Aktiver Oberwellenfilter Ultra AHF auf Siliziumkarbid-MOSFET-Basis (SiC)
Was sind Harmonische?
Oberschwingungen bezeichnen zusätzliche Frequenzen in einem elektrischen System, die Vielfache der Grundfrequenz sind. In einem idealen Stromnetz beträgt die Grundfrequenz typischerweise 50 oder 60 Hz, je nach Region. Durch nichtlineare Lasten und andere Störungen können jedoch Oberschwingungen im System auftreten.
Oberschwingungen von nichtlinearen Lasten Nichtlineare Lasten, wie beispielsweise Leistungselektronikgeräte (z. B. Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzumrichter), können Verzerrungen im Stromverlauf und damit Oberwellenströme verursachen. Diese Oberwellenströme weisen Frequenzen auf, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind. So hat die zweite Oberwelle die doppelte, die dritte die dreifache Grundfrequenz usw.
Welche Auswirkungen haben Obertöne?
Oberschwingungen sind Frequenzanteile, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz in einem elektrischen System darstellen. In Stromversorgungssystemen können Oberschwingungen durch nichtlineare Lasten wie Leistungselektronik, Frequenzumrichter und bestimmte Beleuchtungsarten verursacht werden. Diese nichtlinearen Lasten erzeugen nichtsinusförmige Stromverläufe, was zu Oberschwingungsverzerrungen in den Spannungs- und Stromverläufen des Stromversorgungssystems führt.
Die häufigsten Geräte zur Erzeugung von Oberschwingungen sind: Schaltnetzteile, Schweißgeräte, USV-Anlagen, ältere Frequenzumrichter mit Thyristor-Leistungswandlertechnologie, Motorantriebe, Umrichter mit gesteuerten Gleichrichtern, DC-Controller für DC-Antriebe, Induktionsöfen.
Die gebräuchlichsten Geräte zur Erzeugung von Oberschwingungen durch nichtlineare Lasten
Welche Auswirkungen haben Obertöne?
Die Auswirkungen von Obertönen lassen sich in verschiedene Bereiche einteilen:
● Geräteüberhitzung: Oberwellenströme, die durch Transformatoren, Kabel und andere Komponenten fließen, können aufgrund der mit Oberwellen verbundenen zusätzlichen Verluste zu erhöhter Erwärmung führen. Dies kann die Lebensdauer der Geräte verkürzen, die Wartungskosten erhöhen und sogar zum Geräteausfall führen.
● Strom- und Spannungsverzerrung: Oberwellenströme können Spannungsverzerrungen verursachen, die zu einer verzerrten Versorgungsspannungswellenform führen. Dies kann empfindliche elektronische Geräte beeinträchtigen und Fehlfunktionen sowie erhöhte Fehlerraten zur Folge haben. Oberwellenströme können auch durch den Neutralleiter fließen, was zu Stromverzerrungen im Neutralleiter und zusätzlicher Erwärmung des Neutralleiters führt.
● Resonanz: Oberschwingungen können mit der Systemimpedanz interagieren und Resonanzbedingungen erzeugen, wodurch die Reaktion des Systems auf bestimmte Frequenzen verstärkt wird. Resonanz kann zu erhöhter Spannungs- und Stromverzerrung, Geräteschäden und Systeminstabilität führen.
● Verschlechterung der Stromqualität: Oberschwingungen können zu einer verminderten Stromqualität führen, darunter ein reduzierter Leistungsfaktor, ein erhöhter Klirrfaktor (THD) und eine gestörte Wellenformsymmetrie. Dies kann zu erhöhten Energieverlusten, einer geringeren Systemeffizienz und höheren Stromkosten führen.
● Störungen: Oberwellen können elektromagnetische Störungen (EMI) in Kommunikationssystemen verursachen und den Betrieb empfindlicher Geräte wie Telekommunikationssysteme, Audio-/Videosysteme und Datennetze beeinträchtigen.
Zur Minderung der Auswirkungen von Oberschwingungen können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, darunter der Einsatz von Oberschwingungsfiltern, die Entwicklung und der Betrieb von Stromversorgungssystemen mit geringer Oberschwingungsverzerrung sowie die Einhaltung der einschlägigen Normen und Richtlinien zur Oberschwingungskontrolle.
Abmessungen
Intone Power-AHF Aktiver Oberwellenfilter
Der aktive Oberwellenfilter Intone Power AHF ist eine optimale und umfassende Lösung für Probleme der Stromqualität im Stromnetz, wie z. B. Oberwellen, Blindleistung und dreiphasige Lastunsymmetrie. Der parallel zum Stromnetz geschaltete Intone Power AHF erkennt Oberwellen im Netz rechtzeitig, generiert über den Umrichter einen Phasenkompensationsstrom und filtert die Oberwellen dynamisch.
