Wofür steht SMPS in der Elektrotechnik?: Leitfaden zur Stromversorgung

SMPS steht für Schaltnetzteil, eine Komponente, die elektrische Energie effizient in industrielle Automatisierungssysteme umwandelt. Diese Technologie versorgt SPS-Steuerungen, HMI-Panels und Automatisierungsgeräte, die einen 24VDC-Ausgang gemäß IEC 61010-2-201-Normen erfordern. .

Was ist SMPS? Bedeutung und Definition

SMPS steht für Switched-Mode Power Supply (Schaltnetzteil), ein elektronisches Gerät, das mithilfe von Hochfrequenzschaltelementen Wechselspannung in geregelte Gleichspannung umwandelt. Die Abkürzung SMPS kann entweder als Switched-Mode Power Supply oder Switch Mode Power Supply geschrieben werden. Beide Begriffe beschreiben dieselbe Technologie.

Schaltnetzteile arbeiten mit hohen Frequenzen (typischerweise 50 kHz bis 1 MHz). Dadurch können sie kleinere magnetische Bauteile als herkömmliche Transformatoren verwenden. Diese kompakten Bauformen eignen sich für den Einbau in beengten Schaltschränken und DIN-Schienenmontagen.

Zu den wichtigsten Komponenten gehören:

• Transistoren oder MOSFETs, die als Hochgeschwindigkeitsschalter fungieren
• Dioden zur Gleichrichtung und Stromrichtungssteuerung
• Kondensatoren zur Energiespeicherung und Spannungsglättung
• Induktoren für Filterung und Energieübertragung
• Impulstransformatoren zur Spannungswandlung und -trennung

Der Wirkungsgrad erreicht 80-951 µT im Vergleich zu 30-601 µT bei linearen Netzteilen. Durch das vollständige Ein- oder Ausschalten der Schalter anstatt des Betriebs im linearen Modus wird bei diesen Geräten nur minimal Energie in Form von Wärme abgegeben.

Wie funktioniert ein Schaltnetzteil?

Die Eingangsgleichrichtung wandelt die eingehende Wechselspannung (typischerweise 100–240 V AC) in ungeregelten Gleichstrom um. Hochfrequenzschaltungen zerlegen diesen Gleichstrom anschließend in Impulse mit Frequenzen von 20 kHz oder höher. Ausgangsgleichrichtung und Filterung wandeln den hochfrequenten Wechselstrom wieder in geglätteten Gleichstrom mit der erforderlichen Spannung um.

Ein Regelkreis überwacht kontinuierlich die Ausgangsspannung und passt das Schaltverhalten an. Fällt die Ausgangsspannung, erhöht der Regler die Einschaltzeit. Steigt die Spannung, verringert er die Einschaltzeit. Dadurch wird eine stabile Spannung trotz Eingangsspannungsschwankungen oder Laständerungen gewährleistet.

Die Schalter arbeiten im Sättigungszustand (vollständig eingeschaltet) oder im Sperrzustand (vollständig ausgeschaltet) und verursachen dabei minimale Leistungsverluste. Im eingeschalteten Zustand ist der Spannungsabfall am Schalter minimal. Im ausgeschalteten Zustand fließt kein Strom. In beiden Zuständen wird nur sehr wenig Energie verschwendet.

Anwendungen in industriellen Automatisierungssystemen

SPSen, HMI-Panels und industrielle Steuerungen benötigen eine saubere, stabile 24-V-Gleichstromversorgung. Spannungsschwankungen oder Störungen können folgende Probleme verursachen:

• SPS-Logikfehler und Programmabstürze
• Anzeigefehler und Fehlfunktionen des Touchscreens
• Ungenauigkeiten der Sensormessungen
• Kommunikationsfehler zwischen Geräten
• Unerwartete Systemabschaltungen

Industrielle Schaltnetzteile, zertifiziert nach UL 508, CSA C22.2 Nr. 107.1 und IEC 60950-1, bieten die von Automatisierungssystemen geforderten Leistungsmerkmale. Zu diesen Netzteilen gehören:

