Schlüsselwörter
(Deutsch)
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TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Novel Harmonics 3-Phase Rectifier for efficient Motor Systems
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die moderne Leistungselektronik, gepaart mit technologischen Fortschritten im Motorenbau und mit intelligenten Steuerungskonzepten, ermöglicht heute massive Einsparungen im Verbrauch elektrischer Energie. Zahlreiche Energie-Effizienzprogramme tun das ihre, um diese höchst erfreuliche technische Entwicklung zu forcieren und weiter zu optimieren.
Der Anwender moderner Motorensysteme wird mit unangenehmen Nebenerscheinungen konfrontiert: Nichtlineare Ströme und höherfrequente Störungen werden typischerweise nachträglich durch Netz- und lastseitige Entstörfilter bekämpft. Im Bereich Netzrück-wirkungen in Dreiphasen-Hochstromapplikationen besteht ein erheblicher Handlungsbedarf für grundlegende Arbeiten: Die Problematik der zunehmenden nichtlinearen Strombelastung der Niederspannungsnetze durch moderne energieeffiziente Verbraucher ist in diesem Segment heute nur unbefriedigend lösbar. Neue Konzepte in vorwiegend passiver Schaltungstechnik versprechen eine hervorragende Oberwellendämpfung ohne die Nachteile von Switch-Mode Schaltungen bezüglich Zuverlässigkeit, Effizienz und Kosten.
Einige Probleme, welche durch unerwünschte Stromkomponenten verursacht werden:
- Die geforderte Qualität der von den Anbietern zur Verfügung zu stellenden Netzspannung wird beeinträchtigt.
- Die Niederspannungsinfrastrukturen vom Umspann-Transformator bis zum Verbraucher (Motorensystem) müssen überdimensioniert werden.
- Frequenzabhängige Netzfunktionen (zB. Rundsteuerung) und Sicherheitseinrichtungen (zB. FI-Schutzschalter) reagieren sehr empfindlich auf spektrale Verunreinigungen.
Eine optimale Kompensation der Nichtlinearitäten würde eine um bis zu 100% höhere Auslastung der Infrastruktur zulassen. Eine Neuauslegung würde eine entsprechend kompaktere (günstigere) Dimensionierung erlauben. Im Zusammenhang mit den erwähnten Fortschritten der elektrischen Effizienz von Motorensystemen muss angenommen werden, dass die Problematik der nichtlinearen Netzrückwirkungen mittelfristig drastisch verschärft wird. Es ist deshalb nachvollziehbar, dass die Netzbetreiber - wie zB. an der VSE-Jahres-tagung 2007 empfohlen - in Zukunft viel stärker auf die Durchsetzung der einschlägigen Standards [1] pochen wollen, mit Strafkatalogen, die bis hin zur Abschaltung des unein-sichtigen Netzverschmutzers reichen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Schaffner EMV AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Häberle,Norbert
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Ein entscheidender Lösungsansatz zur Bekämpfung der drohenden Stromlücke liegt in der effizienteren Nutzung elektrischer Energie. Geräte der Leistungselektronik tragen dazu einen wesentlichen Teil bei. Um leistungselektronische Anlagen in der benötigten Menge zuverlässig am Netz zu betreiben, müssen unzulässige Netzrückwirkungen, wie Netzoberschwingungen, minimiert werden.
DC- und AC-Drosseln, Harmonische Filter und Spezialtransformatoren sind entweder begrenzt wirksam oder haben andere Nachteile. Neue passive Multipuls-Strom-Splitter sind kostengünstige, kompakte und hoch zuverlässige Oberwellen-Kompensationskonzepte für dreiphasige Lasten. Sie erfassen den Hauptharst der für die nichtlineare Strombelastung verantwortlichen Industrie- und Gebäude-Infrastrukturen.
Die geeignete Kopplung von Interphasen-Stromtransformatoren erlaubt eine starke Redu-zierung des magnetischen Volumens und den Ersatz komplexer Schaltungen durch eine einzige Komponente. Neue magnetische Strukturen ermöglichen die Realisierung optimaler Lösungen für verschiedenste Anwendungsbereiche. Sie sind für Gleichrichter, bi-direktionale Systeme und Wechselrichter hervorragend geeignet. Die Konzepte wurden von Schaffner EMV AG zum Patent angemeldet.
