Kombiniertes Schaltnetzteil mit integrierter
USV- Lade- und Kontrolleinheit
Auslösen von Standard
Leitungsschutzschaltern
automatische Erkennung angeschlossener
Batteriemodule
Zuverlässiges Frühwarnsignal bei geringer
Restlebenserwartung der Batterien
Maximale Lebensdauer durch
temperaturkompensiertes
Batteriemanagement
Kontrolliertes Herunterfahren und
zuverlässiger Neustart eines Industrie-PCs
Beschreibung
Ein unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem hält die DC 24V
Versorgungsspannung auch dann aufrecht, wenn die zu versorgende Netzspannung
ausfällt. Die Verbraucher arbeiten ohne Unterbrechung zuverlässig weiter.
Die Kombi USV vereint Stromversorgung und Lade- und Kontrolleinheit in einem
Gehäuse, wodurch der Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand in Ihrem Schaltschrank
reduziert wird.
Das gesamte System besteht bei einer Kombi-USV aus nur zwei Funktionseinheiten:
- AC/DC Netzteil und Lade- und Kontrolleinheit in einem Gerät
- DC 24V Batteriemodul für die Energiespeicherung
Alle Komponenten für den Aufbau eines unterbrechungsfreien Stromversorgungsystems
sind optimal aufeinander abgestimmt. Sie lassen sich schnell installieren und sind ab dem
ersten Einschalten sofort einsatzbereit.
Angeschlossene Batteriemodule mit „Battery Control“ werden von der Compact Kombi-USV automatisch erkannt. Dynamische Anpassungen wie der optimale Ladestrom pro
Batteriemodul oder eine temperaturabhängige Ladespannung maximieren nachhaltig die
Lebensdauer der verbauten Akkumulatoren.
Über mehrere Signalkontakte und eine integrierte Schnittstelle lässt sich das System in
die Steuerung integrieren. Kritische Betriebszustände werden frühzeitig signalisiert, noch
bevor die Aufrechterhaltung der 24V-Systemspannung gefährdet ist.
Die Compact Kombi-USV ermöglicht das kontrollierte Herunterfahren eines Industrie-PCs
(IPC) nach einer individuellen Pufferzeit. Den wichtigen Neustart des Industrie-PCs bei
Rückkehr der Versorgungsspannung stellt das Gerät ebenfalls sicher.
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Artikelnummer: PC-1024-050-0
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Kurzform der technischen Daten
Eingangsspannung: AC 100 … 240 V (85-264V)
Ausgangsspannung: DC 24 V (23-28,5V)
Ausgangsstrom: 5 A
empfohlene Batteriemodule: 1,2 … 12 Ah
Pufferzeit bei Strombedarf 2 / 5 A: 17 / 2,5 Minuten bei 1,2Ah Batteriemodul
Pufferzeit bei Strombedarf 2 / 5 A: 5,5 / 2 Stunden bei 12Ah Batteriemodul
Umgebungstemperatur: -25 bis +70°C
Abmessungen (B x H x T): 60 x 127 x 126mm
Bestellnummer: PC-1024-050-0
Bezeichnung: PC-UPS 1AC/24DC-5 Seite 2 von 18
Artikelnummer: PC-1024-050-0
Bezeichnung: PC-UPS 1AC/24DC-5 Seite 3 von 18
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Auslösen von Leitungsschutzschaltern
Eine magnetische Schnellauslösung von Standard-Leitungsschutzschaltern für die
Absicherung der DC 24 V Ausgangsspannung ist möglich.
Die maximale Leitungslänge (Hin- und Rückleitung) kann der Tabelle für die jeweiligen
Leitungsquerschnitte entnommen werden.
Leitungsquerschnitt 0,75 mm² 1,5 mm² 2,5 mm²
Leitungslänge mit Leitungsschutzschalter B2 20m 40m 40m
Leitungslänge mit Leitungsschutzschalter B3 20m 40m 40m
Leitungslänge mit Leitungsschutzschalter B4 20m 40m
Die aufgeführten Leitungslängen sind experimentell bei ca. 25° C ermittelt worden. Sie
dienen als Richtwert für die Auslegung der DC-seitigen Absicherung durch
Leitungsschutzschalter und sollten in der jeweiligen Applikation kundenseitig überprüft
werden.
