Warum erfordern bestimmte Prüfungen extrem hohe Ströme?
Passende FaithTech-Ressourcen: FTG high-current programmable DC power source und programmierbare DC-Stromversorgungen.
In fortgeschrittenen Ingenieurbereichen stellen einige Prüfanwendungen Anforderungen, die weit über konventionelle Standards hinausgehen – kontinuierliche Ausgangsströme im Bereich von zehntausenden Ampere. Branchenforschung weist darauf hin, dass für die Erregung supraleitender Magnete, die Validierung großtechnischer elektrochemischer Prozesse sowie die Zuverlässigkeitsprüfung von Antriebssystemen für Fahrzeuge mit erneuerbaren Energien „herkömmliche Stromversorgungssysteme grundsätzlich nicht in der Lage sind, diese Prüfaufgaben zu bewältigen.“ Der Kerngrund hierfür lautet: Wenn der geforderte Strom innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters nicht aufgebaut werden kann, ist die Prüfbedingung selbst nicht erfüllt – und nicht nur die Effizienz reduziert.
Diese Erkenntnis verdeutlicht die grundlegende Herausforderung bei Hochstromprüfungen: Die obere Grenze der Anforderung wird nicht durch Standardparameter, sondern durch den physikalischen Mechanismus des zu prüfenden Geräts bestimmt. Bei der Magnetfeldprüfung supraleitender Spulen lässt sich ein wirksamer supraleitender Zustand nur dann herstellen, wenn der Erregerstrom innerhalb der vorgegebenen Zeit von null auf den Zielwert erhöht wird. Ebenso bestimmt die Stromdichte von Wasserstoff-Elektrolysesystemen unmittelbar die Gültigkeit der experimentellen Daten. Solche Anwendungen erfordern Leistungsfähigkeiten, die über die Grenzen einzelner Geräte hinausgehen, und setzen systemweite Lösungen zur Stromerhöhung voraus.
Branchenperspektive: Die eigentliche Herausforderung bei Hochstromsystemen besteht nicht einfach darin, die Zahlen zu skalieren, sondern darin, eine Systemlösung bereitzustellen, die unter realen Betriebsbedingungen stabil, steuerbar und sicher ist.
Typische Hochstrom-Prüfanwendungen
Folgende Anwendungen weisen gemeinsame Merkmale auf: Niederspannung, hoher Strom und langfristig stabile Ausgangsleistung – sie bilden den Kernmarkt für Hochstrom-Stromversorgungssysteme.
- Prüfung von Wasserstoff-Elektrolyseursystemen: Elektrolyseure benötigen einen stabilen Hochstrom, um die kontinuierliche Elektrolyse aufrechtzuerhalten; die Stromgenauigkeit wirkt sich unmittelbar auf die Effizienz und Sicherheit der Wasserstoffproduktion aus.
- Prüfung von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC): Zur Validierung der Stack-Leistung ist die Simulation breiter Lastschwankungen erforderlich, was eine besonders strenge dynamische Stromantwort erfordert.
- Prüfung der Zuverlässigkeit von Antriebssystemen für neue Energiefahrzeuge und der Automobil-Elektronik: Hochstrom-Dauertests von Motoransteuerungen und Wechselrichtern unter Spitzenlastbedingungen.
- Validierung der Leistung supraleitender Geräte: Die magnetische Felderregung einer supraleitenden Spule erfordert einen Stromanstieg innerhalb einer vorgegebenen Zeit mit strengen Anforderungen an die Anstiegsrate und Stabilität.
- Industrielle Galvanik, Metallschmelzen, Prüfung spezieller Prozessleistungen: Langzeit-Simulation hochstromintensiver Prozesse mit anspruchsvoller kontinuierlicher Volllastfähigkeit.
- Simulation von Schienenverkehr- und Industriestromversorgungssystemen: Für die Simulation der Hauptstromkreislast ist eine hochpräzise und hochstabile Hochstromausgabe erforderlich.
- Steckverbinder-, Sicherungs- und Stecker-Temperaturanstiegstest: Gemäß den IEC/ISO-Normen zur Validierung des Temperaturanstiegs bei Stromdurchgang mit klaren Anforderungen an die Stromgenauigkeit und Zeitsteuerung.