• Breiter Eingangsspannungsbereich (85–264 V AC) für globale Kompatibilität
• Aktive Leistungsfaktorkorrektur zur Erreichung eines Leistungsfaktors von >0,95 zur Reduzierung von Oberwellenverzerrungen
• Überlastschutz zur Vermeidung von Schäden bei Anlaufspitzen
• Kurzschlussschutz zum Schutz angeschlossener Geräte
• Überspannungsschutz für Eingangstransienten

Der Allen-Bradley Bulletin 1606-XLE Netzteil Diese Industriegeräte liefern eine Leistung von 80 W bis 480 W mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95,61 µT. Sie verfügen über eine Leistungssteigerungsfunktion (120 µT) für bis zu 5 Sekunden, um kurzzeitige Überlastungen beim Motoranlauf oder bei hohen Einschaltströmen abzufangen. LED-Diagnoseanzeigen ermöglichen eine visuelle Statusanzeige zur schnellen Fehlerbehebung.

Der breite Betriebstemperaturbereich (-10 °C bis 70 °C) eignet sich für raue Industrieumgebungen. Die DIN-Schienenmontage vereinfacht die Installation in Schaltschränken neben SPSen und E/A-Modulen.

Auswahl von Netzteilen für Automatisierungsanwendungen

Bei der Auswahl von Stromversorgungseinheiten für SPS- und HMI-Systeme müssen Sie den Gesamtleistungsbedarf wie folgt berechnen:

• SPS-CPU und Erweiterungsmodule
• HMI-Touchscreen-Displays
• Vernetzte Sensoren und Sender
• Ausgabegeräte wie Relaismodule
• Kommunikationsschnittstellen

Allen-Bradley Bulletin 1606-XLE Netzteil

• Hersteller: Allen-Bradley (Rockwell Automation)
• Modell: Wichtige Stromversorgungen der Serie 1606-XLE
• Leistungsbereich: 80 W bis 480 W
• Versorgungsspannung: 85-264 V AC
• Schutzklasse: IP20
• Anwendung: Industrielle Automatisierung

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Omron S8VK-C24024 240W 24V DC Kompaktnetzteil

• Hersteller: Omron
• Modell: S8VK-C24024
• Ausgangsleistung: 240 W
• Ausgangsspannung: 24 V DC
• Ausgangsstrom: 10 A
• Eingangsspannung: 100–240 V Wechselstrom (50/60 Hz)
• Montageart: DIN-Schiene
• Schutz: Überlastung, Überspannung, Kurzschluss

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Für zukünftige Erweiterungen sollten Sie eine Sicherheitsreserve von 20-30% einplanen. Wenn Ihr Automatisierungssystem 8 A bei 24 V DC (192 W) benötigt, können Sie ein 240-W-Netzteil mit ausreichendem Leistungsspielraum wählen.

Bedienfelder sind harten Bedingungen ausgesetzt:

• Temperaturextreme von -25 °C bis +70 °C
• Hohe Luftfeuchtigkeit und Kondensation
• Vibrationen von Maschinen
• Elektrisches Rauschen von Motoren und Frequenzumrichter
• Staub und Verunreinigungen

Der Omron S8VK-C24024 240W Netzteil Bietet Schutz vor Überlastung, Überspannung und Kurzschluss. Die natürliche Luftkonvektionskühlung sorgt für geräuschlosen Betrieb und Wartungsaufwand. Durch die Vermeidung mechanischer Ausfälle wird die Lebensdauer der Komponenten auf über 100.000 Stunden MTBF verlängert. Die schlanke Breite von 65 mm spart Platz in kompakten Gehäusen.

Lieferkettenvorteile für Netzteile europäischer Marken

Kanadische Automatisierungskunden und nordamerikanische Einkäufer bevorzugen aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung mit Industrieanlagen häufig europäische Marken wie Schneider, Siemens und ABB. Simply Buy begegnet den Herausforderungen im Beschaffungswesen mit verschiedenen Ansätzen.

Schnelle Angebote für europäische MarkenWir erstellen Ihnen innerhalb von 24 Stunden Preisangebote für Geräte der Schneider ABL-Serie, Siemens SITOP-Versorgungseinrichtungen und Phoenix Contact QUINT-Geräte. Sie erhalten präzise Angebote, ohne wochenlang auf eine Antwort warten zu müssen.

