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Einschaltstrombegrenzer - Teil 1

Elektrische Geräte, darunter moderne Schaltnetzteile, ziehen beim Einschalten einen höheren Strom, was den Leitungsschutzschalter auslösen und den Start eines Gerätes verhindern kann. Vor allem bei Absicherung mehrerer Netzteile durch einen Sicherungsautomaten können beim Einschalten extrem hohe Stromspitzen entstehen. Einschaltstrombegrenzer reduzieren diesen temporären Spitzenstrom.

ICL-Einschaltstrombegrenzer: Vorteile durch professionelle Reduzierung von Stromspitzen im Einschaltmoment

Sollen viele Netzteile an einem Leitungsstrang angeschlossen werden, bietet der Einsatz von Einschaltstrombegrenzern eine gute Lösung. Durch die effektive Einschaltstrombegrenzung kann der Installationsaufwand reduziert werden, Schaltkontakte werden nicht unnötig belastet und Fehlauslösungen des Leitungsschutzschalters werden minimiert.

Einige elektrische Geräte, unter anderem auch moderne Schaltnetzteile, ziehen im Moment des Einschaltens einen weitaus größeren Strom als im normalen Betrieb (siehe Abb. 1). Ein zu hoher Anlaufstrom kann dazu führen, dass beim Einschaltvorgang der Leitungsschutzschalter auslöst und folglich das Gerät nicht startet. Gerade, wenn mehrere Netzteile durch einen Sicherungsautomaten abgesichert werden, kann beim Einschalten eine extrem hohe Stromspitze entstehen. Durch die hohe Stromspitze werden auch Schaltkontakte von Schaltern, Relais oder Schütze stark belastet und müssen auf diesen hohen Wert ausgelegt sein.

Stromkurve beim Einschalten von Geräten
Abb. 1 Anlaufstrom beim Einschalten elektrischer Geräte

Ein ungewolltes Auslösen des Sicherungsautomaten, sowie die übermäßige Belastung von Schaltkontakten durch den hohen Einschaltstrom, kann man durch den Einsatz eines Einschaltstrombegrenzers vermeiden. Auch eine unnötige Überdimensionierung des Sicherungsautomaten kann damit entfallen.

Warum haben Schaltnetzteile einen hohen Einschaltstrom?

Bei modernen Schaltnetzteilen werden primärseitig Speicherkondensatoren eingesetzt, um die nach dem Brückengleichrichter entstehende Spannung zu glätten. Diese Speicherkondensatoren - auch Bulk-Kondensatoren genannt - benötigen typischerweise einen hohen Strom, um sich nach dem Einschalten aufzuladen. Dadurch entsteht ein sehr hoher Einschaltstrom.

Um diesen unerwünschten hohen Einschaltstrom zu minimieren, werden oft NTC-Thermistoren (Negative Temperature Coefficient) eingesetzt. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass NTC-Thermistoren auch während des Betriebs kontinuierlich Energie verbrauchen. Sie erzeugen Wärme, die abgeführt werden muss und verringern dadurch den Wirkungsgrad eines Netzteils. Um die Verluste zu minimieren, darf der Widerstandswert des NTC-Thermistors nicht zu hoch gewählt werden. Damit ist aber die Reduzierung des Einschaltstroms nur begrenzt möglich und in vielen Anwendungen ist dieser noch viel zu hoch. Wiederholt sich der Einschaltvorgang noch bevor der NTC-Thermistor abgekühlt ist, erfolgt keine bzw. eine viel zu geringe Einschaltstrombegrenzung.

Welche Vorteile bieten Einschaltstrombegrenzer?

Sollen viele Netzteile an einem Leitungsstrang angeschlossen werden, summieren sich die Einschaltströme. In solchen Anwendungen führt der Einsatz von Einschaltstrombegrenzern, wie die ICL-Serie von MEAN WELL, zu einer effektiven und professionellen Lösung. Mit einem Einschaltstrombegrenzer lässt sich die maximal anschließbare Anzahl von Netzteilen und Leuchten an einem Leitungsstrang stark erhöhen, ohne dass der Leitungsschutzschalter ungewollt auslöst.