Leitungslänge
+
Last
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+
‐
Signalisierungen
Das Kombi-USV-Modul kann aktuelle Betriebszustände, Warnungen oder Störungen
signalisieren. Für die Funktionsüberwachung stehen drei Kontrollleuchten (LED), sowie
drei potenzialfreie Kontakte zur Verfügung.
Werkseitige Konfiguration der Signalausgänge
Zustand
kein Batteriebetrieb möglich
oder Akkutausch empfohlen
USV arbeitet im Batteriebetrieb
Batteriemodul wird geladen
Detektierbare Warnungen und Störungen
Das Kombi-USV-Modul kann mehrere Ereignisse detektieren, die sich individuell mit den
drei Signalausgängen über die Konfigurations- und Managementsoftware USV-CONTROL
verknüpfen lassen. Die Logik (invertiert / nicht invertiert bzw. aktiv high / aktiv low) lässt
sich ebenfalls bei Bedarf ändern.
Nr. Beschreibung
1 Batteriebetrieb
2 kein Batteriebetrieb möglich
- Präsenztest negativ oder Verbindung für
Fernabschaltung (Remote Eingang) nicht
vorhanden
3 Akkutausch empfohlen
Bezeichnung: PC-UPS 1AC/24DC-5 Seite 6 von 18
Artikelnummer: PC-1024-050-0
Signalausgang Funktion
Alarm 13/14 aktiv low (0 V)
Bat. Mode 13/24 aktiv high (24 V)
Bat. Charge 13/34 aktiv high (24 V)
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4 Batterie wird geladen
5 Batterie ist fast leer
6 Tiefentladungsschutz aktiv
7 Ausgangsspannung nicht OK
8 Ausgang ist überlastet
Signalisierungen über LED Statusanzeigen
Beschreibung
USV arbeitet im Normalbetrieb
Ausgangsspannung > 20,4 V
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Batterie ist aufgeladen und OK
USV arbeitet im Normalbetrieb
Batteriemodul wird geladen
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(Ladung < 85% der Nennkapazität)
USV arbeitet im Normalbetrieb, kein
Batteriebetrieb möglich
(Präsenztest negativ oder
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LED grün LED gelb LED rot
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DC OK
Mode Alarm
USV arbeitet im Normalbetrieb
Akkutausch empfohlen
USV arbeitet im Batteriebetrieb
Batteriespannung > 20,4 V
USV arbeitet im Batteriebetrieb
Batteriespannung <= 20,4 V
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an blinkt (2 Hz) aus
an blinkt (8 Hz) aus
Tiefentladungsschutz der USV hat den
Batteriebetrieb beendet
(Batteriespannung <= 19,2V)
aus aus blinkt (2 Hz)
Nur die Signalisierung wird für max.
10 Stunden fortgesetzt
USV arbeitet im Batteriebetrieb,
DC Ausgang wurde aufgrund von
aus x blinkt (2 Hz)
Überstrom abgeschaltet
Hinweis:
In der Werkseinstellung werden die Zustände der LED-Anzeigen gleichzeitig auch über
die Signalausgänge signalisiert. Wird eine individuelle Belegung der Signalausgänge
vorgenommen, sind von der LED-Anzeige abweichende Signalzustände möglich. Achten
Sie dabei darauf, dass nur sinnvolle Kombinationen signalisiert werden.
Angeschlossene Batteriemodule mit der Funktionalität „Battery Control“ werden von der
Kombi-USV automatisch erkannt. Dynamische Anpassungen wie der optimale Ladestrom
je nach verwendetem Batteriemodul und eine temperaturabhängige Ladespannung
maximieren nachhaltig die Lebensdauer der verbauten Akkumulatoren.
Um die Funktionalität von „Battery Control“ nutzen zu können, müssen beide
Steuerleitungen der Kombi-USV mit korrekter Polarität an die Anschlüsse „BAT CTRL“ der
Batteriemodule angeschlossen sein.
Bezeichnung: PC-UPS 1AC/24DC-5 Seite 7 von 18
Artikelnummer: PC-1024-050-0
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werden die Akkumulatoren kurzzeitig geringfügig belastet, um einen korrekten Anschluss
des Batteriemoduls, funktionsfähige Akkumulatoren und eine intakte Sicherung zu
gewährleisten.
Der Präsenztest wird im Normalbetrieb alle 60 Sekunden durchgeführt. Im Falle eines
negativen Ergebnisses wird der Test zyklisch in 30 Sekundenabständen wiederholt.
