Hier die wichtigsten Merkmale:
1. Hohe Leistung und hoher Stromausgang
Enorme Leistung: Bezieht sich typischerweise auf eine Gleichstromausgangsleistung im Bereich von Hunderten von Kilowatt bis zu mehreren Megawatt (MW), wobei der Ausgangsstrom Tausende bis Zehntausende von Ampere erreicht und die Spannung im Bereich von Zehnern von Volt bis zu Tausenden von Volt liegt.
Niedrige Spannung, hoher Strom: Dies ist das typischste Merkmal. Viele elektrochemische Prozesse (wie Elektrolyse und Galvanisierung) erfordern enorme Ströme (Tausende bis Zehntausende Ampere) bei relativ niedrigen Gleichspannungen (zehn bis Hunderte von Volt).
2. Hohe Effizienz und Energieeinsparung
Extrem hoher Wirkungsgrad: Moderne Hochleistungs-Gleichrichterschränke verwenden üblicherweise IGBTs als zentrale Schaltelemente und nutzen die fortschrittliche Pulsweitenmodulation (PWM). Der Gesamtwirkungsgrad erreicht typischerweise über 95 %, in manchen Fällen sogar 98–99 %. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen bei Geräten, die über längere Zeiträume im Dauerbetrieb laufen, und senkt die Betriebskosten deutlich.
Hoher Leistungsfaktor: Fortschrittliche Leistungsfaktorkorrekturtechnologien (PFC) können den Eingangsleistungsfaktor auf nahezu 1 bringen (z. B. >0,95), wodurch die Auswirkungen der Blindleistung auf das Stromnetz reduziert, Strafzahlungen seitens des Energiesektors vermieden und die Netzqualität verbessert werden.
3. Extrem hohe Stabilität und Zuverlässigkeit
Hohe Genauigkeit der Strom-/Spannungsstabilisierung: Die Ausgangsstrom- bzw. -spannung wird innerhalb von ±0,5 % oder sogar darunter des Sollwerts stabilisiert. Dies ist entscheidend für die Stabilität des elektrochemischen Reaktionsprozesses und die Produktqualität (z. B. für eine gleichmäßige Schichtdicke und Reinheit der Elektrolytprodukte).
Dauerbetriebsfähigkeit rund um die Uhr: Die Auswahl und die Sicherheitsmargen der wichtigsten Komponenten (wie IGBTs, Gleichrichterdioden und Kühlkörper) sind sehr großzügig bemessen, um den Anforderungen rauer Industrieumgebungen und eines langfristigen, unterbrechungsfreien Betriebs gerecht zu werden.
Mehrere Schutzmechanismen: Verfügt über umfassende Schutzfunktionen, darunter:
Überstromschutz
Überspannungsschutz
Unterspannungsschutz
Übertemperaturschutz (überwacht die Temperatur von Kühler und Transformator)
Phasenausfallschutz
Wasserdruck-/Durchflussschutz (für wassergekühlte Systeme)
Diese Schutzmechanismen greifen blitzschnell (im Mikro- oder Millisekundenbereich), um Geräteschäden durch Fehlfunktionen zu verhindern.
4. Präzise Steuerungs- und Regelungsfähigkeiten
Digitale intelligente Steuerung: Der Kernregler verwendet typischerweise einen DSP (Digital Signal Processor) oder eine SPS, die ein präzises sanftes Anfahren/Anhalten und ein automatisches Umschalten zwischen mehreren Betriebsarten (Konstantstrom, Konstantspannung, Konstantleistung) ermöglicht.
Flexible Kommunikationsschnittstellen: Standardmäßige RS485- und Ethernet-Schnittstellen sind integriert und unterstützen Industrieprotokolle wie Modbus und Profibus. Das System lässt sich problemlos in das DCS- oder SCADA-System der Fabrik integrieren und ermöglicht so Fernüberwachung, Datenerfassung und zentrale Verwaltung.
Automatisierung und Programmierung: Es können mehrere Prozesskurven voreingestellt werden, wobei die Ausgabeparameter je nach Produkt oder Prozessstufe automatisch angepasst werden, um eine Produktionsautomatisierung zu erreichen.
5. Hohe Wärmeableitungskapazität
Aufgrund der enormen Leistung ist die durch interne Verluste entstehende Wärme beträchtlich, weshalb das Wärmeableitungssystem ein wichtiges Konstruktionsmerkmal darstellt.
Wasserkühlung als primäre Methode: Die meisten Hochleistungs-Gleichrichterschränke verwenden eine geschlossene Reinstwasserkühlung oder ein sekundäres Kühlsystem mit Wasser-zu-Wasser- oder Wasser-zu-Luft-Kühlung. Diese Methode bietet eine extrem hohe Wärmeabfuhreffizienz, eine kompakte Bauweise und verhindert wirksam das Eindringen von Staub und korrosiven Gasen in den Schrank.
Luftkühlung: In einigen Anwendungen mit geringerem Leistungsbedarf oder in günstigeren Umgebungen kann eine Zwangsluftkühlung eingesetzt werden, die Luftkanäle müssen jedoch sauber gehalten werden.
6. Konstruktion für raue Industrieumgebungen
Hohe Schutzart: Das Gehäuse verfügt typischerweise über eine Schutzart von IP54 oder höher und bietet somit Schutz vor Staub und Spritzwasser. Es eignet sich für feuchte, staubige Industrieumgebungen in Werkstätten.
Korrosionsbeständiges Design: In Umgebungen mit korrosiven Gasen, wie beispielsweise in der chemischen und metallurgischen Industrie, werden besondere Überlegungen hinsichtlich des Gehäusematerials und der Oberflächenbehandlung angestellt, beispielsweise durch die Verwendung von Edelstahl oder Pulverbeschichtung.
Hohe Störfestigkeit: Leistungselektronische Geräte sind selbst Störquellen und anfällig für Störungen. Das Design zeichnet sich durch hervorragende elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) aus und widersteht Störungen durch Netzschwankungen und andere Feldgeräte, während gleichzeitig die eigene Oberwellenbelastung des Stromnetzes minimiert wird.
7. Modulares und redundantes Design
Modulare Struktur: Viele Hochleistungsgleichrichtersysteme bestehen aus mehreren parallel geschalteten Gleichrichtermodulen. Die Vorteile dieser Bauweise sind:
Wartungsfreundlichkeit: Ein einzelnes defektes Modul kann online ausgetauscht werden, ohne den Betrieb der anderen Module zu beeinträchtigen.
N+1-Redundanz: Es kann ein Backup-Modul konfiguriert werden; wenn ein funktionierendes Modul ausfällt, übernimmt automatisch das Backup-Modul, wodurch die Systemverfügbarkeit und -zuverlässigkeit erheblich verbessert wird.
Flexible Leistungserweiterung: Module können einfach hinzugefügt werden, um die Systemkapazität je nach Produktionsbedarf zu erweitern.
