Batterie- und Kondensatorladung

Überblick

Batterien und Kondensatoren haben ähnliche Ladeanforderungen, die durch die Standardfunktionen der Magna-Power Electronics Netzgeräte bestens abgedeckt werden. Bei Anschluss an eine Batterie oder einen Kondensator wird das Magna-Power Electronics Netzgerät auf die Leerlauf-Nennspannung und den maximal gewünschten Ladestrom (Laderate) programmiert. Das Netzgerät arbeitet im Konstantstrommodus und lädt die Batterie oder den Kondensator mit dem definierten Ladestrom, während die Spannung mit der Ladungsmenge ansteigt. Sobald die programmierte Nennspannung erreicht ist, wechselt das Magna-Power Electronics Netzgerät automatisch in die Spannungsregelung und der Ladestrom sinkt auf null, da der Ladevorgang abgeschlossen ist.

Sperrdiode

Die Notwendigkeit einer Sperrdiode zwischen dem Magna-Power Electronics Netzgerät und den Batterien oder Kondensatoren hängt von der Anwendung ab. Der Ausgang des Netzgeräts besteht aus einer großen Kondensatorbank zur Filterung der Ausgangswelligkeit und Entladewiderständen zur Entladung der Kondensatoren, wenn das Netzgerät nicht in Betrieb ist. Eine Sperrdiode ist üblicherweise erforderlich, um diese Ausgangskondensatoren zu schützen, da das Anschließen des Netzgeräts an einen geladenen Energiespeicher eine Gegen-EMK verursacht, die die Ausgangsstufe potenziell beschädigen könnte. Darüber hinaus verhindert die Sperrdiode die Entladung des Energiespeichers über den Ausgangsentladewiderstand. Obwohl Sperrdioden nicht von Magna-Power Electronics geliefert werden, können unsere Vertriebsingenieure bei der Auswahl geeigneter Dioden für verschiedene Anwendungen behilflich sein.

In einigen Anwendungen ist eine Sperrdiode möglicherweise nicht erforderlich. Mit der High-Slew-Rate-Option (+HS) werden standardmäßige Elektrolytkondensatoren durch Folienkondensatoren mit geringerer Kapazität ersetzt. Diese Kondensatoren können die Gegen-EMK eines Energiespeichers tolerieren, solange die Leerlauf-Nennspannung innerhalb der maximalen Ausgangsspannungsbewertung des Netzgeräts liegt. Mit der High-Slew-Rate-Option verfügt das Netzgerät weiterhin über einen Ausgangsentladewiderstand, was zu einer langsamen Entladung führt, wenn der Energiespeicher nach vollständiger Ladung nicht getrennt wird.

Ohne die High-Slew-Rate-Option kann eine Sperrdiode vermieden werden, indem das Netzgerät auf die Nennspannung des Energiespeichers vorgeladen wird, um die Gegen-EMK zu minimieren. Die Vorladung erfolgt unter Leerlaufbedingungen, indem das Netzgerät auf die Nennspannung des Energiespeichers und den maximalen Ladestrom programmiert und der Ausgang aktiviert wird, bevor der Energiespeicher angeschlossen wird. Der Energiespeicher wird dann über einen entsprechend dimensionierten Schalter an den Ausgang des Netzgeräts angeschlossen. Spannungstransienten am Energiespeicher sollten genau überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Nennwerte des Energiespeichers nicht überschritten werden.

Fernmessung

Die Fernmessung, verfügbar bei Modellen bis 1000 Vdc, ermöglicht es dem Netzgerät, einen Spannungsabfall zwischen den Ausgangsklemmen des Netzgeräts und der Last zu kompensieren. Standardmäßig erfasst das Netzgerät die Spannung direkt an den Ausgangsklemmen. Bei aktivierter Fernmessung erfasst das Netzgerät jedoch über die angeschlossenen Messleitungen und kann bis zu 3 % seiner Nennleistung kompensieren. Die Verwendung der Fernmessung bei der Batterie- und Kondensatorladung ist üblich, da sie die Kompensation des Spannungsabfalls der Sperrdiode ermöglicht. Darüber hinaus zeigt das Netzgerät bei aktivierter Fernmessung und angeschlossenen Messleitungen die am Fernmesspunkt gemessene Spannung an und gibt diese über die Fernprogrammierung zurück.

Bei der Verwendung der Fernmessfunktion ist Vorsicht geboten. Magna-Power Electronics Netzgeräte verfügen über eine intelligente Erkennung, wenn die Fernmessung aktiviert ist und die Messleitungen nicht angeschlossen sind, was durch eine blinkende Fernmess-LED auf der Frontplattenanzeige angezeigt wird; unter dieser Bedingung schaltet das Netzgerät automatisch auf lokale Messung zurück. Das Umschalten der Fernmessleitungen oder das Trennen der Messleitungen bei aktiviertem Ausgang versetzt das Netzgerät jedoch in einen kurzzeitigen Open-Loop-Zustand ohne ordnungsgemäße Rückkopplung, was zu unerwünschten Betriebsbedingungen führt. Wenn das Umschalten der Fernmessleitungen eine Anwendungsanforderung ist, muss sich das Netzgerät beim Umschalten im Standby-Modus befinden.

