Stromquelle für hohe Ausgangsströme

Problemstellung

Das Unternehmen Oerlikon AG möchte die Leistungsfähigkeit ihrer Beschichtungsanlagen steigern. Eine zentrale Komponente der Anlagentechnik ist eine Stromquelle, an welche besondere Anforderungen gestellt werden:

• Kompaktheit
• Geringes Gewicht
• Mobiler Einsatz
• Geringe Welligkeit der Ausgangsgrössen

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Elektrische Energietechnik der FHNW sollen neue Konzepte umgesetzt und umfassend charakterisiert werden. In einem Vorprojekt wurde das Potential und die Realisierbarkeit einer solchen Quelle aufgezeigt. In einer Machbarkeitsstudie wird nun ein Funktionsmuster realisiert.

Lösung

Die Stromquelle wird als primärgetaktetes Netzteil gemäss Abbildung aufgebaut:

Nach der Gleichrichtung der Netzspannung, welche neben 400 V auch andere Nennspannungen aufweisen kann, folgt ein Gleichstrom-Zwischenkreis mit Spule und Kondensator. Der Hochfrequenz-Transformator dient der galvanischen Trennung sowie der Anpassung der Strom- und Spannungswerte von der Primär- auf die Sekundärseite. Mehrere sekundäre Abgänge, welche unterschiedlich verschaltet werden können, erlauben verschiedene Kombinationen von Strom und Spannung im gegebenen Leistungssegment.

Nach dem Transformator erfolgt erneut eine Gleichrichtung sowie eine abschliessende Glättung mit einem  LC-Filter.  Das Ziel ist eine möglichst geringe Welligkeit der Ausgangsgrössen, damit eine optimale Beschichtungsqualität erzielt werden kann.

Da die Last nicht konstant und stark nichtlinear ist, wurde ein passender dynamischer Regler ausgelegt und mittels Simulationen verifiziert. Der Regler ist mit allen Funktionen ausgestattet, die man von einem modernen Regelsystem erwartet (wie zum Beispiel Anti-Windup) und erlaubt das Einstellen von Spannungs- und Stromsollwerten, wobei eine übergeordnete Regelung zusätzlich die Leistung beschränkt.

Die Vorstudie und die Arbeiten für das Funktionsmuster werden vollständig am Institut für Elektrische Energietechnik durchgeführt und beinhalten alle nötigen Schritte von der Aufnahme des Ist-Zustandes, Erstellung des Lastenhefts, Design, Simulation und Realisierung.