Die aktiven Oberschwingungsfilter (AHF) von Intone Power sind statische Leistungselektronikprodukte, die digitale Logik und IGBT-Halbleiter nutzen, um eine Stromwellenform zu erzeugen, die in das Stromnetz eingespeist wird, um Oberschwingungsströme, die durch nichtlineare Lasten verursacht werden, zu kompensieren. AHF verwenden Stromwandler, um den Laststrom zu messen und den Anteil der vorhandenen Oberschwingungen zu bestimmen. Der Betrieb von AHF wird durch unterschiedliche Lastformen und Netzstrukturen nicht beeinträchtigt. Da keine Oberschwingungsschwingungen im System entstehen, wird eine optimale Oberschwingungsunterdrückung unter verschiedenen Lasten gewährleistet.
Interne Topologiestruktur des aktiven Oberwellenfilters
AHF kann zudem einen niedrigen Verschiebungsleistungsfaktor (DPF) korrigieren und den Netzstrom ausgleichen. Die DPF-Korrektur ist sowohl für kapazitive als auch für induktive Lasten möglich, die einen niedrigen DPF verursachen. Der Netzstromausgleich erfolgt durch Messung des vorhandenen Gegenstroms und Einspeisung des inversen Gegenstroms, um den Strom im vorgelagerten Netz auszugleichen. Intone Power-AHF steuert außerdem die Stromunsymmetrie dreiphasiger Lasten und trägt so umfassend zur Verbesserung der Netzqualität bei.
Die Hauptfunktionen
● Kombination der FFT-Methode und der Theorie der Momentanleistung
● Multifunktional – Kombination aus Oberwellenunterdrückung, Leistungsfaktorkorrektur (sowohl induktive als auch kapazitive Leistung) und Unsymmetriekompensation
● Breiter Oberwellenfilterbereich: von der 2. bis zur 51. Ordnung
● Hervorragende Unsymmetriekorrektur: Sowohl negative als auch Nullsequenzen werden ausgeglichen, ebenso wie der Neutralleiterstrom.
● Hohe Oberwellenfiltereffizienz von > 98,4 %
Hauptfunktionen des aktiven Oberwellenfilters
● Schnelle Reaktionszeit: weniger als 5 ms
● Hohe Stabilität – Vermeidung von Resonanzen durch automatische Oberwellenunterdrückung
● Breiter Eingangsspannungs- und Frequenzbereich, geeignet für raue elektrische Umgebungen.
● Frei von Überlastung dank automatischer Strombegrenzung am Ausgang
● 7- oder 10-Zoll-Touchscreen-HMI zur Programmierung und Überwachung verschiedener elektrischer Parameter, PQ-Parameter, Alarme und Protokolle
● Parallelschaltung möglich: Bis zu 12 Module können parallel geschaltet werden.
● Flexible Anwendung: Modulares Design, eingebettet in Standard- oder kundenspezifische Gehäuse
● Umweltverträglichkeit: Temperaturbereich von 10 °C bis 50 °C (ohne Leistungsreduzierung)
● Einfache Installation und Wartung – Plugin-Installation von AHF-Modulen zum Austausch oder zur Erweiterung
● Hardware-Schutz: V-Bus-Überspannungsschutz; Überspannungsschutz
● Softwareschutz: Sofortiger Wechselstrom-Überstromschutz; Effektiver Wechselstrom-Überstromschutz; Überspannungsschutz (V-Bus); Überspannungsschutz (Wechselstrom); Unterspannungsschutz (Wechselstrom); Übertemperaturschutz;
Rack- und Wandmontagemodule
Die Rackmodule des aktiven Oberwellenfilters (AHF) von Intone Power sind für den Einbau in ein Rack oder einen Schrank konzipiert. Diese Module enthalten typischerweise die notwendigen Komponenten wie Leistungselektronik, Steuerschaltungen und Kühlsysteme zur Blindleistungskompensation. Rackmontierte Module werden häufig in industriellen Anwendungen, Rechenzentren und großen Elektroinstallationen eingesetzt, wo mehrere AHF-Einheiten benötigt werden.
Rackmodule mit aktivem Oberwellenfilter
Die wandmontierten Module des aktiven Oberwellenfilters (AHF) sind für die direkte Wand- oder Montagemontage konzipiert. Es handelt sich um kompakte Einheiten, die alle notwendigen Komponenten in einem einzigen Gehäuse integrieren und sich daher ideal für kleinere Anwendungen oder beengte Platzverhältnisse eignen. Wandmontierte AHF-Module werden häufig in Gewerbegebäuden, Büros und kleineren Elektroinstallationen eingesetzt.
Wandmontierte Module des aktiven Oberwellenfilters
Die Intone Power-AHF-Module unterstützen folgende Ströme: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, von 220V bis 690V, sowohl für 50Hz- als auch für 60Hz-Netze.
Sowohl rackmontierte als auch wandmontierte AHF-Module dienen demselben Zweck der Blindleistungskompensation und Spannungsstabilisierung. Die Wahl zwischen den beiden hängt von den spezifischen Anforderungen der Installation, dem verfügbaren Platz und weiteren Faktoren wie Skalierbarkeit und Erweiterungsmöglichkeiten ab.
