Hocheffizientes aktives Oberschwingungsfilter

zur Eliminierung von Oberschwingungen von nicht linearen Verbrauchern

Anwendungsgebiete für aktive Oberschwingunsfilter

Die wenigsten elektrischen Verbraucher der heutigen Zeit sind lineare Verbraucher. Das bedeutet Ihre Stromaufnahme ist nicht linear zur Sinusförmigen Netzspannung, denn Gleichrichter wie man sie in nahezu allen elektronischen Geräten findet verursachen einen nicht Sinusförmigen Eingangsstrom. Hierdurch entsteht eine Verzerrung der Netzspannung in Form von Oberschwingungen.

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    Diese Verzerrung wird typischerweise anhand des THDi bewertet and gilt je nach Norm für Oberschwingungen bis zur 40. oder 50. Ordnung. Unsere Spannungsversorgung hat  eine Frequenz von 50Hz, somit ist der Bereich zwischen 100Hz und 2,5kHz berücksichtigt.

    Oberschwingungen verursachen verschiedene Auswirkungen. Besonders häufige Symptome einer zu starken Oberschwingungsbelastung sind:

      • Stark reduzierte Lebensdauer von elektronischen Komponenten
      • Überlastung von Kondensatorbänken (PFC)
      • Erhöhter Energieverbrauch
      • Reduzierte Lebenserwartung von Anlagen
      • Vibrationsschäden an Motoren und rotierenden Komponenten
      • Störungsanfällige Anlagen

    Erfahren Sie mehr zum Thema Oberschwingungen im Bereich Learning oder besuchen Sie unser Webinar zum Thema Oberschwingungen von Frequenzumrichter.

Aktive Oberschwingungsfilter zeigen grundsätzlich signifikante unterschiede auf. Das RHF-Active nimmt dabei Abstand von der konventionellen IGBT Technologie und setzt dabei auf die SiC Technologie (Siliziumkarbid Leistungsmodule).

Diese Technologie bietet einige Vorteile gegenüber der 3-Level IGBT Technologie oder gar der 2-Level IGBT Topologie.

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    • Geräuschlos. Durch die hohe Taktfrequenz von >50kHz operiert das RHF-Active Geräuschlos und ist damit nicht nur der Industrie vorbehalten.
    • Energetisch. Durch die höhere von Effizienz (~98,5%) kann bis zu 75% an Energie eingespart werden im vergleich zu alternativen Lösungen.
    • Platzsparend. Durch die hohe Effizienz wird eine besonders kompakte Bauform möglich.
    • Einfach. Durch das geringes Gewicht von max. 18kg Modul ist eine einfache Installation oder Austausch ohne Hilfsmittel möglich.
    • Präzise. Höhere Genauigkeit bei der Kompensation von Oberschwingungen, insbesondere die höherer Ordnung.

    Neben dieses technologischen Vorsprung, wird das RHF-Active vorparametriert für Ihre Anwendung geliefert. Dadurch ist die Installation und Inbetriebnahme besonders einfach.

RHF-Active – hocheffizientes
RHF Aktiv Diagramm

Das Funktionsprinzip des REVCON RHF-Active unterscheidet sich grundlegend von anderen Oberschwingungslösungen. Im Gegensatz zum Netzfilter mit abgestimmten passiven Filterkreisen, wird die aktive Lösung parallelgeschaltet und injiziert Oberschwingungen in den Knotenpunkt. Diese Oberschwingungen werden mit einer Phasenverschiebung von 180° injiziert, um so die von der Last generierte Verzerrung zu kompensieren. Die Summe dieser Ströme ist sinusförmig.

Das RHF-Active kann für Blindleistungskompensationen, Ausgleich von unsymmetrischen Belastungen und zur Vermeidung von Oberschwingungen verwendet werden, oder zeitgleich alle Netzverzerrungen dämpfen. Für die Eliminierung von Oberschwingungen kann der THDi auf ein beliebiges Niveau skaliert werden, um Normen oder Richtlinien wie beispielsweise die IEEE519-2014 einzuhalten.

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    Die 3 Vorteile gegenüber einer passiven Lösung sind:

    1. Kompensation von unbekannten Oberschwingungen.

    Ein passives Filter wird stets für eine bestimmte Last mit einem bestimmten Oberschwingungsspektrum ausgelegt. So sind z.B. unsere RHF-5P und RHF-8P als Filter für ein Frequenzumrichter konzipiert. Aktive Filter hingegen können für viele verschiedene Lasten eingesetzt werden. Die Zusammensetzung der Oberschwingungen darf dabei variieren und kann auch dynamisch sein.  So sind unsere aktiven Oberschwingungsfilter ideal um auch die Summe von verschieden Verbraucher zu eliminieren.

    2. Dezentrale Kompensation von Oberschwingungen

    Für  die Kompensation von vielen gemeinsamen Frequenzumrichter oder als Nachträgliche Installation bietet aktive Oberschwingungsfilter einen enormen Vorteil. Die Installation ist dabei an jedem punkt im Niederspannungsnetz möglich und der Platzbedarf in der Regel deutlich geringer.

     

    3.  Vermeidung von Blindleistung

    Passive Oberschwingungsfilter verursachen grundsätzlich im Lastbereich 0-~30% Blindleistung. Für anlagen die dauerhaft im Teillastbereich arbeiten, ist das ein Nachteil. Das aktive Oberschwingungsfilter verursacht keine ungewollte Blindleistung und kann somit einen pf von nahezu 1 unabhängig vom Arbeitspunkt erreichen.

