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Alle Systeme im Stromnetz verlangen eine saubere und normgerechte Spannung, die einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Doch in der Praxis sieht es ganz anders aus.

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Für ein gesundes Netz Weniger Verzerrungen und mehr Nachhaltigkeit mit Ultra-Low Harmonic Drives

04.07.2022

Sauberen Strom aus dem Stromnetz beziehen, das ist nicht selbstverständlich. Betrachten man den Signalverlauf im Stromnetz etwas genauer, entdeckt man erschreckendes: Verzerrungen, Signalverschiebungen, Peaks oder Dropouts. Diese Erscheinungen sind die primären Feinde einer jeden elektronischen Schaltung und das ist gefährlich! Sie lassen sich aber vermeiden!

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Fällt die Maschine aus, steht die Produktion. Verweigern in Prozessanlagen Wasserpumpen oder Kühlsysteme den Betrieb, kann es zu Explosionen kommen und Leben werden gefährdet. Beispiele gibt es ohne Ende. Doch wie kommt es zu den Systemausfällen?

Alle Systeme im Stromnetz verlangen eine saubere und normgerechte Spannung, die einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Doch in der Praxis sieht es ganz anders aus. Die Signalform hat oft nichts mit einer sauberen Sinusschwingung zu tun. Die teilweise extremen Signaldeformationen sind für die Elektronik in den Systemen Gift. Die Frage nach den Ursachen dieser zerstörerischen Kräfte ist erlaubt. Die Hauptverantwortlichkeit für diese Verzerrungen liegt in der Belastung des Stromnetzes mit nichtlinearen elektrischen Leistungsverbrauchern.

Hier sind in erster Linie Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, LED-Beleuchtungen und Computer zu nennen. Durch ihr spezifisches Lastverhalten, das kapazitiv oder induktiv geprägt sein kann, erzeugen sie abweichend von den normierten Netzparameter unterschiedliche Frequenzen, verschobene Phasenlagen oder abweichende Amplituden, die zu problematischen Oberschwingungen führen.

Auswirkung der Oberwellen beachten

Durch die unerwünschten Oberschwingungen kann es zu Fehlfunktionen, Fehlanzeigen oder sogar zu völligen Geräteausfällen kommen. Verzerrungen eines Signals von über 100 Prozent können auch unbeabsichtigt die Sicherheitsfunktionen eines elektrischen Systems aktivieren und beispielsweise Sicherungsautomaten oder Leistungsschalter auslösen. Kleinere Übel sind flackernde Beleuchtungen oder Anzeigenpanels.

Je ausgeprägter die Oberwellen die Netzspannung verunreinigen, desto mehr Verlustleistung in Form von Wärme entsteht in Verbrauchern wie Motoren, aber auch in Kabel und Trafos. Dieser Worst Case muss berücksichtigt und in entsprechende Kühlkonzepte einkalkuliert werden. Zudem müssen auch Bauteile in den Eingangsstufen entsprechend „überdimensioniert“ werden, um der zusätzlichen Belastung der Oberwellen stand zu halten.

Mit der Verwendung von Ultra-Low Harmonic Drives lassen sich all diese negativen Auswirkungen wirkungsvoll verhindern.

Schädliche Oberwellen im Griff

Herkömmliche Frequenzumrichter erzeugen Netzverzerrungen von 35 bis 100 Prozent. Diese lassen sich nur mit einem hohen schaltungstechnischen Aufwand in Form komplexer ihnen nachgeschalteten Filterlösungen eliminieren. ABB geht mit seinen Ultra-Low Harmonic Drives einen anderen Weg. Hier verrichten optimal aufeinander abgestimmte Netz- und Motorwechselrichter in einem kompakten Modul ihren Dienst. Der Hersteller garantiert dabei maximale Harmonische von nur drei Prozent, also eine Reduktion um 97 Prozent.

Klein und effizient im Schaltschrank

Da ein Ultra-Low Harmonic Drive von ABB keine externen Filter benötigt, ist es in puncto Platzbedarf sehr genügsam. So erreicht das System gegenüber herkömmlichen Lösungen eine Platzersparnis von bis zu 70 Prozent und punktet zudem durch eine einfache Verkabelung und Installation.

Passivfilter verursachen auch einen signifikanten Spannungsabfall sowie eine reduzierten Leistungsfaktor im Teillastbereich. Diese Nachteile haben Ultra-Low Harmonic Drives nicht, sodass der gesamte Antriebsstrang mit geringeren Verlusten, einer stabilen Motorspannung und besonders geringen Netzrückwirkungen sehr energieeffizient arbeitet. Außerdem reduziert sich der Inbetriebnahme- und Engineering-Aufwand, da bei der ABB-Lösung der Leistungsfaktor frei einstellbar ist.

Kostenbetrachtung und mehr

Durch die kompakte Bauweise, die innovative Technologie und die einfache Installation ist das Ultra-Low Harmonic Drive sehr kosteneffizient. Dabei spielen nicht nur die Kosten für die zusätzlichen Komponenten eine Rolle, sondern auch die integrierten und optionalen Tools, die eine schnelle und intuitive Bedienung durch die smarten Assistenten ermöglichen. Somit lassen sich mit dem ABB-System Kostenvorteile von circa 56 Prozent im Vergleich zu einem 6-Puls-Umrichter mit Passivfilter erzielen.

Darüber hinaus offeriert ABB eine umfangreiche Software-Suite wie Drive and Motor Selector, Design-Tool und Integrations- und Programmiertools wie DriveSize, DriveUpgrade oder Automation Builder, die den Entwicklern bei der Auswahl, Dimensionierung und dem Einbinden in ein System unterstützen. Für die Inbetriebnahme und Wartung kann der Anwender Tools nutzen, um die spezifischen Parameter einfach und verständlich zu visualisieren. Dazu zählen etwa der FanSave, der PumpSave oder der EnergySave Rechner. Alle Tools gemeinsam erleichtern die Usability und gewährleisten eine nachhaltige, positive User Experience der Lösungen beim Anwender.

Das vorrangige Ziel von ABB ist, die Kunden in jeder Phase von der Entwicklung bis hin zur betriebsnahen Wartung lückenlos zu unterstützen.

Bildergalerie

  • ABB bietet seine Ultra-Low Harmonic Drives in vielen Leistungsklassen für ein breites Anwendungsspektrum an.

    Bild: ABB

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