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Nichtlineare Lasten, insbesondere in industriellen und gewerblichen Umgebungen, tragen erheblich zu Problemen mit der Stromqualität bei. Ein Paradebeispiel für eine nichtlineare Last ist das Schaltnetzteil (SMPS), das heute in den meisten digitalen elektronischen Geräten weit verbreitet ist. Im Gegensatz zu linearen Lasten ziehen nichtlineare Lasten Strom auf nicht sinusförmige Weise, was zur Entstehung von Oberschwingungsströmen führt.
Das SMPS zieht den Strom in gepulster Form anstatt in einem gleichmäßigen, kontinuierlichen Fluss und erzeugt dadurch harmonische Ströme, die die Spannungswellenform verzerren. Diese Verzerrung wird besonders problematisch, wenn SMPS-Einheiten mit hoher Dichte verwendet werden, da sie erheblich zur Spannungsverzerrung im gesamten Stromnetz beitragen können.
Abbildung 8-1 veranschaulicht dieses Phänomen. Der gepulste Stromverbrauch eines einphasigen SMPS führt zu Spannungsverzerrungen, die allgemein als Spannungsabfall bezeichnet werden. Dies tritt auf, weil Strom hauptsächlich am Scheitelpunkt der Spannungswellenform entnommen wird, um den Glättungskondensator aufzuladen.
Infolgedessen tritt der Spannungsabfall aufgrund der Systemimpedanz nur an der Spitze der Wellenform auf, was zu einer abgeflachten Spannungsspitze führt. Eine solche Verzerrung kann die DC-Busspannung des SMPS verringern, seine Fähigkeit zur Überbrückung von Netzstörungen beeinträchtigen und sowohl die Stromaufnahme als auch die I²R-Verluste erhöhen.
Bei YT Electric verstehen wir die Herausforderungen, die nichtlineare Lasten mit sich bringen, und wissen, wie wichtig es ist, die Stromqualität aufrechtzuerhalten. Unsere Niederspannungs-Aktivfilter und statischen Var-Generatoren (SVGs) sind darauf ausgelegt, diese Probleme direkt anzugehen, indem sie die schädlichen Auswirkungen von Oberschwingungsströmen und Spannungsverzerrungen abschwächen.
Unsere aktiven Niederspannungsfilter sind so konzipiert, dass sie harmonische Ströme, die von nichtlinearen Lasten wie SMPS erzeugt werden, aktiv überwachen und herausfiltern. Durch die Einspeisung gleicher, aber entgegengesetzter Ströme zur Aufhebung der Harmonischen sorgen diese Filter dafür, dass Ihr Stromnetz sauber und stabil bleibt, und verringern die mit Spannungsspitzen und anderen Formen der Verzerrung verbundenen Risiken.
Hauptvorteile:
Unsere statischen Var-Generatoren sind für die dynamische Blindleistungskompensation ausgelegt, die für die Aufrechterhaltung der Spannungsstabilität in Systemen mit schwankender Last entscheidend ist. SVGs reagieren schnell auf Änderungen der Lastbedingungen und liefern oder absorbieren Blindleistung nach Bedarf, um optimale Spannungsniveaus aufrechtzuerhalten.
Hauptvorteile:
To better understand the impact of non-linear loads like SMPS, it's essential to analyze the behavior of harmonic currents as they flow through the distribution system's various impedances. According to Fourier analysis, the 2-pulse current drawn by the SMPS rectifier comprises a fundamental frequency component along with all odd harmonics (3rd, 5th, 7th, 9th, 11th, etc.).
When modeling the distribution system, each SMPS can be seen as a generator of harmonic currents. These harmonic currents, when injected into the power system, interact with the system impedance, leading to voltage drops at corresponding harmonic frequencies. This relationship is governed by Ohm’s Law (Vh = Ih x Zh), where:
Figure 8-2 highlights how system impedance relates to the voltage and current distortion components within a typical power system. By applying Parseval’s Theorem, we can calculate the RMS value of voltage or current distortion, which is essential for determining Total Harmonic Distortion (THD).
THD is a critical metric in analyzing power quality. It’s typically expressed as a percentage of the fundamental component's value. For voltage total harmonic distortion (Vthd), the formula is:
Similarly, current total harmonic distortion (Ithd) is calculated as:
Voltage distortion is influenced by both system impedance and the amount of harmonic current within the system. Higher system impedance, often caused by factors like long cable runs, high-impedance transformers, or weak power sources such as diesel generators, results in greater voltage distortion.
In Figure 8-2, we observe that voltage distortion peaks at the loads themselves. This occurs because the harmonic currents face the full system impedance at this point, which includes cables, transformers, and sources. A common misconception is that low voltage distortion at the service entrance implies minimal distortion at the loads, but this is not necessarily the case. Keeping system impedances low when managing non-linear loads is crucial to mitigate voltage distortion.
To effectively reduce voltage distortion, two approaches are recommended:
Das Verständnis der Beziehung zwischen nichtlinearen Lasten, harmonischen Strömen und Spannungsverzerrungen ist für die Aufrechterhaltung der Stromqualität in modernen elektrischen Systemen von entscheidender Bedeutung. Durch den Einsatz der Niederspannungs-Aktivfilter und statischen Var-Generatoren von YT Electric können Sie die negativen Auswirkungen von Spannungsverzerrungen erheblich reduzieren und so auch in Umgebungen mit einer hohen Dichte nichtlinearer Lasten eine stabile und zuverlässige Stromversorgung gewährleisten.
Bei Anfragen oder Fragen können Sie sich gerne an uns wenden: sales@yt-electric.com
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