Leistungssteller Energiezufuhr intelligent und variabel steuern

Was haben Lacktrocknung in der Automobilindustrie, Tiefziehen von Kunststoffteilen und Extrusion von Plastikbechern gemeinsam? Wie die meisten automatisierten Prozesse müssen sie stets zum richtigen Zeitpunkt mit den genau richtigen Energien versorgt werden, um gleich bleibende Fertigungsqualitäten zu erzielen. Unterschiedliche Anwendungen bedeuten aber verschiedenste Anforderungen an die entsprechenden Geräte. Um diese komplett abzudecken, bietet Systemtechnik LEBER ein umfangreiches Produktprogramm mit universellen Lösungen.

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Systemtechnik LEBER GmbH & Co. KG

Häufig ist es in der Steuerungs- und Regelungstechnik erforderlich, einem Verbraucher eine genau dosierte Leistung zuzuführen. Und geht es darum, Ströme und Spannungen exakt und reproduzierbar zu regeln, sind Thyristor-Leistungssteller die erste Wahl. Sie schalten elektrische Ströme kontaktlos und dienen dazu, die Drehzahl von Elektromotoren zu regeln, Wechselspannungen zu glätten und gleich zu richten oder einfach nur Stromkreise zu unterbrechen. Sie stellen so das Bindeglied zwischen Steuer- und Leistungskreis dar und arbeiten quasi als elektronisches Relais zum Schalten von Verbrauchern im ein- oder dreiphasigen Wechselstromnetz.

Die Thyristorsteller – meist per SPS gesteuert – werden also typischerweise zum variablen Stellen von Prozessenergien zwischen Null und Hundert Prozent eingesetzt, die verschiedene Lasten wie Strahler oder Lampen mit Energie versorgen. „Für jeden Einsatzzweck gibt es eine andere optimale Lösung, die sich in Bezug auf Ansteuerung, Energieabgabe oder Überwachungs-Funktionen unterscheidet“, erklärt Olaf Kammerer, Leiter Marketing bei Systemtechnik LEBER. Deshalb bietet der Schwaiger Leistungselektronik-Spezialist ein umfangreiches Produktprogramm mit universellen Lösungen für alle Anwendungen und Branchen an.

Um ein optimales Prozessergebnis zu erhalten, so beschreibt Kammerer, sind bei der Auswahl des richtigen Leistungsstellers wichtige Kriterien zu beachten: Energieabgabe (Pulsweitenmodulation, Pulspaketsteuerung, Phasenanschnitt, Sinussteller), Ansteuerung (digital, analog, seriell, Bus), Überwachungsfunktionen (Sicherungsfall, Drahtbruch, Lastbruch, Ausfall Lastspannung oder Hilfsspannung, Unterspannung, Ausfall und Teilausfall Halbleiterrelais), Regelgenauigkeit (genaue Reproduzierbarkeit von Stellwerten oder optional eine Nachregelung) und Umgebungsbedingungen (EMV-Maßnahmen, Schwankungen der Versorgungsspannung, Arten und Anzahl der Lasten). „Nach der Analyse der beeinflussenden Merkmale lässt sich relativ leicht ermitteln, welcher Steller die Anforderungen am besten erfüllt“, schätzt Olaf Kammerer ein.

Steuerungsarten – der Ton macht die Musik

Als Steuerungsart kommen prinzipiell vier Verfahren zum Einsatz: Die Pulsweiten-Modulation bestimmt die Leistung durch das Verhältnis von Einschaltdauer zu Pausendauer während einer festen Periode und ist die am meisten angewandte Steuerart. Die Pulspaket-Steuerung sorgt für gezieltes Schalten einzelner Vollwellen des Netzes mit dem Ziel, lange Ein- oder Aus-Phasen zu vermeiden. Beim Phasenanschnitt erfolgt das direkte Anschneiden jeder einzelnen Halbwelle, wobei eine SPS die schnellen Zündfolgen in der Regel nicht mehr generieren kann. Der Sinussteller versorgt die Last mit einer durchgehenden Sinuswelle, wobei je nach Stellwert lediglich die Amplitude verändert wird.

