Haben Sie sich jemals gefragt, warum das scheinbar saubere Stromnetz so anfällig für Störungen ist? Diese tiefgreifende Untersuchung enthüllt die verborgenen Übeltäter, die im Verborgenen lauern und unsere elektronischen Geräte bedrohen: Steuerblindleistung, Oberwellen und die daraus resultierenden EMV-Probleme. Tauchen Sie ein in die komplexe Welt der netzgeführten Stromrichterantriebe und entdecken Sie, wie diese scheinbar harmlosen Komponenten das Netz mit unerwünschten Rückwirkungen belasten. Von der Entstehung der Steuerblindleistung durch Phasenanschnittsteuerung bis hin zur Analyse der Oberwellen mittels Spektrumanalysatoren – dieses Buch bietet einen umfassenden Einblick in die Ursachen und Auswirkungen dieser Phänomene. Erfahren Sie, wie Folgesteuerungen und Schwingungspaketsteuerungen innovative Lösungen zur Minimierung der Steuerblindleistung bieten, und entdecken Sie die Bedeutung von Filterkreisen zur Kompensation von Oberströmen. Dieses Werk ist ein unverzichtbarer Leitfaden für Ingenieure, Techniker und alle, die ein tieferes Verständnis für die Stabilität und Zuverlässigkeit unserer Stromnetze entwickeln möchten. Es beleuchtet die entscheidende Rolle der Oberschwingungsanalyse und der Blindleistungskompensation bei der Gewährleistung eines störungsfreien Betriebs und zeigt auf, wie moderne Technologien dazu beitragen, die Netzqualität zu verbessern und die EMV-Verträglichkeit zu gewährleisten. Entdecken Sie die Geheimnisse hinter den Kulissen und werden Sie zum Experten für Netzrückwirkungen und ihre Beherrschung. Ein Muss für jeden, der sich mit elektrischer Energietechnik, Antriebstechnik und EMV auseinandersetzt und die Herausforderungen der modernen Energieversorgung verstehen will.
1. Einleitung: Mit diesem Referat soll der Zusammenhang von Steuerblindleistungen, Oberwellen und den damit verbundenen EMV-Problemen verdeutlicht werden.
Beim Betrieb der netzgeführten Stromrichterantriebe treten Rückwirkungen im speisenden Netz auf. Die wichtigsten sind
- die Steuerblindleistung
- die Oberwellen
- die Verzerrungen der Netzspannung mit den damit verbunden EMV-Problemen
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Entstehung der Steuerblindleistung ist z. B. ein Wechselstromsteller mit Phasenanschnittsteuerung, an dem an der Netzseite eine sinusförmige Spannung anliegt. Beim Steuerwinkel a=0° sind die
Netzspannung und die Grundschwingung des Leiterstromes in Phase. Der Stromrichter entnimmt dem Netz nur Wirkleistung. Beim gesteuerten Strom- richter besitzt der Strom aber die Form eines abgeschnittenen Sinus. Die Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und der Grundschwingung des Leiterstroms ist näherungsweise gleich dem Steuerwinkel a
( im Bild: a=90° ), die immer eine entsprechende induktive Steuerblindleistung verursacht.
Daher ergibt sich eine nicht-sinusförmige Belastung des Netzes!
Damit entstehen im Netz Störungen die mit weiterem Abweichen des Stromes von der Sinusform zunehmen.
Da Strom und Spannung nicht dieselbe Form besitzen, ergibt sich eine Blindleistung, die sogenannte Steuer- oder Oberwellenblindleistung.
Zusätzlich zur Steuerblindleistung entnehmen alle netzgeführten Stromrichter dem Netz noch die zur Kommutierung benötigte Kommutierungsblindleistung. Diese spielt aber eine untergeordnete Rolle, so daß sie vernachlässigt werden kann.
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Abhilfe schaffen da Folgesteuerungen.
Verstellt man den Steuerwinkel a nur bei einem von zwei (oder mehreren) gleichstromseitigen in Reihe geschalteten Stromrichtern, dann wird die dem Netz entnommene Blindleistung bei gleicher Spannung kleiner als bei der Speisung durch einen einzelnen Stromrichter oder bei gleichzeitiger Verstellung beider Stromrichter. Bei der Folgesteuerung können entweder beide Stromrichter steuerbar mit Thyristoren ausgeführt und entsprechend angesteuert werden, oder es wird nur der eine Stromrichter gesteuert, dann wird der nicht steuerbare Stromrichter mit Dioden bestückt.
Dies ergibt eine halbgesteuerte Schaltung. Die Steuerblindleistung erreicht ihr Maximum erst etwa in der Mitte des Aussteuerbereichs, bei halber Ausgangsspannung. Dadurch werden Blindlaststöße im
Anfahrbereich von Antrieben weitgehend vermieden. Der Einsatz der halbgesteuerten Schaltungen wird aber andererseits dadurch eingeschränkt, daß mit ihnen kein Wechselrichterbetrieb möglich ist. Die wichtigsten Schaltungen sind die halbgesteuerte unsymmetrische Brücke für Wechselstrom B2HZ und bei Drehstrom die Schaltung B6HZ.
