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Als Leistungssteller werden elektronische Geräte bezeichnet, mit welchen man Leistung bzw. Strom oder Spannung variabel stellen kann. Typische Anwendungen sind allgemein dort zu finden, wo elektrische Leistung variiert werden muss, diese aber letztlich in thermische Energie als Heizung umgewandelt wird. Leistungssteller werden in einer Vielzahl von Branchen und Applikationen eingesetzt, wie z.B. Photovoltaik, Industrieofenbau, Druck, Textil, Halbleiter, Glas, Verpackung, Holz, Oberflächenbehandlung, Papier u.v.m.
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Leistungssteller bezeichnen elektrische Geräte, die zur variablen Einstellung von Parametern wie der Spannung dienen. Der variable Bereich liegt zwischen 0 und 100 Prozent. Leistungssteller werden auch als sogenannte „Thyristorsteller“ bezeichnet.
Allgemein finden sie überall dort Anwendung, wo beispielsweise eine elektrische Leistung genau eingestellt und diese meist in thermische Energie umgewandelt wird. Beispiele sind die Kunststoffverarbeitung oder auch der Industrieofenbau. Immer, wenn eine Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers präzise gesteuert werden muss, kommen häufig Leistungssteller zum Einsatz.
Der technische Vorgang, der bei der Steuerung ausgenutzt wird, basiert auf der Verringerung des sogenannten „Effektivwertes“ der Wechselspannung, die durch das Stromnetz zur Verfügung gestellt wird. Der sinusförmige Verlauf der Netzspannung wird mit Leistungsstellern beeinflusst, sodass der Verbraucher immer nur nach dem Nulldurchgang bei einem bestimmten Teil der Schwingung „eingeschaltet“ wird. Dies wäre beispielsweise bei der sogenannten Phasenanschnittsteuerung, ein Steuerungsverfahren für Leistungssteller (s.u.), der Fall.
Durch das teilweise „Einschalten“ werden, die Strom- und die Leistungsaufnahme des Verbrauchers verringert. Leistungssteller können grundsätzlich dreiphasig oder einphasig betrieben werden. Die Ansteuerung erfolgt mit einem oder mehreren Reglern. Diese variieren die sogenannte Einschaltzeit der Spannung aus dem Netz für die angeschlossene Last. Die unterschiedlichen Steuerungsarten werden unten noch aufgegriffen. Je nach Betriebsbedingungen vor Ort können bestimmte Regelstrecken erforderlich werden. Beispielsweise zur Strombegrenzung oder bei Regelstrecken mit schnellem Ansprechverhalten. Dabei können Leistungssteller präzise so eingestellt werden, wie der Prozess im Betrieb oder in der Industrie es erfordert.
Neben der präzisen Einstellungsmöglichkeit der Stromregelung bzw. Strombegrenzung bieten Leistungssteller auch Funktionalitäten zur Überwachung eines Sicherungsausfalls, Drahtbruchs oder Ausfall der Lastspannung und zum Schutz von elektronischen Bauelementen. Vor allem Heizelemente werden in vielen Fällen parallel betrieben. Dabei kommt eine Teillastbruchüberwachung zum Einsatz, die den Bruch eines Heizelementes signalisiert. Bei Stillstand der Anlage kann das betroffene Heizelement gewechselt werden. Die Begrenzung von temperaturempfindlichen Heizelementen können ebenfalls, beispielsweise über einen von der Temperatur abhängigen Widerstand, definiert werden. Dabei fungiert der Leistungssteller als eine Art Temperaturbegrenzer für das Heizelement und schützt somit die Heizung vor einer zu hohen Betriebstemperatur. Das Heizelement verfügt über eine maximal zulässige Temperatur, die über die abgegebene Leistung vom Leistungssteller begrenzt wird.
Anhand dieses Beispiels sieht man, welchen großen Vorteil Leistungssteller in der Industrie und im privaten Gebrauch haben. Bei der Begrenzung und Steuerung von Gleichspannungen können als elektronische Komponente ebenfalls Leistungssteller verwendet werden. Diese unterscheiden sich jedoch in denen für die Steuerung einer Wechselspannung, da beim Betrieb mit Gleichspannung prozessbedingt zusätzliche elektronische Komponenten (z. B. ein Kondensator) zum Einsatz kommen. Diese Leistungssteller werden unter anderem als „Gleichstromsteller“ bezeichnet.
Im Gegensatz zu einem klassischen Gleichrichter oder Wechselrichter erfolgt bei einem solchen Bauelement keine Gleichrichtung des Stroms. Mit den nachfolgenden Steuerungsarten von Leistungsstellern werden die vielfältigen Möglichkeiten dieser elektronischen Baugruppen weiter definiert.