Ingenieurtechnische Herausforderungen hochstromfähiger Systeme
Hochstromsysteme sind nicht einfach die Überlagerung mehrerer Standard-Stromversorgungen; sie bergen eine Reihe systemtechnischer Herausforderungen. Die Praxis in der Industrie zeigt, dass die folgenden fünf Dimensionen entscheidend dafür sind, ob ein System zuverlässig eingesetzt werden kann:
| Herausforderungsdimension | Konkrete Problematik | Entsprechendes Design der FTG-Serie |
|---|---|---|
| Spannungsabfallsteuerung an der Sammelschiene | Bei niedriger Spannung und hohem Strom ist der Spannungsabfall aufgrund des Widerstands der Sammelschiene nicht vernachlässigbar und beeinflusst die Genauigkeit der Ausgangsspannung. | 16-Bit-Hochauflösungs-A/D-Wandlung; Spannungsmessgenauigkeit von 0,05 % des Endwertes (F.S.); Schnittstelle für externe Spannungserfassung zur Fernmessung zur externen Kompensation. |
| Parallele Stromteilung | Bei paralleler Verbindung mehrerer Geräte kann eine ungleichmäßige Ausgangsstromverteilung zu Überlastung oder Unterlastung einzelner Geräte führen. | Automatische Stromteilung im Master-Slave-Parallelbetrieb: Die Slave-Geräte folgen automatisch dem Master-Gerät; jeder Slave teilt den Strom unabhängig auf, die Gesamtstromstärke wird am Master-Gerät angezeigt. |
| Induktive Lasttransienten | Bei Verzögerung oder sprungförmigen Änderungen erzeugen induktive Lasten Rückenergie, die zu Überspannungsschäden führen kann. | CV/CC-Vorrang-Ausgangsmodus zur Unterdrückung von Überschwingern; optionaler Energiespeicher zur Aufnahme der rückwärts gerichteten induktiven Energie. |
| Langzeitstabilität | Langdauernde Prozesse erfordern über viele Stunden oder länger eine kontinuierliche Volllastleistung. | Der Modus konstanter Leistungsabgabe hält die eingestellte Leistung aufrecht; die Sequenzfunktion unterstützt die Programmierung komplexer, langdauernder Wellenformen. |
| Schutz vor异常en Betriebszuständen | In einem Mehrgeräte-Parallelsystem muss jede异常e Einheit schnell isoliert werden, ohne die Gesamtleistung zu beeinträchtigen. | Mehrfacher Schutz: Überspannungsschutz (OVP), Überstromschutz (OCP), Leistungsüberschreitungsschutz (OPP), Unterspannungsschutz (UCP), Unterspannungsschutz (UVP), Übertemperaturschutz (OTP) sowie Umkehrschutz; Schnellstopp-Steuereingangsschnittstelle. |
Der Kern der oben genannten Herausforderungen besteht darin, dass die Skalierung der derzeitigen Spezifikationen lediglich der Ausgangspunkt ist; die Steuerbarkeit, Konsistenz und Sicherheit während der Systembereitstellung stellen die eigentlichen, vom Kunden geforderten Leistungsfähigkeiten dar.
FTG-Serie hochleistungsfähige programmierbare Gleichstrom-Stromversorgung: Systemorientierte Hochstrom-Lösung
Die hochleistungsfähige, programmierbare Gleichstrom-Stromversorgung der FaithTech-FTG-Serie ist für Anwendungen konzipiert, die eine breite Spannungsabdeckung, hohe Stromausgabe und flexible Systemerweiterung erfordern. Dank ihrer breitbandigen Parameterspezifikationen und der integrierten Master-Slave-Parallelfunktion kann die FTG-Serie vielfältige Prüfanforderungen – von mittlerer Leistung bis hin zu Systemen mit extrem hohem Strom – sowohl in Einzelgeräte- als auch in mehrgerätebasierten Kombinationskonfigurationen erfüllen.