Sofern der Präsenztest ein negatives Ergebnis liefert, wird die Störung „kein
Batteriebetrieb möglich“ signalisiert. Die rote LED leuchtet und der Signalausgang
„Alarm“ wird aktiviert.
Qualitätstest
Akkumulatoren haben eine begrenzte Lebensdauer, die in Anhängigkeit der
Umgebungstemperatur zwischen 2 bis 5 Jahren betragen kann.
Die verbleibende Lebensdauer der Akkumulatoren wird in Anhängigkeit der
Umgebungstemperatur im Batteriemodul dynamisch berechnet, sofern beide „Bat.
Control“- Steuerleitungen korrekt angeschlossen sind. Diese Überprüfung wird im
Normalbetrieb alle 10 Minuten durchgeführt.
Sofern der Qualitätstest ein negatives Ergebnis liefert, wird die Warnung „Akkutausch
empfohlen“ erzeugt. Die rote LED blinkt und der Signalausgang „Alarm“ wird aktiviert.
Hinweis:
Es wird empfohlen, das Batteriemodul nach Auftreten der Warnung so schnell wie
möglich auszutauschen, um einen gesicherten Pufferbetrieb weiterhin aufrecht zu
erhalten.
Nach Ablauf der Lebensdauer müssen entweder beide Akkumulatoren paarweise oder das
gesamte Batteriemodul getauscht werden. Am Batteriemodul muss der Tausch der
Akkumulatoren quittiert werden. Dafür ist für 5 Sekunden mit einem spitzen Gegenstand
(z.B. Büroklammer) der Reset-Taster zu drücken. Zur Kontrolle blinken alle drei
Kontrollleuchten nach erfolgreicher Quittierung für 5 Sekunden. Die gespeicherten
Betriebsstunden werden zurückgesetzt, um die Restlebensdauer der neuen
Akkumulatoren korrekt berechnen zu können.
Bezeichnung: PC-UPS 1AC/24DC-5 Seite 10 von 18
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Batteriebetrieb
Bei Ausfall der Netzspannung wird unterbrechungsfrei in den Batteriebetrieb
umgeschaltet. Die benötigte Energie zur Aufrechterhaltung der DC 24V
Versorgungsspannung wird aus dem Batteriemodul entnommen. Die Höhe der
Ausgangsspannung ist direkt vom Ladezustand und der Kapazität der Akkumulatoren
abhängig.
Das Kombi-USV-Modul unterstützt sowohl die Aufrechterhaltung der
Versorgungsspannung für eine konfigurierbare Zeit als auch das kontrollierte
Herunterfahren und den Neustart eines IPCs. (siehe Kapitel Batteriebetrieb im IPC Mode).
Für das softwareseitiges Herunterfahren eines IPCs ist die Installation der kostenlosen
Windows-Software „USV_Control“ erforderlich. Sofern das Kombi-USV-Modul mit dem
IPC verbunden ist, (über das Kommunikationskabel „PC-KOK1 und ggf. einem
USB/Seriell-Umsetzer) lösen die zyklisch gesendeten Daten des Moduls das
Herunterfahren nach einer einstellbaren Zeit aus.
Der Pufferbetrieb wird durch das langsame Blinken der gelben LED signalisiert (ca. 2Hz).
Ab Werk ist dieses Ereignis mit dem Signalausgang „Bat. Mode“ verknüpft.
Zuschaltschwelle für Pufferbetrieb
Sofern die Ausgangsspannung unterhalb der Zuschaltschwelle absinkt, wird
unterbrechungsfrei die Energie aus dem Akkumodul an den Ausgang der USV
umgeschaltet. Das Kombi-USV-Modul befindet sich dann im Pufferbetrieb.
Ab Werk ist die Zuschaltschwelle auf 22V vorkonfiguriert. Die Zuschaltschwelle kann über
die kostenlose Konfigurationssoftware verändert werden.
- 20,0 bis 25,5V einstellbar
Pufferbetrieb mit einstellbarer Pufferzeit
Ab Werk ist das Modul auf maximale (unbegrenzte) Pufferzeit vorkonfiguriert. Die
gesamte Energie des Batteriemoduls wird bei dieser Konfiguration für die
Aufrechterhaltung der DC 24V Versorgungsspannung eingesetzt.
Die Pufferzeit kann über den Wahlschalter eingestellt werden.
