Oberschwingungen bei modernen Frequenzumrichtern eliminieren

Fachartikel

Hochleistungselektronik ist immer häufiger ein wichtiger Teil moderner Frequenzumrichter und anderer elektrischer Anlagenteile. Die Störemissionen dieser elektronischen Komponenten führen allerdings – vor allem im höheren Frequenzbereich – zur Frequenz- und Amplitudenverstärkung bei den Oberschwingungen. Energieverluste und eine sinkende Lebensdauer der Bauteile aufgrund von Wärmeentwicklung sind die Folge. Der Beitrag von Distrelec Schuricht beschreibt, wie man dem entgegen wirken kann.

Eine Faustregel sagt: 10 % Mehrbelastung durch Wärme reduziert die Lebensdauer um 50 %. Zwar nutzt die Mehrheit der Industriebetriebe seit vielen Jahren Kompensationsanlagen, die Oberschwingungen begrenzen. Doch diese Maßnahme ist oft nicht effektiv genug, da herkömmliche Kompensationsanlagen lediglich die Blindleistung durch eine Korrektur des Verschiebungsfaktors cos ϕ reduzieren, die Oberschwingungen jedoch nicht eliminieren. Zudem mangelt es an einer regelmäßigen Überprüfung und Ausrichtung der Kompensation am tatsächlichen Bedarf. Die Folge: Die Anlagen arbeiten fehlerhaft und zerstören auf Dauer damit sich selbst. Erste Anzeichen für eine Überlastung durch Oberschwingungen sind beispielsweise defekte Kondensatoren.

Moderne Kompensationsanlagen sind in der Lage, das Spektrum der Oberschwingungen zu analysieren und gezielt entgegengesetzte Schwingungen ins Netz zu speisen. Die Überlagerung der Oberschwingungen löscht die störenden Frequenzen aus. Leistungsvermögen und Reaktionszeit dieser Anlagen sind jedoch begrenzt.

Analyse des Ist-Zustandes

„Für die Optimierung der Oberschwingungskompensation gibt es eine Reihe von Möglichkeiten. Bevor jedoch konkrete Maßnahmen ergriffen werden können, sollte eine Analyse des Ist-Zustands des eigenen Stromnetzes mit einem Netzanalysator erfolgen“, rät Holger Janssen, Messtechnik-Experte des Katalogdistributors Distrelec Schuricht. Sein Unternehmen bietet für die Analyse der Stromversorgung unter anderem den Fluke 435. Der Netzanalysator entspricht in allen Punkten der Norm EN61000-4-30 und liefert reproduzierbare, zuverlässige Messwerte. „Zur regelmäßigen Kontrolle der Kondensatoren empfiehlt sich der Einsatz einer Thermographie-Kamera. Sie zeigt Überhitzungen an und ermöglicht das rechtzeitige Eingreifen“, führt der Fachmann weiter aus. Auch hierfür finden Interessenten eine große Auswahl an Wärmebildkameras der führenden Hersteller im Online- und Printkatalog des Distributors.

Die Analyse des Ist-Zustands sollte über einen längeren Zeitraum erfolgen. Janssen empfiehlt eine Messung analog zur Spannungsqualitätsnorm EN50160 mit zusätzlichen ereignisgesteuerten Messfunktionen. Diese Norm schreibt einen Analysezeitraum von einer Woche mit zehnminütigen Messungen des Effektivwerts (RMS) vor. Zusammen mit den zeitgleich aufgezeichneten Strömen ergeben sich daraus Schein-, Wirk- und Blindleistung sowie die entsprechenden Oberschwingungen.

„Die Betrachtung des Ist-Zustands über den Zeitraum von einer Woche hat den Vorteil, dass auch Schwachlastzeiten im Schichtbetrieb und am Wochenende berücksichtigt werden“, erläutert Janssen. Moderne Messgeräte wie der Netzanalysator zeichnen bei den Messungen neben den Mittelwerten auch die Minimal- und Maximalwerte während der einzelnen Messperioden auf. Damit geben sie wichtige Hinweise für die Auslegung und Dimensionierung der Kompensationsanlage.

Ist der aktuelle Zustand der Anlage bekannt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Störungen zu beseitigen:

* Neuabstimmung der bestehenden Kompensation auf die Oberschwingungen
* Einsatz von EMV-Filtern am Verursacher
* Nutzung aktiver Kompensationsanlagen
* Gebrauch eines aktiven Power Factors
* Verwendung moderner USV-Anlagen.

Schulungen und Mess-Service

Neben Analyse- und Messgeräten offeriert Distrelec Schuricht seinen Kunden gemeinsam mit der Meinke Consult Seminare und Workshops zum Thema Power Quality und Netzanalyse. Für Kunden, die nicht in eigene Geräte und Schulungen investieren wollen, gibt es einen besonderen Service: Fachleute des Katalogdistributors nehmen die Analyse des betrieblichen Stromnetzes vor und präsentieren anschließend die Situation sowie mögliche Lösungen.

Bild oben: Im Display können alle drei Phasen, Blindleistung u. a. gleichzeitig übersichtlich visualisiert werden.

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