Warum Magna-Power Electronics?

• Stromgespeiste Energieverarbeitung – Technologie: Die charakteristische Energieverarbeitungstopologie von Magna-Power Electronics ermöglicht es den Netzgeräten, selbst unter den schwierigsten Lastbedingungen zu arbeiten. Bei der Kondensatorladung können die Netzgeräte in Kurzschluss-Lastbedingungen einschalten und diese regeln.
• Hochpräzise Programmierung: Die neueste Generation der Magna-Power Electronics Produkte bietet eine der höchsten Programmier- und Rücklesegenauigkeiten auf dem Markt für programmierbare Netzgeräte. Die hohe Präzision der Produkte bedeutet weniger Ausrüstung für die Datenerfassung und Messung sowie eine genauere Programmierung der Nennspannungen von Energiespeichern.
• Niedrige Spannungswelligkeit: Die Ladespannungs- und Stromwelligkeit spielt eine wesentliche Rolle für die Lebensdauer von Batteriesystemen. Alle Magna-Power Electronics Netzgeräte bieten eine extrem niedrige Spannungswelligkeit von nur 0,03 % der Nennspannung.
• Spannungsfernmessung: Magna-Power Electronics Netzgerätemodelle bis 1000 Vdc verfügen über eine Fernmessfunktion, die eine Kompensation des Spannungsabfalls über Sperrdioden und Ausgangskabel ermöglicht.

Batteriezyklierung

Während die Batterieladung nur einen Einquadrantenbetrieb erfordert, benötigt die Batteriezyklierung einen Zweiquadrantenbetrieb, um Energie aus den Batterien aufzunehmen. Die Verwendung eines unabhängigen Netzgeräts und einer Last für jeden Betriebsquadranten bietet maximale Systemmodularität. Darüber hinaus ermöglicht die Trennung von Netzgerät und Last die Verwendung kostengünstiger passiver resistiver Lastbänke zur Entladung. Alternativ kann eine elektronische Last für eine erhöhte Programmierbarkeit der Lasteigenschaften verwendet werden.

Fließende Übergänge zwischen Energiequellen- und Energiesenkenbetrieb können erreicht werden, indem das Netzgerät auf die doppelte Nennleistung der Last dimensioniert wird. Die Last läuft konstant bei ihrer Nennleistung; sobald jedoch das Netzgerät ausgeschaltet wird, erfolgt ein sanfter Übergang der Batterien vom Laden zum Entladen.

Ladeprofile können in Magna-Power Electronics Netzgeräten über verschiedene Programmierschnittstellen programmiert werden. 100 Speicherschritte stehen über das D-Version Frontpanel zur Verfügung, mit denen Spannungs- und Stromeinstellungen zeitlich sequenziert werden können. SCPI-Befehle werden für kundenspezifische Software zur vollständigen Steuerung des Netzgeräts unterstützt. Darüber hinaus ermöglichen die bereitgestellten LabVIEW-Treiber die Integration mit anderen Test- und Messgeräten, einschließlich einer elektronischen Last.

Kondensatorladung und Pulsnetzwerke

Magna-Power Electronics Netzgeräte werden zum zuverlässigen Laden von Kondensatoren eingesetzt, die in einer Vielzahl von Anwendungen gepulsten oder kontinuierlichen Gleichstrombetrieb ermöglichen, wie zum Beispiel:

• Radar
• Mikrowellenröhren, einschließlich: Klystronröhren, Magnetrons und Gyrotrons
• Hochfrequenz-(HF-)Verstärker
• Protonenstrahltherapie-Beschleuniger

Bei Kondensatoren, die Hochfrequenzpulse bereitstellen, erscheint die Last für das Netzgerät als Mittelwert dieser Pulse, vorausgesetzt, die Kapazität, die die Pulse speist, ist für die Last angemessen dimensioniert. Das Netzgerät sollte als Blackbox betrachtet werden, und die interne Filterkapazität des Netzgeräts sollte nicht in die Berechnung der Energie zur Speisung der Pulse einbezogen werden. Das Netzgerät arbeitet im Konstantstrommodus, während es die Lastkondensatoren lädt, und schaltet automatisch in den Konstantspannungsmodus um, wenn die Kapazität vollständig geladen ist. Wenn die Lastkondensatoren kontinuierlich gepulst werden, arbeitet das Netzgerät stets im Konstantstrommodus. Alle Magna-Power Electronics Netzgeräte sind für den Dauerbetrieb unter Spitzenlastbedingungen ausgelegt.