     

    Die RHF- Active range basiert größtenteils auf SiC (siliziumkarbid) Technologie, wodurch es das effizienteste und  kompakteste Filter dieser Art ist. Diese Technologie bieten wir für alle Leistungsbereiche an. Nutzen Sie unser Auswahlmenu unten and finden Sie weitere Angaben zum Produkt im Datenblatt.

Das RHF-Active kann Grundsätzlich in jeder Applikation eingesetzt werden. Dabei kann Das Filter sowohl unmittelbar an einer nicht linearen Last eingesetzt werden, oder auch als zentrale Oberschwingungskompensation an der Einspeisung. Häufige Anwendungen sind dabei Datacenter, Pumpenantriebe, Kompressoren oder Belüftungsanlagen.

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    Das Filter wird sowohl in rein Symmetrischen 3-Leiter Netzen (3P3W) eingesetzt, wie auch in 4-Leiter Netzen mit einphasigen Verbrauchern (3P4W).

    Häufig wird dabei das RHF-Aktive Filter als alternative zu einem passiven Filter gewählt, wenn die Installation bereits erfolgt ist. Dabei kann dann ein einzelnes aktives Filter den Summenstrom aus mehreren Lasten Filtern. Aber auch in neu auszulegenden Anlagen kann das RHF-Active aufgrund seines Platz- und Gewichtsvorteils eine interessante alternative sein.

    Grundsätzlich ist immer dann ein Filter Sinnvoll, wenn kontinuierlich Last abgenommen wird, denn die Schäden durch Oberschwingungen wirken besonders wenn sie über einen längeren Zeitraum bestehen. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn das Verhältnis aus nichtlineare Last zu Gesamtanschlussleistung besonders hoch ist. In diesem Fall ist eine Oberschwingungskompensation zwingend notwendig um unmittelbare Schäden zu vermeiden.

    Schauen Sie auf unsere Referenzen für weitere Beispiele wo bereits erfolgreich RHF Filter eingesetzt werden. Hier finden Sie auch unsere Testberichte, die die Filterwirkung mit dem entsprechenden Frequenzumrichter bestätigen.

    Zögern Sie im Falle von offenen Fragen nicht unsere Kollegen zu Kontaktieren.

Rechenzentrum, Anwendungsbereiche für RHF Active
Anwendungsgebiete für aktive Oberschwingunsfilter

Aktive Oberschwingungsfilter sind Schaltungen, die Oberschwingungen in das Netz bzw. in den Knotenpunkt einspeisen. Aufgrund dieser parallelen Topologie ist der erforderliche Filterkompensationsstrom IHFC in der Regel deutlich kleiner als der Laststrom.

Die erste Zahl im Typenschlüssels eines RHF-Active identifiziert den Nennkompensationsstrom. Ein RHF-Active 55-480-50/60-20-A ist demnach für 55A Kompensationsstrom geeignet.

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    Der Kompensationsstrom kann auf vielen Arten berechnet werden oder basiert auf einer Netzanalyse.
    Basierend auf der folgenden Gleichung, kann eine Annäherung an den benötigten Filterkompensationsstrom IHFC erreicht werden.

    Formel zur Berechnung desKompensationsstrom(die Herleitung zu dieser Formel finden Sie hier)

    Nach einer  Verbesserung des Netzstroms mit einem aktiven Oberschwingungsfilter verbessert sich die Spannungsverzerrung. Dies führt wiederum zu einer höheren Verzerrung des Laststroms führt. Daher empfehlen wir ein Sicherheitsfaktor (1,062) hinzuzufügen um diesen Effekt und einige weitere Effekte auszugleichen. Dieser Faktor basiert auf Erfahrungswerten und kann je nach Netzbedingungen erheblich abweichen. Der Faktor basiert auf RHF-Aktivfiltern mit SiC-Technologie. Bei Verwendung des 3-Level-IGBT sollte ein Faktor von 1.071 verwendet werden.

     

    Für die Berechnung des Filterkompensationsstromes, wird der Nennstrom der Last IRMS benötigt. Die relevanteste nichtlineare Last sind Frequenzumrichter. Hersteller von Frequenzumrichter geben typischerweise den Nenneingangsstrom an, dabei bezieht sich dieser typischerweise auf den maximal möglichen Eingangsstrom, und berücksichtigt zudem ggf. Netztoleranzen. Der tatsächliche Eingangsstrom kann daher Signifikant abweichen. Im folgenden Dokument „RHF-Active-Design Guide“ sind typische Umrichter Eingangsströme zu finden. Diese berechneten Werte basieren auf Motoren mit Wirkungsgrad IE3 oder höher. Motoren mit niedrigerem Wirkungsgrad verursachen teilweise höhere Eingangsströme. Die in den Tabellen gezeigten Ergebnisse geben den erforderlichen Kompensationsstrom an. Zur Berechnung des erforderlichen Filterstroms sollte der oben genannte Faktor 1,062 (SiC) bzw. 1,071 (3-Level IGBT) verwendet werden.

    RHF-Active Design Guide

    Die im RHF-Active Design Guide berechneten Eingangs- und Kompensationsströme sind Näherungswerte und dürfen nicht als Ersatz für eine detaillierte Oberschwingungsanalyse herangezogen werden.

Sollte das für Sie passende Filter nicht dabei sein, zögern Sie nicht uns zu kontaktieren. Durch unser umfangreiches Portfolio und unsere langjährige Erfahrung sind wir in der Lage kurzfristig und kosteneffizient Sonderauslegungen zu ermöglichen.