Kernspezifikationen der FTG-Serie
| Parameter | Spezifikationsbereich |
|---|---|
| Ausgangsspannung | 0 – 1500 V |
| Maximale Stromstärke pro Einheit | 0 – 20.000 A |
| Ausgangsleistung | 4 – 600 kW |
| Anzahl paralleler Einheiten | Bis zu 10 Einheiten im Master-Slave-Parallelbetrieb |
| Systemmaximalstrom (10 Einheiten) | Bis zu 200.000 A (je nach Modellkonfiguration) |
| A/D-Auflösung | 16-Bit-Hochauflösung |
| Genauigkeit der Spannungsmessung | 0,05 % v. E. |
| Genauigkeit der Strommessung | 0,1 % + 0,1 % v. E. |
| Kommunikationsschnittstelle | Multischnittstelle mit Unterstützung für die Protokolle SCPI und Modbus |
Parallele Stromerweiterung: Technischer Weg von 20.000 A bis 200.000 A
Die FTG-Serie verfügt über eine integrierte Master-Slave-Parallelfunktion, die den Parallelbetrieb von bis zu 10 Stromversorgungen desselben Modells unterstützt. Das Funktionsprinzip des Parallelbetriebs ist wie folgt:
- Zentrale Hauptsteuerung: Die Master-Einheit legt die Sollwerte für Spannung, Strom und Leistung fest; Slaves folgen automatisch ohne separate Konfiguration.
- Automatisches Stromteilen: Jede Slave-Einheit führt die Stromverteilung unabhängig durch und passt sich automatisch an, um eine gleichmäßige Ausgangsleistung aller Einheiten sicherzustellen und eine Überlastung einzelner Einheiten zu verhindern.
- Synchronisation der Ausgangs-Wellenform: Die Kaskadierfunktion stellt sicher, dass die Ausgangs-Rampenkurven oder Sequenz-Wellenformen bei mehreren parallel betriebenen Geräten konsistent bleiben und somit die Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit von Wellenformen bei präzisen Prozessen erfüllen.
- Einheitliche digitale Anzeige: Die Frontplatte der Master-Einheit zeigt die gesamte Systemspannung, den gesamten Strom und die gesamte Leistung in Echtzeit an – ohne externe Summierung.
Stromversorgungskapazität des Systems im Parallelbetrieb
Am Beispiel des Modells mit der höchsten Stromstärke zeigt die folgende Tabelle die Systemausgangsleistung der FTG-Serie nach paralleler Erweiterung:
| Anzahl paralleler Einheiten | System-Maximalstrom (Beispiel) | Typisches Anwendungsszenario |
|---|---|---|
| 1 Einheit (einzeln) | 20.000 A | Elektrolyseprozesse im mittleren Maßstab, Hochstrom-Prüfungen für Automobilelektronik |
| 2 Einheiten parallel | 40.000 A | Prüfung großer SOFC-Stapel, Validierung des Temperaturanstiegs bei Steckverbindern in Chargen |
| 3 Einheiten parallel | 60.000 A | Erregung des Magnetfelds einer supraleitenden Spule, Hauptstromkreis für industrielle Galvanik |
| 5 Einheiten parallel | 100.000 A | Prüfung von großskaligen Wasserstoff-Elektrolyseursystemen, Simulation des Hauptstromkreises im Schienenverkehr |
| 10 Einheiten parallel | 200.000 A | Validierung ultra-großer supraleitender Anlagen, Stromversorgung für spezielle metallurgische Verfahren |
Beispielsweise erreicht die Gesamtsystemausgangsstromstärke bei drei parallel geschalteten Stromversorgungen der FTG-Serie (je 20.000 A) 60.000 A und deckt damit vollständig Prüfbedingungen ab, die kontinuierliche Ströme über 50.000 A erfordern (z. B. die Erregung magnetischer Felder in supraleitenden Systemen), wobei gleichzeitig eine gleichmäßige Stromaufteilung und eine stabile Systemausgabe innerhalb der Master-Slave-Architektur gewährleistet sind.
Es ist zu beachten, dass die tatsächliche Ausgangsleistung eines Parallelbetriebssystems von den Spannungs-/Stromspezifikationen der ausgewählten Modelle, dem Querschnitt der Sammelschiene sowie den Anschlussmethoden abhängt. Vor der Systeminbetriebnahme wird empfohlen, das technische Team von FaithTech bezüglich der Kompensation des Spannungsabfalls an der Sammelschiene zu konsultieren, um sicherzustellen, dass die Genauigkeitsspezifikationen den Prüfstandards auf Systemebene entsprechen.
