Bild 1: Die mikroprozessorgesteuerten Hochleistungs-Labornetzgeräte der Serie EA-PSI 9000 3U bieten umfangreiche Funktionen.

Bild 1: Die mikroprozessorgesteuerten Hochleistungs-Labornetzgeräte der Serie EA-PSI 9000 3U bieten umfangreiche Funktionen. EA Elektro-Automatik

Regelbare Laborstromversorgungen werden vielfach eingesetzt  in der Forschung und Entwicklung, der Produktion von Komponenten und Baugruppen oder der Solar- und Antriebstechnik. Doch von einer modernen Laborstromversorgung wird heutzutage mehr erwartet, als einen Verbraucher mit Spannung und Strom zu versorgen. Sie müssen für komplexe Aufgaben in Prüfprozessen, für eine präzise und sichere Versorgung in der Produktion oder auch für eine Photovoltaik-Simulation ausgelegt sein. Und sowohl der Innenwiderstand als auch die Ausgangsleistung sollten regelbar sein, um Anwendungen mit den richtigen Werten versorgen zu können. Zudem muss ein zeitlicher Verlauf darstellbar sein, damit beispielsweise auch der Tagesverlauf einer Photovoltaik-Anlage abgebildet werden kann.

Eckdaten

Über eine gewöhnliche Laborstromversorgung hinaus bietet die Serie PSI 9000 einen Funktions- und einen Arbiträrgenerator sowie eine Kfz-Anlaufkurve, Sequenzing- und Logging-Funktion, ein Batteriemanagementsystem und die Nachbildung von Photovoltaik- und Brennstoffzellen. Zahlreiche weitere Größen wie Grenzwerte zu Spannung, Strom, Leistung und Widerstand sowie zeitliche Parameter sind frei konfigurierbar. Ferner lässt sich am Gerät einstellen, ob ein Alarm, eine Warnung oder eine Meldung ausgelöst wird.

Außerdem sollten die Geräte einfach zu bedienen und mit den notwendigen Schnittstellen ausgerüstet sein, damit sie an unterschiedliche Rechnersysteme angeschlossen werden können. Hinzu kommt eine Software, mit der sich die Laborstromversorgung schnell und unkompliziert für jede Applikationen programmieren lässt. Alles in allem sind viele Faktoren zu berücksichtigen, damit aus einer Laborstromversorgung ein komplettes System wird, das den Anforderungen der Nutzer entspricht. Das Ziel des Unternehmens EA Elektro-Automatik war es daher, eine Stromversorgung zu entwickeln, die so vielseitig ist, dass sie nahezu allen Anwendungen gerecht wird. Herausgekommen ist das System PSI 9000. Was also steckt in den Geräten?

Umfangreiche Funktionalität

Über eine gewöhnliche Laborstromversorgung hinaus bietet die Serie PSI 9000 einen Funktions- und einen Arbiträrgenerator sowie eine Kfz-Anlaufkurve nach DIN 40839. Es können Sinus, Dreieck, Rechteck und andere Kurvenverläufe auf Tastendruck aufgerufen und programmiert werden.

Bild 2: Eine automatische Leistungsbegrenzung regelt zurück, wenn die Geräte ihr Leistungslimit erreichen.

Bild 2: Eine automatische Leistungsbegrenzung regelt zurück, wenn die Geräte ihr Leistungslimit erreichen. EA Elektro-Automatik

Darüber hinaus sind eine Sequenzing- und Logging-Funktion, ein Batteriemanagementsystem und die Nachbildung von Photovoltaik- und Brennstoffzellen in das Konzept der Laborstromversorgung eingearbeitet. Die Funktionen lassen sich über ein TFT-Display mit Touchscreen oder über eine der vielen Schnittstellen aufrufen.

Zahlreiche weitere Größen wie Grenzwerte zu Spannung, Strom, Leistung und Widerstand sowie zeitliche Parameter sind frei konfigurierbar. Ferner lässt sich am Gerät einstellen, ob ein Alarm, eine Warnung oder eine Meldung ausgelöst werden soll, wenn die Werte unter- oder überschritten werden.

Der Leistungssollwert ist zwar einstellbar, eine automatische Leistungsbegrenzung greift jedoch, wenn das Netzteil ans Leistungslimit gelangt.