- 0,5 … 20 Minuten
- Unbegrenzt, bis Tiefentladungsschutz den Batteriebetrieb beendet
- Individuelle Zeit via Konfigurationssoftware
- PC Mode, siehe Kapitel „Batteriebetrieb im IPC Mod“
Batteriebetrieb im IPC Mode
Im IPC Mode arbeitet das USV-Modul nach einer zeitlichen Abfolge, die dem
kontrollierten Herunterfahren und dem zuverlässigen Neustart eines Industrie PCs (IPC)
dient. Veränderbare Zeiten können ausschließlich über die Konfigurationssoftware
angepasst werden.
Bild 1 Auszug aus der Konfigurationssoftware
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Die zeitliche Abfolge von „Verzögerungszeit“, „PC Herunterfahren“ und „PC Leerlaufzeit“
ist fest definiert. Durch die Möglichkeit der Abschaltung des Ausgangs trotz
Netzwiederkehr während eines Batteriebetriebs, kann ein IPC nach dem Herunterfahren
zuverlässig wieder neu gestartet werden.
Verzögerungszeit
Erfolgt im Batteriebetrieb noch während der eingestellten Verzögerungszeit die
Wiederkehr der Netzspannung, so wird der Ausgang des Kombi-USV-Moduls nicht
abgeschaltet.
Der Signalausgang „Bat. Mode“ (kann über die Konfigurationssoftware konfiguriert
werden) verbleibt im inaktiven Zustand, so dass kein Signal für ein Herunterfahren des
IPC erzeugt wird.
Sofern das Eingangsnetz erst nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit
wiederkehrt, werden Ausgangsspannung und Signalausgang gemäß Ablaufdiagramm
geschaltet.
- 1 bis 7.200 Sekunden einstellbar
PC Herunterfahren
Nach Ablauf Verzögerungszeit wird der Signalausgang „Bat. Mode“ aktiviert. Dieser
Signalausgang verbleibt während der gesamten eingestellten Zeit im aktivierten Zustand.
Somit erhält der IPC die Aufforderung zum Herunterfahren. Während der gesamten
eingestellten Zeit wird der IPC weiterhin durch das Kombi-USV-Modul mit Energie
versorgt.
- 1 bis 600 Sekunden einstellbar
PC Leerlaufzeit
Nach Ablauf der Zeit für „PC Herunterfahren“ erfolgt eine Abschaltung der
Ausgangsspannung, sofern die Eingangsspannung zwischen Ende der Verzögerungszeit
und Anfang der PC Leerlaufzeit wieder vorhanden ist. Dadurch erhält der IPC nach Ablauf
der PC Leerlaufzeit die nötige 024V Flanke für einen Neustart.
Sollte nach Ablauf der Zeit „PC Herunterfahren“ die Eingangsspannung noch nicht wieder
vorhanden sein, wird das Kombi-USV-Modul inklusive des Ausgangs dauerhaft
abgeschaltet. Nach einer Abschaltung des Moduls erfolgt nur durch Wiederkehr der
Eingangsspannung ein automatischer Neustart mit Zuschaltung der DC 24V am Ausgang.
- 1 bis 60 Sekunden einstellbar
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Fernabschaltung im Pufferbetrieb
Soll die angeschlossene Last am Ausgang des Kombi-USV-Moduls während des
Batteriebetriebs nicht aus dem Batteriemodul versorgt werden, z.B. im NOT AUS Betrieb,
kann der Batteriebetrieb außer Funktion gesetzt werden. Hierzu ist die Verbindung
zwischen den beiden Kontakte R1/R2 des „Remote“- Eingangs zu unterbrechen.
Sofern diese Verbindung im Normalbetrieb nicht vorhanden ist, signalisiert das Modul die
Störung „kein Pufferbetrieb möglich“. Die rote LED leuchtet dauerhaft. Ab Werk ist diese
Störung dem Signalausgang „Alarm“ verknüpft, so dass der Kontakt geöffnet wird.
Tiefentladungsschutz im Pufferbetrieb
Um die verbauten Akkumulatoren gegen Tiefentladung zu schützen, wird der
Batteriebetrieb bei einer Batteriespannung Ubat=19,2 V zwangsweise beendet. Das
Modul schaltet den Ausgang ab. Die Signalisierung durch die rot blinkende LED bleibt für
maximal 10 Stunden nach Abschaltung des Ausgangs aufrecht, bevor sich das Modul
komplett abschaltet. Nach Abschaltung des Ausgangs erfolgt nur bei Wiederkehr der
Eingangsspannung ein Wiederzuschalten des Ausgangs.
