Kontaktlose Energieübertragung für Transportfahrzeuge Kondensator-Array zur Blindleistungskompensation

Spezielle Kondensatoren-Array sind weniger anfällig bei Störungen.
Spezielle Kondensatoren-Arrays sind weniger anfällig bei Störungen.

Induktiv mit Energie versorgte Transfersysteme sind wenig anfällig für Störungen. Um Blindspannungen zu kompensieren, die entlang des das Magnetfeld erzeugenden Kabels auftreten, sind spezielle Kondensatoren gefragt, z.B. die von FTCAP für den Energiesystemhersteller Vahle produzierten Folienkondensatoren.

In modernen Produktionsstätten müssen häufig Komponenten oder Werkstücke von einer Station zur nächsten oder in Lager transportiert werden. Dies wurde früher in der Regel von batteriegetriebenen oder mit Schleifkontakten ausgestatteten Fahrzeugen erledigt. Eine Alternative dazu bietet die Firma Vahle, deren System zur kontakt- und berührungslosen Energieübertragung (Contactless Power Supply, CPS) zu Fahrzeugen eines fahrerlosen Transport-Systems (FTS) sich in annähernd 500 Projekten bereits bewährt hat. „Der Vorteil ist“, betont Ulrich Reker, Abteilungsleiter TBE Elektronik für Leistungs- & Datenübertragung bei Vahle, „dass hier keine Stromkabel den Ablauf stören und durch das unter dem Boden verlegte Kabel keine Unebenheiten entstehen“ (Bild 1).

Meist muss das System mehrere Fahrzeuge innerhalb einer Anlage mit Energie versorgen. Gleichzeitig ist es notwendig, dass jedem Fahrzeug ein konstantes, last­unabhängiges Magnetfeld zur Verfügung steht, durch welches die Spannung im Fahrzeug induziert wird. In der Regel wird das Magnetfeld in einem entlang des Fahrwegs verlegten Kabel erzeugt, durch das ein konstanter Wechselstrom fließt. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass die Induktivität des Kabels im Zusammenspiel mit der Frequenz der Wechselspannung zu einer um 90° phasenverschobenen induktiven Blindspannung führt. Zur Kompensation dieser Blindspannung kommen Kondensatoren zum Einsatz, die eine um –90° phasenverschobene Blindspannung erzeugen, wodurch die induktive und die kapazitive Blindspannung sich gegenseitig aufheben.

Keine Aufgabe für gewöhnliche Kondensatoren

Für den praktikablen Einsatz in der Anlage müssen diese Kondensatoren zum einen für Dauerströme bis 70 A bei einer Frequenz von 20 kHz ausgelegt und gleichzeitig spannungsfest bis zu mehreren hundert Volt sein. Dabei ist es wichtig, auch die elektrischen Verluste möglichst gering zu halten. Zur separaten Installation in der Anlage ist es notwendig, die Kondensatoren in einem Gehäuse zu kapseln, wobei sie gleichzeitig einfach kontaktierbar sein müssen. Obwohl das CPS im Jahre 2007 längst etabliert war, war Vahle zu diesem Zeitpunkt unzufrieden mit den verwendeten Kondensatoren. Bis dahin verbaute das Unternehmen Leiterplatten mit parallel und in Reihe geschalteten Einzelkapazitäten. „Dies erwies sich als unpraktikabel bei der Handhabung und Anpassung der Kapazitäten an die jeweilige Anlage“, sagt Reker. „Daher testeten wir Blockkondensatoren bekannter Hersteller. Keiner von diesen konnte jedoch alle Anforderungen erfüllen.“ Denn die am Markt verfügbaren Folienkondensatoren zielen meist auf die breite Abdeckung des Massenmarktes. Sie sind damit auch nicht für Anwendungen mit hohen Dauerströmen bei hohen Frequenzen ausgelegt. Vahle musste diese Kondensatoren vielmehr mit Abstrichen bei den geforderten Leistungskennwerten einsetzen.