Hier werden die wichtigsten Steuerungsarten wie die Amplitudenregelung, die Pulspaketsteuerung (Impulsgruppenbetrieb) oder der Phasenanschnitt erklärt.
Die Amplitudenregelung bezeichnet ein Verfahren zur Steuerung eines elektronischen Bauteils mittels Steuerung der Amplitude in der Wechselstromtechnik. Dabei wird der sinusförmige Strom aus dem Stromnetz in seiner Amplitude verändert.
Das Verfahren ist ähnlich zur Pulsweitenmodulation, bei dem im klassischen Fall jedoch Rechteckimpulse zum Einsatz kommen. Die Höhe der Amplitude bei der Amplitudenregelung richtet sich dabei nur nach der entnommenen Leistung, sodass die Form der Schwingung nicht verändert wird.
Dabei liegen Strom und Spannung in Phase, das heißt, dass bei der Amplitudensteuerung nur die sogenannte „Wirkleistung“ entnommen wird. Dadurch wird die Stromaufnahme bei der Netzseite verglichen mit der Stromaufnahme beim Verfahren der Phasenanschnittsteuerung deutlich reduziert. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der kontinuierliche Stromfluss zu einem schonenderen Betrieb, beispielsweise der verwendeten Heizelemente und somit zur Verlängerung der Lebensdauer, führt.
Durch dieses Steuerungsverfahren werden beispielsweise bei Heizelementen die Grenzbereiche der Oberflächenbelastung reduziert. Die Amplitudenregelung kann zudem dafür verwendet werden, um den bei Leistungsstellern bekannten Effekt der „Flicker“ (Schwankungen im Stromnetz mit zum Teil visueller Wahrnehmung eines Flackerns von beispielsweise Leuchtmitteln) und Oberwellen zu reduzieren. Die Vorgaben dazu werden in der Norm EN 61000-3-2 und EN 61000-3-3 beschrieben.
Die Pulspaketsteuerung, auch unter dem Begriff „Impulsgruppenbetrieb“ bekannt, gilt als Unterart der Pulsweitenmodulation. Wie auch bei der Pulsweitenmodulation wird bei der Pulspaketsteuerung durch gezieltes Schalten der einzelnen Vollwellen aus dem Netz eine längere Ein- und Aus-Phase vermieden. Dadurch wird jede einzelne Halbwelle angeschnitten.
Diese Art der Steuerung dient zur Leistungsreglung bei elektrischen Verbrauchern. Anwendungen aus der Praxis sind Durchlauferhitzer oder Elektroheizungen.
Im Vergleich zur Phasenanschnittsteuerung wird bei der Pulspaketsteuerung das Signal in den Nulldurchgängen geschaltet. Dies hat zur Folge, dass durch dieses Verfahren Oberschwingungen weitestgehend vermieden werden.
Die Phasenanschnittsteuerung oder auch nur der „Phasenanschnitt“ dient ebenfalls als Steuerung für Leistungssteller bei elektrischen Geräten und Verbrauchern. Voraussetzung ist, dass diese mit einer Wechselspannung betrieben werden.
Beispiele für Verbraucher, die mit dem Phasenanschnitt betrieben werden können, sind Drehmomentregler bei Wechselstrommotoren, Dimmer. Der Stromfluss wird bei diesem Verfahren mit einer Antiparallelschaltung von zwei Thyristoren gesteuert. Diese haben die Aufgabe, die Wechselspannung zu schalten. Zwischen den Nulldurchgängen wird der Verbraucher geschaltet.
Im industriellen Umfeld werden Leistungssteller unter anderem zur Regelung und Steuerung von Härteöfen, Elektroheizungsanlagen. Weitere Einsatzgebiete je nach Art und Modell des Leistungsstellers sind beispielsweise Dimmer, Leistungssteuerungen bei Staubsaugern oder auch bei Bohr- und Waschmaschinen mit stufenloser Drehzahlregelung.
Außerdem finden sich Anwendungen für Leistungssteller überall dort, wo elektrische Leistung geregelt werden muss, auch wenn diese in thermische Energie umgewandelt wird. Die derzeit wichtigste Branche für einen Leistungssteller ist die Photovoltaik und der Industrieofenbau. Aber auch in der Glasindustrie, der Verpackungsbranche, bei der Holz- und Oberflächenbehandlung, der Papierherstellung oder auch bei Halbleitern und im Druck- und Textilbereich kommen sie erfolgreich zum Einsatz.