Netzgeräte: Ihre Fragen, unsere Antworten.

In der Messtechnik werden verschiedene Arten von Netzgeräten verwendet, um elektrische Energie bereitzustellen und elektronische Geräte zu betreiben.

• Linear geregelte Netzgeräte: Diese Netzgeräte erzeugen eine konstante Ausgangsspannung, indem sie eine höhere Eingangsspannung auf das gewünschte Niveau herunterregeln. Sie bieten meist eine gute Ausgangsspannungsstabilität und Rauschunterdrückung, sind aber oft weniger effizient als Schaltnetzgeräte.
• Schaltnetzgeräte: Im Gegensatz zu linearen Netzgeräten verwenden Schaltnetzgeräte einen Schaltkreis, um die Eingangsspannung zu modulieren und die Ausgangsspannung zu erzeugen. Sie sind in der Regel effizienter und können eine breitere Palette von Ausgangsspannungen liefern, sind jedoch möglicherweise anfälliger für Rauschen und haben eine geringere Ausgangsstabilität.
• Programmierbare Netzteile: Diese Netzteile bieten die Möglichkeit, Ausgangsspannung und Ausgangsstrom über eine Steuerungsschnittstelle wie USB, GPIB (General Purpose Interface Bus) oder LAN ferngesteuert zu programmieren. Sie sind sehr flexibel und ermöglichen eine präzise Steuerung für spezifische Messanwendungen.
• Gleichspannungsquellen: Sie liefern eine konstante Gleichspannung, die für viele Messungen in der Elektronik benötigt wird.
• Wechselspannungsquellen: Diese Netzteile erzeugen eine variable Wechselspannung und werden für spezifische Prüfungen und Messungen verwendet, bei denen Wechselstrom benötigt wird. 
• Batterieladegeräte: In der Messtechnik können auch Ladegeräte für Batterien eingesetzt werden, um eine konstante oder spezifische Ladekurve für Batterietests bereitzustellen.
• Multikanal-Netzgeräte: Diese Geräte verfügen über mehrere unabhängige Kanäle mit verschiedenen Ausgangsspannungen und Ausgangsströmen, um unterschiedliche Anforderungen an die Versorgung mehrerer Geräte zu erfüllen.

Die Ausgangsleistung eines Netzgeräts beschreibt die maximale elektrische Leistung, die das Netzgerät an die angeschlossene Last liefern kann. Sie ist das Produkt aus der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom und wird in der Regel in Watt (W) gemessen.

Die Formel für die Berechnung der Ausgangsleistung lautet: Ausgangsleistung = Ausgangsspannung × Ausgangsstrom

Beispiel: Ein Netzgerät liefert eine Ausgangsspannung von 12 Volt und einen maximalen Ausgangsstrom von 5 Ampere. Dann ist die Ausgangsleistung = 12 V × 5 A = 60 W. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung des Netzgeräts ausreicht, um die erforderliche Leistung für die angeschlossene Last bereitzustellen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Die Ausgangsleistung jedes unserer Labornetzteile liegt zwischen ca. 25 W und 15 kW. Bei einigen Herstellern können mehrere Geräte parallelgeschaltet werden. Das bedeutet, dass diese Netzgeräte eine Ausgangsleistung von bis zu 150 kW liefern können. Zum Vergleich: Ein Einfamilienhaus kann jeden Winter ca. 5 kW Heizleistung liefern.

Labornetzgeräte und herkömmliche Netzteile unterscheiden sich in mehreren Aspekten. Labornetzgeräte bieten vor allem eine größere Funktionalität, Genauigkeit und Steuerbarkeit für anspruchsvolle Anwendungen und sind oft speziell auf die Bedürfnisse von Forschung und Entwicklung zugeschnitten. Herkömmliche Netzteile sind eher für allgemeine Stromversorgungsanforderungen und den alltäglichen Gebrauch konzipiert. Die wichtigsten Unterschiede im Einzelnen:

• Labornetzgeräte sind in der Regel präziser und bieten eine höhere Genauigkeit bei der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom im Vergleich zu herkömmlichen Netzteilen. Dies ermöglicht eine genauere Steuerung und Messung elektrischer Parameter für wissenschaftliche, industrielle oder Forschungszwecke.
• Labornetzgeräte sind oft einstellbar und programmierbar. Sie ermöglichen die Feineinstellung von Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und anderen Parametern über Drehknöpfe, Tasten oder sogar über digitale Schnittstellen wie USB, GPIB oder LAN. Diese Funktionen bieten größere Flexibilität und Präzision bei der Einstellung und Steuerung der Ausgangsparameter im Vergleich zu herkömmlichen Netzteilen.
• Labornetzgeräte bieten meist eine höhere Ausgangsspannungsstabilität und eine bessere Rauschunterdrückung im Vergleich zu herkömmlichen Netzteilen. Diese Stabilität ist wichtig für präzise Messungen und Anwendungen, die eine konstante und stabile Stromversorgung erfordern.
• Einige Labornetzgeräte verfügen über mehrere unabhängige Ausgangskanäle, die es ermöglichen, verschiedene Ausgangsspannungen und Ausgangsströme gleichzeitig zu liefern. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen, die mehrere Spannungsquellen erfordern.
• Labornetzgeräte bieten Schutzfunktionen wie Überstromschutz, Überspannungsschutz und Kurzschlussschutz. Darüber hinaus können sie Parameter wie Ausgangsleistung, Spannung, Strom und andere wichtige Messwerte überwachen und anzeigen.

Weitere Typen von Netzgeräten sind:

19-Zoll-Netzgeräte

Diese spezielle Kategorie von Netzgeräten ist darauf ausgelegt, in sogenannten 19-Zoll-Racks untergebracht zu werden. Diese Racks kommen in verschiedenen Branchen und Anwendungen für die Montage von elektronischen Geräten, Servern, Audio- und Videoausrüstung sowie anderen Komponenten zum Einsatz. Die Standardisierung bezieht sich auf die Breite des Gehäuses, das in einem Rack montiert wird. Ein typisches 19-Zoll-Rack kann verschiedene Geräte aufnehmen, die in dieser genormten Breite und Höhe montiert werden können, um eine kompakte und strukturierte Anordnung von Ausrüstung zu ermöglichen. 19-Zoll-Netzgeräte werden speziell hergestellt, um in solche Racks zu passen. Sie können verschiedene Arten von Stromversorgungseinheiten wie Netzgeräte, Spannungswandler, Stromversorgungen mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen oder spezielle Stromversorgungen für spezifische Anwendungen umfassen. Diese Art von Netzgeräten wird häufig in professionellen Umgebungen, Rechenzentren, Labors und in der Industrie eingesetzt, wo eine strukturierte und standardisierte Montage von elektronischen Geräten erforderlich ist. Der 19-Zoll-Standard erleichtert die Installation, Wartung und den Austausch von Komponenten, da sie einfach in die dafür vorgesehenen Racks eingebaut werden können. 

Modulare Netzgeräte

Ein modulares Netzgerät besteht aus verschiedenen modularen Bausteinen wie Eingangsmodulen, Ausgangsmodulen, Steuerungsmodulen, Kommunikationsmodulen etc. Diese Module können separat ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt werden, um die Spezifikationen des Netzgeräts zu ändern oder zu erweitern. Durch die Möglichkeit, Bausteine zu kombinieren oder auszutauschen, können modulare Netzgeräte an wechselnde Anforderungen und an eine breite Palette von Spannungs- und Stromanforderungen angepasst werden – beispielsweise, indem man Module mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen oder -strömen verwendet. Im Falle eines Defekts oder einer Wartung können Module leicht ausgetauscht werden, ohne das gesamte Netzgerät ersetzen zu müssen. Modulare Netzgeräte bieten zudem oft eine höhere Zuverlässigkeit, da Ausfälle einzelner Module die Funktionsfähigkeit des gesamten Netzgeräts nicht unbedingt beeinträchtigen. Außerdem können sie eine verbesserte Energieeffizienz bieten, da Module je nach Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden können. Je nach Anforderung können modulare Netzgeräte verschiedene Konfigurationen annehmen, indem Module kombiniert werden, um Funktionen wie erhöhte Ausgangsleistung, mehrere Ausgangsspannungen oder spezielle Steuerungs- und Überwachungsfunktionen zu erfüllen. Modulare Netzgeräte kommen beispielsweise in Industrie, Telekommunikation, Laboratorien und Testumgebungen zum Einsatz sowie in Anwendungen, in denen flexible und anpassbare Stromversorgungslösungen benötigt werden. 