Möchten wir beispielsweise unsere Leuchte mit einem LED-Netzteil XLG-50-A betreiben, sind maximal fünf Leuchten an einem Leitungsschutzschalter mit B-Charakteristik und maximal acht Leuchten an einem Leitungsschutzschalter mit C-Charakteristik betreibbar (siehe Abb. 2).

Wenn wir nun einen Einschaltstrombegrenzer zwischen Leitungsschutzschalter und den Netzteilen einsetzen, erhöht sich die maximale Anzahl der Leuchten pro Leitungsstrang auf 49 Stück und der Installationsaufwand verringert sich erheblich. Die genaue Ermittlung der maximalen Anzahl von Schaltnetzteilen unter Verwendung von Einschaltstrombegrenzern werden wir im 2. Teil dieses Artikels behandeln.

Abb. 3 Installationsschema ICL Einschaltstrombegrenzer

Funktionsweise der ICL-Einschaltstrombegrenzer

Die ICL-Einschaltstrombegrenzer werden eingesetzt, um einen kurzzeitig auftretenden Einschaltstrom zu reduzieren, der durch kapazitive Lasten, wie in unserem Fall durch Schaltnetzteile, verursacht wird. Das Hinzufügen des Einschaltstrombegrenzers nach dem AC-Leitungsschutzschalter (auch Sicherungsautomat genannt, siehe Abb. 3) verringert die Wahrscheinlichkeit einer Fehlabschaltung und erhöht die Gesamtzuverlässigkeit des Systems.

Der ICL-Einschaltstrombegrenzer besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: Einem Leistungswiderstand "R", einem Bypass-Relais und einem Regelkreis.

Der Leistungswiderstand „R“ hat den Vorteil gegenüber einem NTC-Thermistor, dass der Widerstand konstant bleibt und nicht wie bei dem NTC mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dadurch kann ein Einschaltstrom des Netzteils auch bei höherer Raumtemperatur oder auch bei wiederholtem Einschalten gleichbleibend reduziert werden.

Das Bypass-Relais schaltet den Leistungswiderstand "R" kurz, nachdem der Einschaltstrom begrenzt wurde. Somit fließt über den Widerstand kein Strom mehr und es entsteht keine Verlustleistung nach der Begrenzung des Einschaltstromes.

Der Regelkreis sorgt dafür, dass der Einschaltstrombegrenzer im richtigen Moment aktiviert wird, sobald ein erhöhter Einschaltstrom auftritt (siehe Abb. 4).

Einschaltstrombegrenzer, Netzteil
Abb. 4 Blockschaltbild ICL-Serie

Um unterschiedlichen Installationsanforderungen gerecht zu werden, sind zwei Gehäusebauformen erhältlich (siehe Abb. 5): Die L-Variante im platzsparenden Kunststoffgehäuse (ICL-16L, ICL-28L) für den Einbau in Endgeräte und die R-Variante für die direkte Montage auf der DIN-Schiene in einem Schaltschrank (ICL-16R, ICL-28R).

Die wichtigsten Fakten der ICL-16 und ICL-28 im Überblick:

  • Effektive Einschaltstrombegrenzung
  • Ermöglicht die Installation mehrerer Schaltnetzteile auf einer Wechselstromleitung
  • Für induktive und kapazitive Lasten
  • ICL-16: 180-264 V AC / 16 A (Dauerstrom)
  • ICL-28: 180-264 V AC / 28 A (Dauerstrom)
  • Interne thermische Sicherung
  • Integriertes Bypass-Relais
  • ICL-16: kapazitive Lasten bis 2500 µF
  • ICL-28: kapazitive Lasten bis 6000 µF
  • ICL-16R, ICL-28R: für die DIN-Schienenmontage
  • ICL-16L, ICL-28L: für den Einbau im Endgerät

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