Ansteuern – wie sag’ ich’s

Bei der Ansteuerung sind ebenfalls vier Verfahren gängig: digital, analog, serielles Datentelegramm oder per Bus. Soll die Last lediglich ein und aus oder in Pulsweite gesteuert werden, empfiehlt sich die einfache digitale Ansteuerung – der klassische digitale Ausgang der SPS braucht dazu nur mit dem Eingang des Stellers verbunden werden. Wenn die Last nicht nur ein und aus, sondern kontinuierlich von 0 bis 100 Prozent gestellt werden soll, muss die SPS den Stellwert analog übergeben, was aufwändig und teuer ist. Für das kontinuierlich Stellen von 0 bis 100 Prozent hat LEBER ein serielles Telegramm entwickelt – dabei wird jeder Steller mit einem digitalen Ausgang der SPS als Datenübertragung sowie alle Steller zusammen mit einem zusätzliche digitalen Ausgang als Takt verbunden. Das erlaubt ein kontinuierliches Stellen von Lasten ohne teure analoge Baugruppen. Ebenfalls für das kontinuierlich Stellen, jedoch speziell für die Hochstrom-Modelle PSSxxx und PSTxxx, stehen auch Bus-Anschaltungen wie Profibus DP und CAN zur Verfügung.

Prozesse genau regeln

Je nach Prozess wird eine hohe Reproduzierbarkeit der abgegebenen Prozessenergie gefordert. So lange der Prozess kontinuierlich ist, wie beim Trocknen von Papier, lässt sich das Ergebnis durch Messen kontrollieren und gegebenenfalls nachregeln. Läuft der Prozess dagegen im Batch ab, zum Beispiel beim Erwärmen von Kunststoffplatten zur Vorbereitung für das Tiefziehen, ist eine Kontrolle während der Aufheizung nur schwer oder gar nicht möglich. Hier empfiehlt es sich, die elektrische abgegebene Energie konstant zu regeln und damit den thermischen Prozess beständig zu halten. Zum Vergleich: Wenn sich die Versorgungsspannung um fünf Prozent ändert, ändert sich auch der Strom um fünf und damit die abgegebene Leistung um zehn Prozent. Als beste und kostengünstige Lösung hat es sich bewährt, die effektive Lastspannung zu messen und zu regeln.

Steller je nach Umgebung einsetzen

Ein Prozess wird laufend von äußeren Einflüssen gestört: Spannungs-Schwankungen im Netz verursachen unterschiedliche Energieabgaben. Werden diese erfasst und ausgeregelt, lässt sich sogar Energie einsparen und Überdosierungen entfallen. EMV-Entstörungen wie Kommutierungs-Drosseln im Lastkreis verhindern zwar die steilen di/dt-Flanken und sorgen dafür, verschiedenste Vorschriften einzuhalten, verhindern aber auch, dass die einmal angeschnittene Halbwelle voll an die Last gelangen kann. Diese induktiv bedingten Fehler sind nicht konstant und schwanken je nach Zündwinkel, Laststrom und Höhe der Netzspannung. Insbesondere lange Zuleitungen verursachen zum Zündzeitpunkt ebenfalls induktive Effekte in Form von Spannungs-Einbrüchen. Einige Steller können solche Effekte selbstständig kompensieren. Die meisten Steller sorgen außerdem dafür, dass Lasten mit hohem Kaltanlauf-Strom über einen Sanftanlauf schonend hochgefahren werden.

Komplette Auswahl

Die gesamte Vielfalt an Kriterien mit entsprechenden Funktionen abzudecken, ist die Stärke von LEBER. Per Steuerungs-Software werden die benötigten Anpassungen in das Gerät eingespielt. Bei einigen Serien lassen sich die gewünschten Parameter über Jumper einstellen und so flexibel einsetzen.

Besonders hervorzuheben sind die UP- und PST-Serie, die über eine Effektivwert-Messung der Last verfügen und so Netzschwankungen sowie Einflüsse von Entstörungen und Leitungs-Induktivitäten automatisch ausgleichen – und damit eine Regelgenauigkeit von 0,5 Prozent erreichen. Dadurch wird eine deutliche Kosteneinsparung durch Wegfall von aufwändigen Einbauten und Kalibriermaßnahmen sowie ggf. sinkende Energiekosten erzielt.

Als Neuheit präsentiert der Elektronik-Spezialist auf der SPS/IPC/Drives die Sinussteller der SCU-Serie. Olaf Kammerer: „Durch die ständige Verschärfung der Normen ist abzusehen, dass es mit Phasenanschnitt zukünftig schwierig oder zumindest unwirtschaftlich sein könnte, EMV-Konformität zu erreichen. Der Sinussteller vermeidet diese Problematik, da hier immer sinusförmige Ströme fließen und lediglich die Amplitude gestellt wird. Es entstehen keine steilen Schaltflanken mehr wie beim Phasenanschnitt und die Oberwellen- und Flickernorm werden eingehalten.“

Systemtechnik LEBER, Tel. +49(0)911 5406471

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