Einbaunetzgeräte

Sie sind speziell dafür konzipiert, in andere Geräte, Systeme oder Strukturen eingebaut zu werden. Sie haben oft die Form eines Gehäuses oder eines verpackten Moduls und können in eine vormontierte Leiterplatte eingeschweißt werden, die in die Schaltung eingesetzt werden kann. Bei Einbaunetzgeräten weisen einige Netzteil eine begrenzte Varianz der Ausgangsspannung auf, beispielsweise: B. 11 V bis 16 V. Der Leistungsbereich beträgt bis zu 5.000 W. Diese Geräte sind sehr kompakt, um Platz zu sparen.

DIN-Schienen-Netzteile

Diese Netzgeräte wurden speziell für die Montage auf DIN-Schienen entwickelt. DIN-Schienen sind genormte Metallschienen, die unter anderem in elektrischen Schaltschränken verwendet werden, um elektronische Komponenten, einschließlich Netzteile, zu montieren. Diese Netzteile sind in kompakten, modularen Gehäusen untergebracht und kommen häufig in industriellen Anwendungen, Steuerungssystemen, Automatisierungslösungen und anderen Bereichen zum Einsatz, in denen eine zuverlässige Stromversorgung erforderlich ist. Viele DIN-Schienen-Netzteile sind für einen breiten Bereich von Eingangsspannungen ausgelegt, um sich an verschiedene elektrische Systeme anzupassen. Sie sind in mehreren Leistungsklassen erhältlich, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Einige DIN-Schienen-Netzteile verfügen über Überwachungs- und Schutzfunktionen wie Überlastschutz, Kurzschlussschutz und Überspannungsschutz.

Netzgeräte können in Reihe geschaltet werden, folgendes sollten Sie dabei beachten:

Spannungskompatibilität

Wenn Sie Netzgeräte in Reihe schalten, addieren sich die Ausgangsspannungen der einzelnen Geräte. Stellen Sie sicher, dass die Gesamtspannung innerhalb der Grenzen der angeschlossenen Last liegt und die zulässigen Betriebsspannungen nicht überschreitet.

Strombelastung

Der Gesamtstrom, der durch die in Reihe geschalteten Netzgeräte fließt, bleibt konstant. Überprüfen Sie die Spezifikationen, um sicherzustellen, dass die Strombelastung jedes einzelnen Netzteils sowie die Gesamtstrombelastung die zulässigen Grenzen nicht überschreitet. Kompatibilität und Stabilität: Nicht alle Netzgeräte sind für den Betrieb in Reihe geschaltet geeignet. Einige Geräte können aufgrund von Unterschieden in der Regelung oder Stabilität der Ausgangsspannung nicht ordnungsgemäß funktionieren, wenn sie in Reihe geschaltet werden.

Sicherheit

Überprüfen Sie die Sicherheitsstandards und Vorschriften, um zu gewährleisten, dass das Schalten von Netzgeräten in Reihe keine Sicherheitsrisiken birgt, wie beispielsweise das Überschreiten von Spannungsgrenzen oder das Auftreten von Störungen, die die Geräte beschädigen könnten.

Beachten Sie in jedem Fall die Anweisungen und Spezifikationen der Netzgerätehersteller, und lassen Sie sich bei Unsicherheiten von Ihren dataTec Experten beraten.

Netzgeräte können parallel geschaltet werden, um einen höheren Gesamtstrom zu liefern. Dabei ist folgendes zu beachten:

• Spannungsgleichheit: Die Ausgangsspannungen der parallel geschalteten Netzgeräte müssen exakt gleich sein, damit sie erfolgreich parallel betrieben werden können. Selbst kleine Unterschiede können zu unerwünschtem Stromfluss zwischen den Netzteilen führen, was Schäden verursachen kann.
• Stromverteilung: Sorgen Sie dafür, dass die Stromverteilung gleichmäßig zwischen den parallelen Netzgeräten erfolgt. Ungleichmäßige Lastverteilung kann zu Überlastung einzelner Netzteile führen.
• Strombegrenzung und Schutz: Die Netzgeräte müssen über Schutzmechanismen verfügen, um eine Überlastung zu verhindern. Strombegrenzungsfunktionen in den Geräten sind wichtig, um im Falle einer Fehlfunktion oder Überlastung den Strom auf sichere Werte zu begrenzen.
• Synchronisation: Es ist entscheidend, dass die parallel geschalteten Netzgeräte synchronisiert sind, um unerwünschte Phänomene wie Phasenverschiebungen oder Interferenzen zu vermeiden, die zu Instabilitäten oder Schäden führen könnten.

Netzgeräte bieten je nach Art und Modell unterschiedliche Möglichkeiten der Programmierung.

• Frontpanel-Steuerung: Viele Netzgeräte verfügen über Bedienfelder mit Tasten, Drehreglern und Anzeigen, über die Sie Parameter wie Spannung, Stromstärke und andere gewünschte Werte manuell direkt am Gerät einstellen können.
• Software: Moderne Netzgeräte verfügen häufig über eine Software, die es Ihnen ermöglicht, sie über einen Computer zu programmieren. Diese Software kann über eine Schnittstelle wie USB, Ethernet oder GPIB (General Purpose Interface Bus) mit dem Netzgerät verbunden werden. Auf diese Weise können Sie digital Einstellungen vornehmen, Parameter überwachen und automatisierte Tests durchführen.
• Programmierbare Schnittstellen: Viele Netzgeräte bieten programmierbare Schnittstellen wie GPIB, USB, LAN (Ethernet), RS-232 oder andere Protokolle. Über Programmiersprachen wie SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments), LabVIEW und Python können Sie Befehle an das Netzgerät senden. Auf diese Weise können Sie Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, Schutzfunktionen und andere Parameter konfigurieren und steuern.
• Remote-Steuerung über das Netzwerk: Einige Netzgeräte verfügen über Funktionen zur Remote-Steuerung über ein Netzwerk, wie z. B. Ethernet. Diese Geräte können Sie über eine spezielle IP-Adresse erreichen und über das Netzwerk steuern, ähnlich wie bei der PC-Software, jedoch über die Netzwerkschnittstelle.

Labornetzgeräte bieten eine Vielzahl von Schnittstellenoptionen, die es ermöglichen, sie zu steuern, zu programmieren und mit anderen Geräten oder Systemen zu verbinden – darunter: 

• USB: USB-Schnittstellen ermöglichen die direkte Verbindung zu einem Computer und die Steuerung des Netzgeräts über eine spezielle Software oder programmierbare Befehle.
• Ethernet / LAN: Labornetzgeräte können über Ethernet- oder LAN-Schnittstellen in ein lokales Netzwerk eingebunden werden. Dies ermöglicht die Fernsteuerung und -überwachung des Geräts über das Netzwerk.
• GPIB (General Purpose Interface Bus): Auch bekannt als IEEE-488, ist GPIB eine ältere, aber dennoch weit verbreitete Schnittstelle für die Steuerung von Labormessgeräten. Sie ermöglicht die Verbindung mehrerer Geräte über denselben Bus.
• RS-232: Diese serielle Schnittstelle wird für die Kommunikation mit anderen Geräten oder Computern verwendet. Obwohl RS-232 eher langsam ist, wird es immer noch in einigen Labornetzgeräten als Steuerungsschnittstelle eingesetzt.
• LAN (Ethernet) mit Webbrowser-Steuerung: Moderne Labornetzgeräte bieten eine eingebaute Webserver-Funktionalität, die es ermöglicht, das Gerät über einen Webbrowser zu steuern. Durch Eingabe der IP-Adresse des Netzgeräts in den Browser kann der Benutzer auf eine Benutzeroberfläche zugreifen, um Einstellungen vorzunehmen und das Netzgerät zu steuern. 
• Wireless-Konnektivität: Mehrere Labornetzgeräte bieten auch drahtlose Konnektivitätsoptionen wie WLAN oder Bluetooth, die die Steuerung und Kommunikation ohne Kabelverbindungen ermöglichen.