Umfangreicher Funktionsumfang der FTG-Serie
Neben der parallelen Stromerweiterung integriert die FTG-Serie einen kompletten Satz funktionaler Module für industrielle Prüf- und Forschungsanwendungen und bietet damit eine Prüfflexibilität, die über die Erwartungen hinausgeht, die an Produkte mit vergleichbaren Stromnennwerten gestellt werden:
Präzisionsmessung und -überwachung
Integrierter 16-Bit-Hochauflösungs-A/D-Wandler; Genauigkeit der Spannungsmessung: 0,05 % des Messbereichsendes (F.S.), Genauigkeit der Strommessung: 0,1 % + 0,1 % des Messbereichsendes (F.S.). Die Frontplatte zeigt Spannung, Strom und Leistung gleichzeitig an. Analoge Überwachungsausgänge für Spannung und Strom ermöglichen es dem Anwender, die aktuellen Ausgangs-Wellenformen mithilfe eines Oszilloskops in Echtzeit zu beobachten – ideal für die Analyse der dynamischen Antwort sowie für die Prozessdokumentation.
Betriebsart mit konstanter Leistungsabgabe
Benutzer können eine gewünschte Ausgangsleistung sowie Spannungs- und Stromgrenzwerte festlegen; das Netzteil koordiniert automatisch die Regelung von Ausgangsspannung und -strom, um die Ausgangsleistung auf dem eingestellten Wert zu halten. Die einstellbare Reaktionsgeschwindigkeit ermöglicht den Betrieb mit Lasten unterschiedlicher Anstiegsraten und eignet sich insbesondere für die strengen Anforderungen an die Leistungsstabilität elektrochemischer Prozesse.
Sequenzausgabefunktion
Unterstützt die Programmierung komplexer Spannungs-/Strom-Wellenformen: bietet 10 Sequenzdateien mit jeweils bis zu 100 Schritten, unterstützt Schleifen und verkettete Aufrufe und ermöglicht dadurch beliebige benutzerdefinierte Wellenformen wie Halbsinus-, Trapez- oder Stufenwellenformen usw., um die Anforderungen an die Wellenformwiederholgenauigkeit gemäß standardisierter Prüfprotokolle zu erfüllen.
CV/CC-Prioritätsausgang
Um Spannungs- oder Stromüberschwingungen zu kompensieren, die bei inductiven oder kapazitiven Lasten beim Einschalten auftreten, bietet die FTG-Serie Betriebsmodi mit CV-Vorrang (schnelle Spannungseinregelung, Unterdrückung von Stromüberschwingungen) und CC-Vorrang (schnelle Stromeinregelung, Unterdrückung von Spannungsüberschwingungen). Dadurch wird das zu prüfende Gerät wirksam geschützt und es werden Schutzauslösungen oder Schäden durch transiente Überschwingungen vermieden.
Simulation des internen Widerstands einer Batterie
Die Stromversorgung senkt automatisch die Ausgangsspannung, wenn der Ausgangsstrom steigt – basierend auf einem voreingestellten internen Widerstandswert – und simuliert damit präzise die internen Widerstandseigenschaften einer realen Batterie. Dies eignet sich für Tests von Batteriemanagementsystemen (BMS), für die Simulation des Lade- und Entladevorgangs von Batteriepacks sowie für andere Anwendungen.
PV-Anlagensimulation
Standardmäßig ausgestattet mit der Faith-Power-Demonstrationsplattform zur Unterstützung grundlegender PV-Simulationen für die Prüfung von Photovoltaik-Wechselrichtern; optional erhältliche Faith-Solar-PV-Matrix-Simulationssoftware unterstützt fünf gängige Prüfnormen, darunter EN 50530 und Sandia. Sie ermöglicht die Simulation von Parameteränderungen bei in Serie oder parallel geschalteten Modulen sowie von Bewölkungs- und Verschattungsbedingungen und erfüllt damit sämtliche Anforderungen an statische und dynamische MPPT-Leistungsprüfungen.
Schutz vor induktiver Lastbremsung (optional)
Während des Bremsvorgangs speisen Motoren und andere induktive Lasten Energie in die Stromversorgung zurück, was zu einer Überspannung am Zwischenkreis führen kann. Die FTG-Serie bietet optional einen parallel geschalteten Energiespeicher, der bei Prüfvorgängen rückwärts fließende Energie ableitet und so eine Überspannungsschädigung verhindert, während gleichzeitig der Bremsweg verkürzt und die dynamische Systemleistung verbessert wird. Die Leistung des Energiespeichers sollte mindestens 20 % der Leistung der Stromversorgung betragen; zur Leistungserweiterung können mehrere Energiespeicher parallel geschaltet werden.