Funktionsmuster für eine Nominal-Last von 4kW bewiesen im Labortest die herausragenden Eigenschaften von Multipuls-Strom-Splittern in Bezug auf Oberschwingungs-Kompensation und Robustheit gegen Spannungs-Asymmetrien. Im Vergleich zu aktiven Frontend-Lösungen sind die Zuverlässigkeit, die EMV und die tiefen Kosten der neuen Technologie hervorzuheben.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Schaffner EMV AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pietkiewicz,Andrzej
Biner,Hans-Peter
Melly,Stefan
Tucker,Andrew
Häberle,Norbert
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The efficient usage of electrical energy is the determining solution in order to avoid future electricity shortage problems. Power electronic systems deliver a major contribution to efficiency improvements. The required number of power electronic systems can only be installed, if the harmonic distortions, which are produced by these systems, can be mini-mised.
DC and AC chokes, harmonic filters and special transformers have either limited perfor-mance or suffer from other disadvantages. Novel passive multipulse current splitters are cost efficient, compact and highly reliable harmonics mitigation concepts for three-phase loads. They cover the majority of industrial and building installations, which are responsible for the non-sinusoidal current loading of the power grid.
The adequate coupling of interphase current transformers allows for a massive reduction of the magnetic volume as well as for the replacement of complex circuits by one single compo-nent. Optimum solutions for very different applications can be realised with novel magnetic structures. They are an excellent choice for rectifiers, bi-directional system front-ends as well as for DC/AC inverters. Schaffner EMV AG has applied patents for these concepts.
Functional prototypes for a nominal load of 4kW proved in laboratory tests the outstanding properties of multipulse current splitters with respect to harmonics cancellation and robust-ness against voltage asymmetry. Reliability, EMC and low cost have to be emphasized, when evaluating this technology versus active front-ends.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Schaffner EMV AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pietkiewicz,Andrzej
Biner,Hans-Peter
Melly,Stefan
Tucker,Andrew
Häberle,Norbert
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Schlussbericht
(Französisch)
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L’exploitation plus efficace de l’énergie électrique est la solution determinante pour prévenir la pénurie d’électricité. Les systèmes d’électronique de puissance y apportent une contri-bution éssentielle. Il est indispensable de réduire les puissances non-linéaires introduites par des courants harmoniques à un minimum, afin de faire tourner les quantités demandées des systèmes d’électronique de puissance sans faute.
Les selfs antiharmoniques, filtres harmoniques et transformateurs spécifiques ont une effica-cité limitée ou d’autres désavantages. Des nouveaux distributeurs de courant passifs pour redresseurs multi-impulsion représentent des concepts bon-marchés, compacts et extrèmement fiables pour charges tri-phasées. Ils couvrent la majorité des installations industrielles ou de bâtiments, responsables pour la charge du réseau électrique par des courants non-linéaires.
Le couplage approprié de transformateurs de courants inter-phases permet de réduire les volumes magnétiques massivement et de remplacer des circuits complexes par un seul composant. Des nouvelles structures magnétiques permettent de réaliser des solutions optimisées pour des applications très différentes. Ils sont parfaitement utilisable pour les redresseurs, dans des systèmes bi-directionels et pour des convertisseurs DC/AC. Schaffner EMV AG a déposé des brevets pour ces concepts.
Des échantillons pour une charge nominale de 4kW ont démontré les qualités excellentes des distributeurs de courant passifs pour redresseurs multi-impulsion concernant la compen-sation d’harmoniques de courant et la robustesse vis-à-vis les asymétries de tension. La fiabilité, la CEM et les coûts faibles de cette nouvelle téchnologie sont à accentuer par rapport aux solutions front-end active.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Schaffner EMV AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pietkiewicz,Andrzej
Biner,Hans-Peter
Melly,Stefan
Tucker,Andrew
Häberle,Norbert
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