Modelle mit einer Nennspannung ab 200 V beinhalten eine Entladeschaltung, die nach dem Ausschalten des DC-Ausgangs die Ausgangskapazitäten in maximal 10 s auf unter 60 VDC entlädt.

Intuitiv per Touchscreen bedienbar

Bild 3:  Das Menü ist übersichtlich gestaltet und unterstützt die vier Sprachen Deutsch, Englisch, Chinesisch und Russisch.

Bild 3: Das Menü ist übersichtlich gestaltet und unterstützt die vier Sprachen Deutsch, Englisch, Chinesisch und Russisch.

Das neue anwenderfreundliche und intuitive Bedienkonzept wird über ein hochauflösendes TFT-Display dargestellt und ist mit einem kapazitiven Touchscreen steuerbar. Das Menü ist übersichtlich gestaltet und in den vier Sprachen Deutsch, Englisch, Chinesisch sowie Russisch abrufbar. Mit wenigen Fingertipps sind die Parameter ausgewählt und die Werte per Inkrementaldrehknopf oder Nummernblock eingegeben.

Das Display zeigt die aktuellen Werte für Spannung, Strom, Leistung und Innenwiderstand an und gibt gleichzeitig einen Überblick über die eingestellten Sollwerte, den aktuellen Regelmodus, anstehende Alarme oder Warnungen und den Zustand des Ausgangs. Im Remote-Betrieb ist im Display sichtbar, über welche Schnittstelle das Gerät gerade gesteuert wird. Zusätzlich lassen sich Spannung und Strom auch über zwei konventionelle Drehknöpfe am HMI einstellen. Zwei Leuchtdioden zeigen den Zustand des Ausgangs an, den ein Taster mit taktiler Rückmeldung ein- und ausschalten kann. Zum Schutz vor unberechtigter oder unbeabsichtigter Benutzung lässt sich das HMI teilweise oder auch komplett sperren sowie mit oder ohne Freigabecode wieder aktivieren.

Nachbildung komplexer, nicht linearer Kennlinien

Bild 4: Frei belegbare Lookup Tables erlauben auch komplexe, nicht lineare Ausgangsprofile.

Bild 4: Frei belegbare Lookup Tables erlauben auch komplexe, nicht lineare Ausgangsprofile. EA Elektro-Automatik

Die in den Laborstromversorgungen PSI 9000 verwendete digitale Regelung und Steuerung basiert auf einem 16 Bit AD/DA-Wandler-Prinzip. Durch die parallele Signalverarbeitung des FPGA führt dies zu einer Signallaufzeit – Messen, Rechnen und Stellen – von kleiner 1 µs. Somit können mit einer Bandbreite von 1 MHz gleichzeitig Strom-, Spannungs-, Leistungs- und Widerstandsmessung verarbeitet werden. Die in die Regelung eingebundenen, frei belegbaren Lookup Tables (LUT) arbeiten ebenfalls mit einer Bandbreite von 1 MHz. Auf diese Weise lassen sich neben der standardisierten, linearen Regelung auch komplexe, nicht lineare Kennlinien beziehungsweise Ausgangsprofile nachbilden wie beispielsweise die Charakteristiken einer Batterie, einer Brennstoffzelle oder die einer Photovoltaikanlage. Die gewünschten Tabellenwerte können in Excel- oder Text-Formaten erstellt und via USB- Schnittstelle in die LUT überspielt werden.

Ein Gerät – viele Spannungs- und Stromklassen

Bild 5: Master-Slave-Schnittstelle und Share-BUS ermöglichen eine Kopplung mehrerer Geräte zu einem Gesamtsystem mit bis zu 300 kW.

Bild 5: Master-Slave-Schnittstelle und Share-BUS ermöglichen eine Kopplung mehrerer Geräte zu einem Gesamtsystem mit bis zu 300 kW. EA Elektro-Automatik

Schon vor einigen Jahren hat EA Elektro-Automatik die flexible Ausgangsstufe bei Stromversorgungen entwickelt. Mit dieser Neuerung hat sich ein wesentlich größeres Einsatzgebiet eröffnet, denn durch die Skalierbarkeit kann ein bis zu viermal größeres Spannungs- und Stromfenster erzielt werden. Das bedeutet konkret – ein Gerät kann verschiedene Anwendungen versorgen. Besonders in Laborumgebungen, wo sonst mehrere Geräte unterschiedlicher Spannungs- und Stromklassen notwendig waren, ist dies eine platzsparende und kostengünstige Lösung.