Mehrere BeschaffungsoptionenBei Budgetbeschränkungen oder zu langen Lieferzeiten empfehlen wir zertifizierte Alternativen aus dem Inland. DIN-Schienensysteme von Allen-Bradley, Omron und Meanwell bieten vergleichbare Spezifikationen zu unterschiedlichen Preisen. So bleiben Sie flexibel und können Ihre Projektanforderungen optimal erfüllen.

Flexibilität der LieferketteDurch unsere Geschäftsbeziehungen zu mehreren Herstellern haben wir alternative Optionen, falls unsere Hauptlieferanten Engpässe haben. Außerdem erhalten Sie Ihre Ausrüstung termingerecht und ohne Projektverzögerungen.

Für SPS- und HMI-Anwendungen unterstützen wir Sie bei der Bewertung:

• Leistungskapazität, die Ihren Systemanforderungen entspricht
• Zertifizierungsanforderungen (UL, cUL, CE) für Ihre Region
• Umweltbewertungen für Installationsbedingungen
• Budgetüberlegungen zur Abwägung von Spezifikationen und Kosten

Unser technisches Team stimmt die Versorgungsspezifikationen auf Ihr SPS-Modell, die Anzahl der Ein-/Ausgänge und die angeschlossenen Geräte ab. Dadurch werden ausreichende Kapazität und optimaler Schutz für Ihre spezifische Automatisierungsumgebung gewährleistet.

Vorteile und zu beachtende Aspekte

Schaltnetzteile bieten einen höheren Wirkungsgrad (80–951 µT) als lineare Netzteile (30–601 µT). Dadurch wird die Wärmeentwicklung in Schaltschränken um 50–651 µT reduziert. Die kompakte Bauweise dank Hochfrequenzbetrieb spart Platz im Schaltschrank, und der große Eingangsspannungsbereich (85–264 V AC) vereinfacht die Installation in mehreren Regionen.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Niedrigere Betriebskosten durch Energieeinsparungen
• Reduzierter Kühlbedarf in Gehäusen
• Leichtes Design für mobile Anwendungen
• Verlängerte Bauteillebensdauer durch niedrigere Temperaturen

Schaltfrequenzen können elektromagnetische Störungen erzeugen, die empfindliche analoge Signale beeinträchtigen. Industrielle Geräte, die der EN 55011 Klasse B oder FCC Teil 15 Klasse B entsprechen, verfügen über integrierte Filter zur Reduzierung leitungsgebundener und abgestrahlter Störungen. Durch geeignete Erdungs- und Abschirmungstechniken lassen sich die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen minimieren.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein Schaltnetzteil?

Ein Schaltnetzteil wandelt Wechselspannung mittels Hochfrequenz-Schalttechnologie in geregelte Gleichspannung um. Es bietet eine effiziente Leistungsumwandlung (80-95%) für industrielle Automatisierungsanlagen wie SPSen und HMIs.

Wozu dient ein Schaltnetzteil?

Schaltnetzteile versorgen SPS-Steuerungen, HMI-Touchscreens, Sensoren und E/A-Module mit Strom. Sie liefern eine stabile 24-V-Gleichstromausgabe, die von Automatisierungsanlagen in industriellen Schaltschränken benötigt wird.

Was ist der Unterschied zwischen einem Schaltnetzteil und einem linearen Netzteil?

Schaltnetzteile nutzen Hochfrequenzschaltungen für einen Wirkungsgrad von 80–951 µT und eine kompakte Bauweise. Lineare Netzteile erreichen lediglich einen Wirkungsgrad von 30–601 µT und sind aufgrund ihrer größeren und schwereren Bauweise für moderne Automatisierungsanwendungen ungeeignet.

Abschluss

Schaltnetzteile liefern effiziente, zertifizierte Stromversorgung für industrielle Automatisierungssysteme, die den Sicherheitsstandards UL 508 und IEC 60950-1 entsprechen. Simply Buy bietet Netzteile europäischer Marken mit schneller Angebotserstellung sowie Alternativen von US-amerikanischen Herstellern wie Allen-Bradley, Omron und Meanwell. Dank unserer effizienten Lieferkette erhalten Sie Ihre zertifizierten Geräte termingerecht.