Vorteile eines aktiven Oberwellenfilters
Verbesserte Stromqualität
Der offensichtlichste Vorteil aktiver Oberwellenfilter liegt in der Verbesserung der Stromqualität. Durch die aktive Reduzierung von Oberwellen und die Korrektur von Leistungsfaktoren gewährleisten diese Filter eine stabile und saubere Stromversorgung. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung von Spannungsverzerrungen, minimiert das Risiko von Geräteausfällen und verbessert die Gesamtleistung empfindlicher Geräte.
Energieeffizienz
Aktive Oberschwingungsfilter tragen auf verschiedene Weise zur Verbesserung der Energieeffizienz bei. Indem sie den Bedarf an Blindleistung aus dem Netz verringern, reduzieren sie Energieverluste. Darüber hinaus ermöglichen sie einen effizienteren Betrieb von Geräten, indem sie einen Leistungsfaktor nahe eins aufrechterhalten. Dies führt zu niedrigeren Energiekosten und einer geringeren Umweltbelastung.
Vorteile des aktiven Oberwellenfilters
Vorteile des aktiven Oberwellenfilters
Oberschwingungen können elektrische Geräte schädigen. Sie können zu Überhitzung, verkürzter Lebensdauer und in manchen Fällen sogar zu Totalausfällen führen. Aktive Oberschwingungsfilter spielen daher eine entscheidende Rolle beim Schutz der Geräte vor diesen schädlichen Auswirkungen und gewährleisten so den einwandfreien Betrieb der Anlagen.
Einhaltung der Standards
Viele Länder und Regionen haben strenge Vorschriften und Normen zur Sicherstellung der Stromqualität. Aktive Oberwellenfilter helfen Anlagenbetreibern, diese Anforderungen zu erfüllen, indem sie den Leistungsfaktor und die Oberwellenverzerrung effektiv kontrollieren. Die Einhaltung dieser Vorschriften vermeidet nicht nur potenzielle Strafen, sondern gewährleistet auch eine zuverlässige und stabile Stromversorgung.
Kosteneinsparungen
Die Installation aktiver Oberschwingungsfilter wie SVGs verursacht zwar anfängliche Kosten, die langfristigen Kosteneinsparungen können jedoch erheblich sein. Niedrigere Energiekosten, reduzierte Wartungskosten und eine längere Lebensdauer der Anlagen tragen zu einer überzeugenden Rendite bei.
Typische Anwendungen von aktiven Oberwellenfiltern
Aktive Oberwellenfilter finden Anwendung in einer Vielzahl von Branchen und Anlagen, in denen Stromqualität und Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung sind. Einige typische Anwendungsbereiche sind:
Produktionsanlagen
In Produktionsumgebungen treten häufig zahlreiche nichtlineare Lasten auf, wie z. B. Frequenzumrichter, Schweißgeräte und CNC-Maschinen. Diese Lasten erzeugen bekanntermaßen Oberschwingungen, die zu Problemen mit der Stromqualität führen können. Aktive Oberschwingungsfilter werden eingesetzt, um eine stabile Stromqualität zu gewährleisten, Geräteausfallzeiten zu minimieren und den Energieverbrauch zu optimieren.
Aktiver Oberwellenfilter in Produktionsanlagen
Rechenzentren
Rechenzentren reagieren äußerst empfindlich auf Störungen der Stromqualität. Jede Unterbrechung der Stromversorgung kann zu Datenverlust und Systemausfällen führen. Aktive Oberwellenfilter werden eingesetzt, um Spannungsverzerrungen zu verhindern und den kontinuierlichen Betrieb kritischer IT-Infrastrukturen zu gewährleisten.
Aktiver Oberwellenfilter im Rechenzentrum
Gewerbegebäude
In Gewerbegebäuden gibt es zahlreiche Verbraucher, darunter Beleuchtung, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Aufzüge, die die Stromqualität beeinträchtigen können. Aktive Oberschwingungsfilter tragen dazu bei, die Stromqualität zu erhalten, Energiekosten zu senken und Gebäudesysteme zu schützen.
Aktiver Oberschwingungsfilter im HLK-System
Systeme für erneuerbare Energien
Mit dem zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie spielen aktive Oberschwingungsfilter eine entscheidende Rolle für die Qualität des erzeugten und ins Netz eingespeisten Stroms. Sie tragen zur Regulierung der Leistung dieser fluktuierenden Energiequellen bei und machen sie dadurch zuverlässiger und effizienter.
Aktiver Oberwellenfilter in der Ladestation für Elektrofahrzeuge
Große Industrieanlagen
Große Industrieanlagen mit einer Vielzahl von Maschinen und Prozessen stehen häufig vor Herausforderungen im Bereich der Stromqualität. Aktive Oberwellenfilter werden eingesetzt, um Leistungsfaktoren zu optimieren und Oberwellen zu reduzieren, was zu einer verbesserten Effizienz und einem besseren Schutz der Anlagen führt.
Aktiver Oberwellenfilter in Elektrolichtbogenöfen