Betriebszuverlässigkeit: Eine wichtige Kennzahl für industrielle Stromversorgungen

Die Auslegung auf die Anwendungsumgebung ist der Schlüssel zur Maximierung der Betriebszuverlässigkeit des Netzteils. In der rauen Industrieumgebung gibt es eine Vielzahl von Bedingungen, die schlecht konzipierten Netzteilen zum Verhängnis werden können. Zu den klimabedingten Belastungen zählen extreme Hitze und Kälte, Temperaturschwankungen, Staub, Feuchtigkeit und Nässe einschließlich Salzsprühnebel. Zu den mechanischen Belastungen können Stöße und Vibrationen gehören. Elektrische Belastungen können Überspannungen, Einbrüche und Transienten sein.

Schauen wir uns einige dieser Belastungen genauer an.

• Zu den elektrischen Belastungen gehören häufige oder extreme Schwankungen der Eingangsspannung wie Überspannungen, Spannungsabfälle oder Spannungsspitzen. Diese können die Stromversorgungskomponenten, insbesondere Kondensatoren und Halbleiter, belasten und zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Bei AC/DC-Stromversorgungen kann eine schlechte Qualität der Eingangswechselspannung zu harmonischen Verzerrungen, elektrischem Rauschen und transienten Störungen in der Eingangsleistung führen, was im Laufe der Zeit zu einer Belastung und Verschlechterung der Stromversorgungskomponenten führt.
  
  In vielen industriellen Umgebungen gibt es ein hohes Maß an elektromagnetischen Störungen (EMI), die von zahlreichen Quellen ausgehen können. Typische EMI-Erzeuger sind Schaltgeräte wie frequenzvariable Antriebe (VFDs) und Wechselrichter, Industriegeräte wie Schweißgeräte und Plasmaschneider, Industriegeneratoren oder auch andere Stromversorgungen. Hohe EMI-Werte können die Zuverlässigkeit von Stromversorgungen erheblich beeinträchtigen.
  
  Andere elektrische Belastungen sind fehlende Zyklen, wenn ein oder mehrere Wechselstromzyklen nicht an den Eingang des AC/DC-Netzteils geliefert werden. Dies kann durch vorübergehende Störungen, Unterbrechungen oder Schaltvorgänge im Stromverteilungsnetz geschehen. Ausgelassene Zyklen können zu Gleichstromausfällen führen, die die Alterung und den Verfall von Komponenten beschleunigen.


• Temperaturextreme. Eine häufige Ursache für Ausfälle sind zu hohe Temperaturen oder Temperaturschwankungen. Die meisten sind auf thermische Spannungen zurückzuführen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) der verschiedenen Materialien verursacht werden. Extreme Temperaturen beeinträchtigen sowohl elektrische als auch mechanische Komponenten.


• Stöße und Vibrationen sind in industriellen Umgebungen häufig anzutreffen. Sie können mechanische Spannungen in elektronischen und mechanischen Komponenten verursachen. Häufige Folgen sind Risse in Lötstellen, das Lösen von Schrauben und anderen Befestigungselementen sowie Metallermüdung.

Die Messung der Betriebszuverlässigkeit industrieller Stromversorgungen beinhaltet die Bewertung ihrer Fähigkeit, unter den vorgegebenen Bedingungen über einen längeren Zeitraum hinweg konstant zu funktionieren. Es gibt verschiedene Methoden zur Bewertung der Betriebszuverlässigkeit, aber statistische Zuverlässigkeitsmessungen wie MTBF (Mean Time Between Failure) sind kein guter Indikator für die tatsächliche Betriebslebensdauer.

MTBF liefert nur einen allgemeinen Hinweis auf die Zuverlässigkeit und gibt keine Auskunft über die Arten von Ausfällen oder deren Ursachen. Noch wichtiger ist, dass die MTBF in der Regel unter kontrollierten Testbedingungen berechnet wird, die die vielfältigen und rauen Umgebungen, in denen Stromversorgungen eingesetzt werden, nicht vollständig abbilden können. Die Anwendungsumgebung kann die tatsächliche Zuverlässigkeit erheblich beeinflussen.

Nach den Erfahrungen der RECOM-Kunden sind die meisten Frühausfälle auf Eingangsspannungsstöße und nicht auf die Alterung der Komponenten zurückzuführen, so dass sie bei MTBF- und ähnlichen Berechnungen nicht angemessen berücksichtigt werden.

Eine hohe Betriebssicherheit ist ein wesentliches Kriterium bei einer Stromversorgung für den industriellen Einsatz. In diesem Blog wurden einige der Faktoren, die sich auf die Betriebszuverlässigkeit auswirken, und einige der Konstruktionsmerkmale, die RECOM in seine Stromversorgungen einbaut, um eine lange Lebensdauer in der anspruchsvollen Industrieumgebung zu gewährleisten, erläutert.