Kommunikation über mehrere Schnittstellen und Protokolle
Standardmäßig mit mehreren Kommunikationsschnittstellen, die sowohl das SCPI- als auch das Modbus-Protokoll unterstützen; lässt sich flexibel in automatisierte Prüfsysteme (ATS) integrieren. Benutzer konfigurieren die Schnittstellenparameter über das Menü, ohne dass eine zusätzliche Hardware-Anpassung erforderlich ist – dies reduziert die Systemintegrationskosten erheblich.
PC-basierte grafische Software
Umfasst PC-Software für virtuelle Instrumente zur Echtzeit-Erfassung von Prüfdaten, Erstellung von Kennlinien, Datenausgabe und Druck von Prüfberichten und unterstützt damit die Anforderungen an das Datenmanagement in Labors und technischen Einsatzorten.
Vergleich mit branchenüblichen Lösungen: Unterschiede hinsichtlich Flexibilität und Offenheit
Aktuelle Hochstrom-Systemlösungen auf dem Markt werden üblicherweise als vorkonfigurierte Racks ausgeliefert, was es für Anwender erschwert, die Stromspezifikationen nachträglich zu erweitern oder Szenarien für den Einsatz anhand der vorhandenen Hardware anzupassen. Die FTG-Serie verfolgt eine andere Konstruktionsphilosophie:
- Kombination nach Bedarf: Die Benutzer können je nach aktuellen Testanforderungen entweder eine Einzelgeräte- oder eine Mehrgeräte-Parallelkonfiguration wählen. Falls in Zukunft eine Erweiterung erforderlich ist, genügt es, weitere Stromversorgungsgeräte desselben Modells hinzuzufügen und an den Master-Slave-Parallelbus anzuschließen – ein Austausch des gesamten Systems ist nicht erforderlich.
- Erweiterter Spannungsbereich: Die FTG-Serie umfasst 0–1500 V und bietet dadurch eine größere Einsatzbreite bei Anwendungen mit mittlerer bis hoher Spannung und hohem Strom (z. B. Prüfung von Wechselrichter- und Antriebssystemen).
- Hohe funktionale Integration: Die Standardplattform integriert die Sequenzausgabe, die PV-Simulation, die Simulation des inneren Batteriewiderstands, die konstante Leistungsregelung sowie weitere Funktionen – wodurch spezielle Einzelgeräte entfallen und die gesamten Laborinvestitionen reduziert werden.
- Standardisierte Protokoll-Schnittstellen: SCPI- und Modbus-Dualprotokollunterstützung, kompatibel mit gängigen ATE-Frameworks und dadurch reduzierter Aufwand für die sekundäre Entwicklung automatisierter Prüfsysteme.
Zusammenfassung
Die Nachfrage nach Hochstrom-Prüfsystemen für zukunftsweisende Anwendungen wie supraleitende Erregung, Wasserstoffelektrolyse und neue Antriebssysteme im Energiebereich ist mittlerweile kein Nischen-Szenario mehr, sondern entwickelt sich zu einer Standardkomponente der industriellen Prüfkapazitäten. Der Kern dieser Nachfrage liegt nicht nur in der Stromhöhe, sondern auch darin, ob das System eine stabile Ausgangsleistung, parallele Stromaufteilung, umfassenden Schutz sowie eine nahtlose Integration in automatisierte Prüfplattformen gewährleisten kann.
Das programmierbare Gleichstrom-Stromversorgungsgerät der FaithTech-FTG-Serie erweitert mithilfe seiner integrierten Master-Slave-Parallelarchitektur nahtlos die Einzelgeräte-Leistungsfähigkeit von 20.000 A auf systemweite 200.000 A und bietet dabei umfassende technische Unterstützung hinsichtlich Messgenauigkeit, Funktionsvielfalt sowie Standardisierung der Kommunikationsschnittstellen.
Für detaillierte technische Spezifikationen der FTG-Serie, Empfehlungen zu Parallelanlagen oder Anfragen zu Produktvorführungen besuchen Sie bitte die offizielle Produktseite von FaithTech oder wenden Sie sich an unser technisches Support-Team.
Referenzen
- FaithTech, „FTG-Serie kombinierte programmierbare Gleichstromversorgung mit hoher Leistung“, Offizielle Produktseite von FaithTech, 2025–2026. https://www.faithtechate.com/products/dc-power-supply/ftg-series-combined-large-power-programmable-dc-power-source