Ein Stromwandler ist ein Gerät, das Wechsel- oder Gleichstromsignale in analoge Instrumentensignale umwandelt, damit sie von bestimmten industriellen Steuerungssystemen verwendet und leicht interpretiert werden können. Meistens sehen sie von außen nicht viel aus; Sie haben normalerweise eine quadratische oder rechteckige Form und ähneln möglicherweise einem tragbaren Lautsprecher mit Buchsen für Eingangs- und Ausgangskabel. Ihre Funktion ist jedoch für eine Reihe verschiedener mechanischer Vorgänge sehr wichtig. Elektrizität ist für den Betrieb vieler Arten von Maschinen und Hochleistungsprozessen in der Fertigung und anderen industriellen Umgebungen unerlässlich. Maschinen einfach in Steckdosen zu stecken ist jedoch nicht immer die beste Lösung, und hier kommen Wandler ins Spiel. Das Gerät entnimmt die Rohenergie der Quelle und wandelt sie eingangsseitig in genau die von der Maschine benötigten Leistungen um. Die Technik hinter diesem Prozess kann ziemlich komplex sein, aber die einfache Tatsache seiner Funktionsweise ist in den meisten Fällen der wichtigste Aspekt.
Wandler im Allgemeinen
Im Allgemeinen wird der Begriff „Wandler“ für jedes Gerät oder jeden Mechanismus verwendet, der elektrische Energie in andere Energieformen umwandelt. Wandler sind beispielsweise häufig ein Teil von Audiolautsprechern, die elektrische Energie in Audioenergie umwandeln; in Druckmessumformern wandeln sie in elektrische Signale um. Der kombinierte Begriff „Stromwandler“ wird jedoch meist ausschließlich in Umgebungen verwendet, die die Umwandlung von Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrom- (DC) elektrischen Stromsignalen in eine analoge Signalbasis erfordern. Sie wandeln den gemessenen AC- oder DC-Stromwert, möglicherweise die Stromversorgung eines Motors oder einer Pumpe, in einen analogen Prozesswert von 4-20 Milliampere (mA) oder ein pneumatisches Signal von 3-15 psi für pneumatische Steuersysteme um. Diese Geräte scheinen normalerweise mit normalem Strom zu laufen, aber der Wandler regelt die Energie und die Leistung.
Hauptanwendungen
Stromwandler wurden in den 1970er und 80er Jahren weit verbreitet eingesetzt, als große Prozessanlagen wie Erdölraffinerien computerisiert wurden. Aufgrund der Eigensicherheit der Pneumatik in brennbaren und explosiven Umgebungen wurden die meisten bis dahin durch pneumatische Steuersysteme gesteuert. Damit die Computer die Echtzeitinformationen der vielen pneumatischen Prozesstransmitter verwenden können, die Temperaturen, Drücke, Flüsse, Füllstände und andere Variablen messen, mussten ihre pneumatischen Ausgänge mithilfe von Druck in elektronische Signale umgewandelt werden.
Auch in diesen Anlagen gab es Hunderte von pneumatisch betätigten Regelventilen, die ihre Ausgangsbefehle vom Steuerrechner erhalten mussten. In den meisten Fällen sendeten diese Computer Signale als analoge 4-20-mA-DC-Stromsignale. Dies erforderte eine Umwandlung von Strom auf Pneumatik. Die Industrie nannte diese I-zu-P- oder I/P-Wandler bald, wobei „I“ den Stromeingang und „P“ den pneumatischen Ausgang bezeichnet.
Bedeutung magnetischer Felder
Die meisten I/P-Wandler wandeln ihre elektronischen Signale in pneumatische Signale um, indem sie den Strom durch eine gewickelte Spule in einem Magnetfeld leiten, das eine Gegendruckdüse in einem pneumatischen Vorsteuerkreis moduliert, der den pneumatischen Ausgang von 3-15 psi liefert. Druck-zu-Strom-Geräte verwenden Druckmembranen, die mechanisch mit erregten Dehnungsmessstreifen, Piezosensoren oder Kapazitätssensoren verbunden sind, die einen Ausgangsverstärkerabschnitt ansteuern. Diese übertragen dann den benötigten 4-20 mA DC-Stromausgang an Leitsysteme.
Konvertierungsgeräte
In Bezug auf die Steuerungsindustrie wird der Begriff auch verwendet, um bestimmte Umsetzgeräte zu definieren. Diese Geräte wandeln analoge 4-20-mA-DC-Prozesssignale in analoge pneumatische 3-15-psi-Signale um, um proportionale pneumatische Regelventile zu betätigen oder Drucksignale in proportionale analoge 4-20-mA-DC-Prozesssignale umzuwandeln. Diese Messungen werden typischerweise verwendet, um einen normal funktionierenden Prozess zu beschreiben. Durch die Umwandlung der tatsächlichen Signale eines Geräts in diese normierten Bereiche können außerhalb dieser Bereiche liegende Messwerte erfasst und in der Diagnose verwendet werden.
Sensorspezifische Wandler
Bestimmte Sensortypen, normalerweise solche, die den magnetischen Fluss eines Stromleiters messen, um Antriebsmotorströme für Maschinen und Prozessanlagen zu messen, können auch den Namen des Stromwandlers tragen. Diese befassen sich normalerweise mit der Übertragung eines analogen Milliampere- oder Spannungssignals an Steuersysteme.
Massivkernwandler haben Ringtransformatoren mit geschlossener Schleife, die über das vorübergehend offene Ende eines Stromleiters geschoben werden müssen. Auf der anderen Seite haben Wandler mit geteiltem Kern eine klappbare Seite des Transformatorrings, die vorübergehend geöffnet werden kann, damit der Ring um einen nicht trennbaren Leiter geschoben werden kann. Sie enthalten normalerweise einen Gleichrichter und eine einstellbare Ausgangskonditionierungsschaltung, um spezifische Kalibrierungen für analoge Steuersysteme zu ermöglichen.