Ab einer Batteriespannung Ubat < 20,4 V signalisiert das Modul die Warnung „Batterie ist
fast leer“. Ein Hinweis, dass der Batteriebetrieb in Kürze zwangsweise abgeschaltet wird.
Batteriemodule
Empfohlene Batteriemodule
Die Verwendung folgender Batteriemodule wird empfohlen:
Batteriemodul Kapazität
maximaler
Ausgangsstrom
PVAF 24/1,2Ah 1,2 Ah 7,5 A 15 A 1,5mm2 0,3 A
PVA 24/3,2Ah 3,2 Ah 20 A 25 A 1,5mm2 0,8 A
PVA(F) 24/7Ah 7 Ah 40 A 2x25 A 2,5mm2 1,8 A
PVA(F) 24/12Ah 12 Ah 40 A 2x25 A 2,5mm2 3,0 A
Die ladungsspezifischen Parameter werden von dem Ko mbi-USV-Modul für automatisch
erkannte Batteriemodule selbstständig konfiguriert.
Verwendung von beliebigen Akkumulatoren
Unabhängig von den empfohlenen Batteriemodulen können beliebige Blei-Gel bzw.
Bleivlies-Akkumulatoren verwendet werden.
Pufferzeiten in Abhängigkeit des Ausgangsstromes
Je nach verwendetem Batteriemodul lassen sich unterschiedlich lange Pufferzeiten in
Abhängigkeit des Ausgangsstromes realisieren. In der folgenden Grafik sind die
maximalen Pufferzeiten dargestellt, bis die Ausgangsspannung an der Lade- und
Kontrolleinheit auf 21 V sinkt.
Die Pufferzeiten symbolisieren typische Mittelwerte und ergeben sich bei neuwertigen
Akkumulatoren nach vollständiger Aufladung.
interne
Sicherung
verwendeter
Leitungsquerschnitt
maximaler
Ladestrom
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Ausgangsspannung 24 V DC ± 1% (SELV)
Ausgangsspannungsbereich 23,0 - 28,5 V DC
Ausgangsstrombegrenzung Typ. 6,5 A, Konstantstrom
Regelabweichung < 1 % (Laständerung statisch 10 % ... 90 %)
Verlustleistung (Nennlast und Batterie
22 W (100 Vac) / 17W (230 Vac)
geladen)
max. Verlustleistung (Batterie wird
30 W (90 Vac)
geladen)
Wirkungsgrad >88 %
Anstiegszeit < 20 ms
Restwelligkeit Typ. 50 mVss
Ausgang Batteriebetrieb
Ausgangsspannung 24 V DC (SELV)
Ausgangsspannungsbereich UBAT - 0,5 V (27,5 - 19 Vdc)
Ausgangsstrombegrenzung Typ. 5,5 A
max. Verlustleistung (Leerlauf/Nennlast) 3,2 W / 5,2 W
Aufschalten kapazitiver Lasten Max. 10.000 µF
Batteriemanagement
Verpolschutz ja, (antiparallele Diode, Sicherung im
Isolationsspannung Eingang/Ausgang
(Typ-/Stückprüfung)
Schutzart IP20
Schutzklasse I (mit PE-Leiter)
Kühlart Selbstkühlung durch natürliche Konvektion
Verschmutzungsgrad 2
Klimaklasse 3k3
MTBF >500.000h
4,2 KV DC / 1,4 KV DC
Zulassungen (vorbereitet)
UL 508, UL 60950, GL
Normen
Das Modul erfüllt alle Anforderungen und Anwendungen in industrieller Umgebung für
den Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereich ohne Einschränkungen.
Das CE-Zeichen erklärt die Erfüllung der EMV-Richtlinie 2004/108/EG wie auch der
Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG.
Elektrische Ausrüstung von Maschinen
(Überspannungskategorie III)
Sicherheitstransformatoren für
Schaltnetzteile
Elektrische Sicherheit EN 60950 / VDE 0805
Schutzkleinspannung PELV (EN60204) / SELV (IEC 60950)
Störfestigkeit EN 61000-6-2
Störaussendung EN 61000-6-3
EN 60204
IEC 61558-2-17
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