Die Reihe PSI 9000 erreicht als Einzelgerät (3U) oder im Systemverbund (15U-24U) Leistungen von 640 W bis 90 kW, Spannungen von 40 bis 1500 V und Ströme bis 3060 A. Durch ein speziell entwickeltes Baukastensystem lassen sich Leistungsmodule mit 640 W, 1,5 kW und 5 kW zu einem Einzelgerät mit bis zu 15 kW Gesamtleistung zusammensetzen.

Dank einer intelligenten Master-Slave-Schnittstelle und einem Share-BUS sind die Netzteile so konzipiert, dass sich aus ihnen ein Gesamtsystem mit einer Leistung bis zu 300 kW aufbauen lässt. Das System wird über ein Mastergerät mit HMI-Einheit gesteuert und ausgelesen (Bild 5). Die Slave-Erweiterungsgeräte benötigen keine Anzeige-/Bedieneinheit und keine weiteren Schnittstellen, was die Systemkosten verringert.

Bild 6: Anstelle der GPIB-Schnittstelle lässt sich an Labornetzteilen mit digitaler Schnittstelle der Schnittstellentyp per Steckmodul anpassen.

Bild 6: Anstelle der GPIB-Schnittstelle lässt sich an Labornetzteilen mit digitaler Schnittstelle der Schnittstellentyp per Steckmodul anpassen. EA Elektro-Automatik

Digitale und analoge Schnittstellen

Die Laborstromversorgungen der Serie PSI 9000 werden über eine Kommunikationseinheit gesteuert und überwacht, die als Zentrale zwischen HMI, Leistungsteil und Außenwelt fungiert. Zur Standardausrüstung zählen je eine fest im Gerät verbaute USB- und Analogschnittstelle. Die analoge Schnittstelle besitzt neben den Steuereingängen für U, I, P und R auch Monitorausgänge für U und I. Die Ein- und Ausgänge können entweder für 0 bis 10 V oder 0 bis 5 V parametriert werden.

Sämtliche Schnittstellen sind zum Ausgang galvanisch getrennt. Darüber hinaus gibt es weitere TTL- Ausgänge für Fehlermeldungen. Über einen Plug&play-Slot lassen sich digitale Schnittstellen anschließen. Dafür stehen Ethernet und Profinet mit einem oder zwei Ports sowie Profibus, CANopen, CAN, Modbus, Ethercat und RS232 zur Verfügung. Ist eine Integration in weitere Systeme gewünscht, können zusätzliche digitale Schnittstellen schnell nachgerüstet werden.

Vielseitiges Gesamtkonzept

Das Gesamtkonzept der Reihe PSI 9000 bietet einen guten Mix aus Leistung, Konnektivität, Funktionalität und Bedienerfreundlichkeit. Das modulare Konzept ist so flexibel, dass auch individuelle Wünsche zeitnah und kostengünstig realisierbar sind.

Geräteausführungen

Einzelgeräte:  Serie PSI 9000 3U 3,3 kW bis 15 kW

  • Ausgangsspannungsbereiche von 0 – 40 VDC bis 0 – 1500 VDC
  • Ausgangstrombereiche von 0 – 20 A bis 0 – 510 A
  • Leistungen 3,3 bis 15 kW

Systemverbund: Serie PSI 9000 15U-24U 30 kW bis 90 kW

  • Basierend auf Netzgeräten der Serie PSI 9000 3U
  • Für Drehstrom-Anschluss 400 V und 50/60 Hz
  • Nennleistungen: 30 kW, 45 kW, 60 kW, 75 kW, 90 kW
  • Nennspannungen: 80 V, 200 V, 360 V, 500 V, 750 V, 1500 V
  • Ströme bis 3060 A

Der Beitrag basiert auf Unterlagen von EA Elektro-Automatik.