Die Low Harmonic Drives-Frequenzumrichter reduzieren den ­Anteil an schädlichen Oberschwingungen von rund 30 % auf 3 %. Das Produktportfolio deckt einen Leistungs- und Spannungs­bereich von 4 kW bis 3,2 MW und 380 bis 690 V ab.

Die Low Harmonic Drives-Frequenzumrichter reduzieren den ­Anteil an schädlichen Oberschwingungen von rund 30 % auf 3 %. Das Produktportfolio deckt einen Leistungs- und Spannungs­bereich von 4 kW bis 3,2 MW und 380 bis 690 V ab. ABB

Die Spannung in einem Drehstromnetz ist idealerweise sinusförmig und hat eine feste Frequenz. Ein Blick in die Realität zeigt allerdings ein anderes Bild: Nichtlineare Lasten – Geräte wie Motorstarter oder konventionelle drehzahl­geregelte Antriebe – prägen schädliche Oberschwingungen in das Netz ein, welche die Netzspannung verzerren. Getreu dem Motto ‘Besser Vorbeugen als heilen‘, erweist es sich als die sinnvollere Strategie, diese Oberschwingungen zu verhindern, als die von ihnen verursachten Schäden zu beheben.

Auch Frequenzumrichter fallen unter die Kategorie der nichtlinearen Verbraucher. Konventionelle Frequenzumrichter mit einer Netzstromverzerrung von 35 % bis zu über 100 % erfordern in der Regel zusätzliche Maßnahmen, um die Netzqualität zu sichern. Deshalb hat ABB eine Serie von Frequenzumrichter vom Typ ‘Ultra Low Harmonic Drives‘ entwickelt, die Oberschwingungen vermeiden. Dabei reicht der Leistungs- und Spannungsbereich von 4 kW bis 3,2 MW und 380 bis 690 V. Mit einer Netzverzerrung des Stroms von 3 % kommen die Umrichter ohne externe Filtermaßnahmen aus und reduzieren den Oberschwingungsgehalt im Vergleich zu konventionellen Frequenzumrichtern um bis zu 97 %. Dadurch sind diese Geräte eine Alternative zu komplexeren oder aufwendigeren Verfahren der Oberschwingungsdämpfung, wie Passiv- oder Aktivfilter.

Achtung Oberschwingung

Eine verzerrte, nicht sinusförmige Wellenform lässt sich als eine Addition von Sinusschwingungen verschiedener Frequenzen, Phasenlagen und Amplituden darstellen. In Motoren, Transformatoren und anderen Einrichtungen verursachen Oberschwingungen unnötigen Energieverlust in Form von Wärme. Diese kann die Einrichtung beschädigen und erfordert daher eine zusätzliche Kühlung oder Überdimensionierung der Geräte (korrekt?). Außerdem können Anzeigen und die Beleuchtung flackern, Leistungsschalter und Sicherungen auslösen sowie Messgeräte falsche Werte anzeigen. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass elektronische Geräte beschädigt werden und Kondensatoren durch Resonanzen ausfallen.

Die verbesserte Qualität der Netzspannung durch eine Reduzierung der Oberschwingungen ist eine wesentliche Anforderung in der Industrie und am öffentlichen Netz, um einen sicheren Betrieb der Prozesse und Verbraucher zu gewährleisten.

Für eine saubere Spannungsversorgung

In den Geräten integriert sind: ein Ultra-Low-Harmonic-Filter, ein aktiver Netzwechselrichter – der sich automatisch auf das Netz abstimmt – und ein Motorwechselrichter. Außerdem ermöglicht die Entwicklung bei den Halbleitern kompaktere Komponenten mit geringeren Verlusten. Darüber hinaus benötigen die Umrichter keine zusätzlichen Einrichtungen zur Oberschwingungsdämpfung oder Leistungskompensation.

Die Geräte eignen sich für nahezu alle Applikationen in der Industrie, um die Spannungsversorgung ‚sauber‘ zu halten. Aber auch das öffentliche Netz, beispielsweise die Bereiche HLK, Wasser und Abwasser, gehören zu den potenziellen Einsatzfeldern. Sowohl die Industrial Drives ACS880 als auch die HLK-Frequenzumrichter ACH580 gibt es als Ultra Low Harmonic Drive-Varianten. Da alle Modelle zur ‚All-compatible‘-Frequenzumrichterfamilie des Unternehmens gehören, vereinfacht dies die Auswahl, die Installation und den Betrieb.

Vorteile gegenüber Alternativen

Obwohl es alternative Lösungen zur Dämpfung oder Eliminierung von Oberschwingungen gibt, haben Frequenzumrichter, die dieses Phänomen erst gar nicht verursachen, Vorteile: Zusammen mit der darauf abgestimmten Software zur Ansteuerung der netzseitigen Leistungshalbleiter erreicht der Ultra Low Harmonic Drive einen geringen Oberschwingungsanteil des Netzstroms von typisch 3 % und erfüllt somit die Grenzwerte des inter­nationalen Standards IEEE 519 und G4/5. Der Oberschwingungs­anteil der Spannung liegt bei unter 1 %. Darüber hinaus reduzieren der Filter und die aktive Ein­speise­einheit zusammen die Oberschwingungen über den gesamten Frequenzbereich und in allen Betriebszuständen des Antriebs – nicht nur bei Nennlast. Ein weiterer Vorteil ist die volle Motorspannung auch bei Netzunterspannung. Es besteht außerdem keine Gefahr von Resonanzen im Netz.

Die Beispiele auf Seite 2 verdeutlichen die Unterschiede zu üblichen Lösungen.

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