Eine weitere Möglichkeit, die Steuer- oder Oberwellenblindleistung zu verringern, ist die Verwendung einer Schwingungspaketsteuerung. Dabei wird ein Verbraucher abwechselnd für eine bestimmte Anzahl von Perioden immer im Nulldurchgang der Netzspannung ein- und ausgeschaltet. Man erreicht, daß der Strom entweder sinusförmig oder Null ist.
Da der Strom zur Last aber ebenfalls ein- und ausgeschaltet wird, ergibt sich auch hier eine Steuerblindleistung. Diese ist aber wegen der niederfrequenten Steuerung der Leistung erheblich geringer.
Oberwellen. Der Name ergibt sich aus der Tatsache, daß ein von der Sinusform abweichendes Signal in der Darstellung als Spektrum Oberwellen besitzt. Die Amplitude der Oberwellen ist ein Maß für die erzeugte Blindleistung. Mit einem Spektrumanalyser lassen sich die Oberwellen sichtbar machen.
Ein Spektrumanalyser stellt eine Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz dar.
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Diese Oberwellen entstehen bei Gleichstromantrieben dadurch, daß der Stromrichter mit großer Glättungsdrossel im Gleichstromkreis das Netz mit rechteckförmigen Stromblöcken belastet. Die Zerlegung des Netzstromes in seine Frequenzanteile (Fourier-Analyse) ergibt neben der Grundschwingung eine Reihe von Oberschwingungen, die je nach Schaltung des Stromrichters in Amplitude und Frequenz unterschiedliche Werte aufweisen.
Die Netzrückwirkung durch Stromoberschwingungen nimmt sowohl mit steigender Pulszahl des Stromrichters als auch mit steigender Frequenz ab.
Das Bild zeigt den idealisierten blockförmigen Netzstrom einer Stromrichterschaltung und seine Zerlegung in Grund- und Oberschwingungen. Praktisch sind jedoch die
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Amplituden höherer Ordnungszahlen erheblich niedriger, da der Netzstrom wegen der endlichen Kommutierungszeiten trapezähnlich verläuft und sich daher der Sinusform besser annähert.
Häufig gestellte Fragen
Was sind Steuerblindleistung, Oberwellen und EMV-Probleme im Zusammenhang mit netzgeführten Stromrichterantrieben?
Steuerblindleistung, Oberwellen und EMV-Probleme sind Rückwirkungen, die beim Betrieb von netzgeführten Stromrichterantrieben im speisenden Netz auftreten. Die Steuerblindleistung entsteht z.B. durch Wechselstromsteller mit Phasenanschnittsteuerung. Oberwellen entstehen, weil der Strom nicht sinusförmig ist. Dies führt zu Verzerrungen der Netzspannung und damit zu EMV-Problemen.
Wie entsteht Steuerblindleistung?
Steuerblindleistung entsteht beispielsweise durch Wechselstromsteller mit Phasenanschnittsteuerung. Beim Steuerwinkel a=0° sind Netzspannung und die Grundschwingung des Leiterstromes in Phase. Der Stromrichter entnimmt dem Netz nur Wirkleistung. Beim gesteuerten Stromrichter besitzt der Strom aber die Form eines abgeschnittenen Sinus. Die Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und der Grundschwingung des Leiterstroms ist näherungsweise gleich dem Steuerwinkel a, was eine induktive Steuerblindleistung verursacht.
Wie kann man Steuerblindleistung reduzieren?
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Steuerblindleistung zu reduzieren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Folgesteuerungen. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer Schwingungspaketsteuerung.
Was sind Oberwellen und wie entstehen sie?
Oberwellen entstehen, weil der Strom im Netz nicht sinusförmig ist. Die Amplitude der Oberwellen ist ein Maß für die erzeugte Blindleistung. Bei Gleichstromantrieben entstehen Oberwellen dadurch, dass der Stromrichter das Netz mit rechteckförmigen Stromblöcken belastet.
Wie kann man Netzrückwirkungen durch Oberwellen vermeiden?
Zur Vermeidung der Netzrückwirkungen oder zur Verbesserung des cos Ø werden die Oberströme durch Filterkreise abgesaugt oder die Blindströme kompensiert.
Was ist eine Schwingungspaketsteuerung?
Bei einer Schwingungspaketsteuerung wird ein Verbraucher abwechselnd für eine bestimmte Anzahl von Perioden immer im Nulldurchgang der Netzspannung ein- und ausgeschaltet. Dadurch wird erreicht, dass der Strom entweder sinusförmig oder Null ist.
Was ist eine Folgesteuerung?
Bei einer Folgesteuerung wird der Steuerwinkel a nur bei einem von zwei (oder mehreren) gleichstromseitigen in Reihe geschalteten Stromrichtern verstellt. Dadurch wird die dem Netz entnommene Blindleistung bei gleicher Spannung kleiner als bei der Speisung durch einen einzelnen Stromrichter oder bei gleichzeitiger Verstellung beider Stromrichter.
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- Lutz Seibert (Author), 2000, Referat über Netzrückwirkungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/101697
