Aktive Harmonische Filter Netzqualität verbessern und Oberschwingungen reduzieren

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Arbeiten Lasten im Netz nicht linear, hat das starke Rückwirkungen auf das Netz und verschlechtert dessen Qualität. Mit geeigneten Aktiven Harmonischen Filtern lassen sich Netzrückwirkungen reduzieren.

In Industrieanlagen, Bürogebäuden, Rechenzentren und privaten Haushalten gibt es kaum mehr elektrische Verbraucher, die den Strom linear aufnehmen. Beispiele für nicht-lineare Lasten sind Frequenzumrichter in der Antriebstechnik sowie die Vielzahl getakteter Stromversorgungen in Geräten der Informations- und Kommunikationstechnik sowie zunehmend in der Haushaltselektronik. Auch die Beleuchtungstechnik funktioniert auf Basis meist nicht-linearer Stromversorgungen. (Bild 1).

Bildergalerie

Die nicht-lineare Stromaufnahme führt zu Oberschwingungsströmen, die in Folge Verzerrungen der Sinusspannung bewirken, welche wiederum andere Verbraucher stören. Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung, also der Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz, die unterschiedliche Amplituden aufweisen und sich bis in den oberen kHz-Bereich erstrecken. Oberschwingungen haben eine Reihe negativer Auswirkungen auf die Energiequalität, unter anderem:

• Probleme für andere Verbraucher aufgrund der schlechten Netzqualität;

• zusätzliche Strombelastung des Neutralleiters, da sich darin Oberschwingungsströme der 3., 9., 15., 21. Ordnung usw. addieren und zu unzulässig hohen Strömen führen;

• Phasen-Unsymmetrie (speziell beim Betrieb von 1-phasigen Schaltnetzteilen), welche zusätzlich die Erzeugung von Oberschwingungen begünstigt.

Darüber hinaus können empfindliche Geräte durch Einkopplungen über Daten- oder Energieleitungen in ihrer Funktion gestört oder sogar zerstört werden. Typische Beispiele dafür sind Prozessrechner in Fertigungsanlagen oder Datenzentren, bei denen dadurch verursachte falsche Daten oder Datenverluste enorme Schäden bewirken können.

Fehlerströme

Modul eliminiert Ableitströme und verbessert die EMV

Aktive Harmonische Filter eliminieren Oberschwingungen

Oft wird versucht, mit Hilfe passiver Bauelemente Oberschwingungen direkt an dem Verbraucher zu eliminieren, der diese erzeugt. Hierfür ist jedoch für jede Frequenz ein entsprechender, gut abgestimmter Saugkreis aus Kapazitäten und Induktivitäten erforderlich.

Diese Lösung ist deshalb nur dann praktikabel, wenn ein eingegrenztes Spektrum an Oberschwingungen auftritt.

Mit der Filterserie PQSine Serie bietet TDK nun eine Lösung, die viele von Oberschwingungen und Phasenverschiebungen verursachte Probleme vollautomatisch und elegant löst.

Dazu wird PQSine parallel zu der Last ans Netz geschaltet, die die Oberschwingungen verursacht. Herzstück der neuen Aktiven Harmonischen Filter ist ein Controller, der auf einem 32-Bit-Signalprozessor (DSP) basiert und mit einer Abtastrate von 48 kHz arbeitet. Mit einer Reaktionszeit von nur 21 µs zählt PQSine zum Spitzenfeld in seiner Klasse, denn der neu entwickelte Algorithmus SDC (Selective Drive Control) ist schneller als die herkömmlich benutzten, auf der Fast-Fourier-Analyse (FFT) basierenden Algorithmen.

Auf Grundlage der in Echtzeit ermittelten Daten wird nun ein Kompensationsstrom ins Netz gespeist, der die Nicht-Linearität des Verbraucherstroms beseitigt (Bild 2).

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