich die Angabe der Welligkeit auf die Belastung bei Bemessungsgleichstrom und eine reale Last-Impedanz.

Bei geregelten Gleichstromversorgungen

Im Gegensatz zu ungeregelten Gleichstromversorgungen mit Welligkeiten im Volt-Bereich besitzen geregelte Gleichstromversorgungen nur eine sehr geringe Welligkeit. Sie wird daher nicht mehr als prozentualer Wert, sondern als absoluter Spannungswert in mVss (Milli-Volt Spitze-Spitze) angegeben und ist im zugewiesenen Funktionsbereich weitestgehend von der Höhe des Ausgangsgleichstroms unabhängig. Durch Regel- und Schaltvorgänge innerhalb der geregelten Gleichstromversorgung kann es zu nicht-
sinusförmigen Welligkeiten (z. B. Spikes) kommen, die ein breitbandiges Frequenzverhalten haben.

Qualitative Unterschiede in der Welligkeit der Ausgangsgleichspannung bestehen auch zwischen den lineargeregelten und getakteten Gleichstromversorgungen.

Kommt es auf eine möglichst „saubere“ Versorgungsgleichspannung an, wie z. B. in der Mess- und Regeltechnik, dann sollte man der lineargeregelten Gleichstromversorgung den Vorzug geben.

Welligkeit geregelte GLS

Xˆ nach oben

X-Kondensator

In passiven Filtern zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (Ref.: VDE 0565 Teil 3/EN 60939/IEC 60939), ausgelegt im wesentlichen zum Betrieb an Netzwechselspannung, müssen die Kondensatoren die Forderungen der Klasse X oder Y (in Abhängigkeit von der Stelle in der Schaltung) erfüllen.

Kondensatoren der Klasse X werden entsprechend den der Netzwechselspannung überlagerten Spitzenspannungen von Impulsen, denen sie im Betrieb ausgesetzt sind, zugeordnet.

Die Schaltung von Kondensatoren der Klasse X erfolgt anwendungsbezogen L-L und L-N.

 

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XtraDenseFill

XtraDenseFill von BLOCK, ein Gießverfahren, das unter hohen Vakuum- und Druckphasen für eine lasergenaue und hohlraumfreie Umhüllung des gesamten Innenaufbaus der Transformatoren sorgt. Kriech- und Luftstrecken werden somit stark reduziert und die Elektrik dauerhaft vor Korrosion geschützt. Weiterhin ermöglicht der höhere Isolierwert eine kompaktere Bauweise.

XDF-Logo

Yˆ nach oben

Y-Kondensator

In passiven Filtern zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (Ref.: VDE 0565 Teil 3/EN 60939/IEC 60939), ausgelegt im Wesentlichen zum Betrieb an Netzwechselspannung, müssen die Kondensatoren die Forderungen der Klasse X oder Y (in Abhängigkeit von der Stelle in der Schaltung) erfüllen.

Kondensatoren der Klasse Y sind für Anwendungen geeignet, bei denen der Ausfall des Kondensators zu einem gefährdenden elektrischen Schlag führen könnte. Ein Ausfall des Y-Kondensators darf also im bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht durch Kurzschluss oder Durchschlag erfolgen.

Die Schaltung von Kondensatoren der Klasse Y erfolgt anwendungsbezogen gegen Erde (PE).

 

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