Vor dem Kauf eines Netzgeräts sollten Sie sich folgende Fragen beantworten:

• Um welches Einsatzgebiet und welche Anwendung geht es?
• Was wird an Ausgangsspannung, -strom und -leistung benötigt?
• Welche Art von Stromfluss: AC oder DC?
• Welche Bauform erfordern Einsatzgebiet und Anwendung?
• Welche Anzahl Ausgänge / Kanäle wird benötigt?
• Welche Kommunikationsschnittstellen sind erforderlich?

Die primären Stromversorgungsspezifikationen sind die Spannungs- und Stromausgangsparameter. Was die Spannung betrifft, kann das Netzgerät einen festen oder variablen Ausgang haben. Hat es einen festen Ausgang, können Sie den gewünschten Wert mit einer kleinen Einstellung erreichen. Hat die Stromversorgung einen variablen Bereich, muss sichergestellt werden, dass sie den erforderlichen Bereich abdeckt. In Bezug auf den Strom muss das Netzteil in der Lage sein, die erforderliche Stärke zu liefern. Zudem sollte es einen gewissen Spielraum über diese Mindestanforderung hinaus haben. Bei der Berechnung der Anforderungen an die Stromversorgungsspezifikation muss der so genannte Einschaltstrom berücksichtigt werden. Beim Einschalten eines Geräts wird zunächst ein großer Stromstoß zum Aufladen von Kondensatoren gezogen. Dieser Einschaltstrom kann ein Vielfaches des normalen Betriebsstroms betragen.

Die "Netzregelung" (auch als "Netzspannungsregelung" oder "Netzspannungstoleranz" bezeichnet) ist ein Parameter in den Spezifikationen von Stromversorgungen, der die Fähigkeit einer Stromversorgungseinheit beschreibt, eine stabile Ausgangsspannung zu liefern, unabhängig von Schwankungen oder Variationen in der Eingangsnetzspannung. Die Netzregelung gibt an, wie viel die Ausgangsspannung der Stromversorgung sich ändert, wenn sich die Eingangsnetzspannung ändert. Die Spezifikation der Netzregelung wird normalerweise in Millivolt für eine bestimmte Eingangsvariation angegeben. Sie kann auch als Prozentsatz der Ausgangsspannung beziffert werden. Sie sollte bei den meisten Netzteilen einige Millivolt (z. B. 5 mV) oder etwa 0,01 % der maximalen Ausgangsspannung für eine Änderung der Netzspannung innerhalb des Betriebsbereichs betragen. 

Eine gute Netzregelung ist wichtig, um sicherzustellen, dass die angeschlossenen Geräte oder Schaltungen eine stabile und zuverlässige Versorgung mit der benötigten Spannung erhalten, unabhängig von Schwankungen oder Unregelmäßigkeiten in der Eingangsnetzspannung.

Die Lastregelung ist ein Parameter, der in den Spezifikationen von Netzgeräten oder Stromversorgungen enthalten ist. Sie gibt an, wie viel die Ausgangsspannung der Stromversorgung schwankt, wenn sich die Last, also der angeschlossene Verbraucher, ändert. Leistungsschwankungen werden normalerweise als Millivolt-Schwankungen oder als Prozentsatz der maximalen Ausgangsspannung ausgedrückt. Bei einer allmählichen Laständerung von 0 auf 100 % können das einige Millivolt (z. B. 5 mV) oder 0,01 % sein. Sie wird normalerweise als konstante Versorgungsspannung und konstante Temperatur angegeben. Die Spannung auf der Leitung von der Stromversorgung zur Last kann ebenfalls abfallen. Dies kann durch die Verwendung dickerer Drähte mit geringerem Widerstand verringert werden.

Bei der Fernabfrage wird das Netzgerät an die Last angeschlossen, es werden jedoch zusätzliche Drähte verwendet, um die Spannung an der Last zu messen. Diese Drähte führen fast keinen Strom. Sie sind viel dünner und es gibt fast keinen Spannungsabfall entlang der Drähte. Sie erfassen die Spannung an der Last und geben diese Informationen an das Netzgerät zurück, so dass der Spannungsregler-Kreis die Spannung an der Last anstelle des Ausgangs des Netzteils regelt. Diese Funktion wertet ein Netzgerät auf.