Plug & Play Designs, die Bahnanwendungen zugutekommen

Was bedeutet Plug & Play im Zusammenhang mit Bahnanwendungen?

„Plug & Play“ ist ein Begriff, der in verschiedenen Bereichen verwendet wird, um ein Produkt zu beschreiben, das alle Anforderungen für den Betrieb einer Anwendung erfüllt, ohne dass der Benutzer einen zusätzlichen Aufwand betreiben muss.

Grundsätzlich müssen Plug & Play-Produkte für Bahnanwendungen in der Lage sein, in der Betriebsumgebung zu überleben. Im Gegensatz zu einer Stromversorgung für Verbraucher, die in der unbedenklichen Umgebung eines Hauses oder Büros arbeitet, muss ein DC/DC-Wandler für die Eisenbahn viele Jahre lang unter extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Stößen und Vibrationen zuverlässig funktionieren. Die Stromversorgung muss die Anforderungen der Norm EN50155 (und aller anderen damit zusammenhängenden Normen), sowie die Leistungsnorm für elektronische Geräte, die in Schienenfahrzeugen verwendet werden - also in allen Schienenfahrzeugen, die sich bewegen, einschließlich der Lokomotiven, Personenwagen, Stadtbahnen und Güterzügen, erfüllen.

EN50155 schreibt die Mindestanforderungen an die elektrische und mechanische Betriebsumgebung, die Zuverlässigkeit der Geräte und die erwartete Nutzungsdauer von Wandlern vor. Diese Anforderungen liegen über den Möglichkeiten von modularen DC/DC-Wandlern „von der Stange“. Zum Beispiel kann die nominale Systemspannung in einer Bahnanwendung zwischen +25% und -30% schwanken, mit Einbrüchen bis zu 60% des Nennwerts und Überspannungen bis zu 140% des Nennwerts. Für ein 110V-Nennsystem bedeutet dies, dass sich ein Eingangsspannungsbereich von 77V-137,5V, mit Einbrüchen und Überspannungen, auf 66V-154V ausweiten kann.

Plug & Play Bahnstromversorgungen

Eine DC/DC-Stromversorgung, die für eine Bahnanwendung entwickelt wurde, gilt als Plug & Play, wenn sie alle geltenden elektrischen und mechanischen Normen „out of the box“ erfüllt. Das Ergebnis ist eine Stromversorgung, die ohne zusätzliche Konstruktionsarbeit sofort in eine Bahnanwendung integriert werden kann, was Zeit und Systemkosten spart.

Der RMD500-EW von RECOM ist der erste Wandler in der Standardreihe der Plug & Play-DC/DC-Stromversorgungen für Bahnanwendungen, wie z.B. Traktions- und Antriebshilfsversorgungen, Brems-, Überwachungs-, Sicherheits-, HLK- und Türsteuerungssysteme, Datenlogger und vieles mehr.

Was macht den RMD500-EW zum Plug & Play-Produkt?

Zum einen verfügt der RMD500-EW über alle von der Norm EN50155 geforderten Funktionen: Verpolungsschutz, EMV- und Überspannungsfilterung, Einschaltstrombegrenzung, 10ms Überbrückungszeit und Ausgangs-ODER-Diode. Diese Funktionen müssten andernfalls durch den Einbau externer Komponenten erreicht werden.

Die Stromversorgung erfüllt alle relevanten Umweltstandards für leitungsgebundene und abgestrahlte EMV, mechanische Stöße und Vibrationen, Temperaturschocks, Temperaturwechsel, Isolationskoordination und Feuerschutz. Mit einem weiten Eingangsbereich von 4:1 (43-154VDC) (170V Spitze) und einem 24V-Ausgang mit verstärkter Isolierung auf der Basis von 5,5mm Luftkriechstrecken (OVCIII / PDII) ist der RMD500-EW für nominale 72V und 110VDC Eingänge mit Toleranz und Überspannungen innerhalb der von EN 50155 vorgeschriebenen Grenzen geeignet.

Die Ausgangsleistung beträgt 500W bis zu einer Grundplattentemperatur von 95°C ohne Derating. Dies ermöglicht den Betrieb innerhalb einer Umgebungstemperatur von -40°C bis +70/85°C, nur mit natürlicher Konvektionskühlung, was den Bedingungen der EN50155 OT4 (-40°C bis +70°C) mit ST1 und ST2 (+85°C) entspricht. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 95,5% bei geringer Last über einen weiten Eingangsbereich und ermöglicht eine hohe Leistungsdichte in einem kompakten Gehäuse von 209 x 141 x 48mm. Der RMD500-EW kann in jeder beliebigen Ausrichtung montiert werden; für bequeme Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind Schraubklemmen vorhanden.

Das Produkt ist nach EN 62368-1 und EN 50155 (S2) zertifiziert und verfügt über eine Nennisolierung von 3,5 kVAC. Es ist extrem zuverlässig, robust und vollständig gegen Kurzschluss, Überspannung, Überstrom und Übertemperatur geschützt.

Abbildung 2 zeigt das interne Blockdiagramm des RMD500-EW. Das Design verwendet eine Durchflusstopologie mit einer aktiven Clamp-Reset-Schaltung, um die Schaltverluste zu minimieren, und einen sekundärseitigen Synchron-Gleichrichter, um eine höhere Effizienz zu gewährleisten. Zu den Plug & Play-Funktionen gehören ein integrierter Eingangsfilter, eine Sperrdiode und ein Überbrückungszeit-Modul.

Zu den weiteren Standardmerkmalen gehören spannungsfreie DCOK-Relaiskontakte, Remote ON/OFF und Active Power Sharing mit ODER-Dioden für den Parallelbetrieb, wenn eine höhere Leistung oder n+1-Redundanz erforderlich ist. Die nominale 24V-Ausgangsspannung des RMD500-EW kann mit Hilfe eines externen Tri-Widerstands zwischen 19,2VDC und 25,2VDC getrimmt werden. Die umweltfreundliche RMD-Familie wurde ohne Verkapselung entwickelt und wiegt daher deutlich weniger als vergossene Produkte.

Weitere Produkte der Serie mit einer Leistung von 600-1000W sowie 300W und 150W, um eine größere Vielfalt an Schienenfahrzeugen und streckenseitigen Anwendungen zu ermöglichen, sind für eine Markteinführung im Laufe des Jahres 2022 geplant.

Wenn diese den Anforderungen einer bestimmten Bahnanwendung nicht genügen, verfügt die RECOM-Schwesterfirma PCS über umfangreiche Erfahrung mit kundenspezifischen Designs, die den Anforderungen der EN51055 entsprechen. Das PCS-Portfolio umfasst auch rackmontierte AC/DC- und DC/DC-Wandler für Schienenfahrzeuge und streckenseitige Anwendungen, von geringer Leistung bis zu 18 kW mit DC--, einphasigen oder dreiphasigen AC-Eingängen. Die Batterieladegerätefamilien sind als modulare Konzepte konzipiert. In der 1,5kW-, 5kW- oder 18kW-Klasse sind alle Geräte kaskadierbar und können parallel betrieben werden, um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Wandler zu erhöhen. Sie sind ideale Lösungen für redundante n+1 Stromversorgungseinheiten und für sicherheitsrelevante und zuverlässige Anwendungen in Schienenfahrzeugen. Die Batterieladegeräte verfügen über einen hervorragenden Wirkungsgrad und Funktionsmerkmale wie temperaturgeregelte Ausgangsspannungen und analoge oder digitale Schnittstellen.

Weitere Informationen und eine praktische FAQ mit hilfreichen Tipps finden Sie auf der RMD500-EW Produktseite.