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Reduzierung von Netzoberwellen korrekt berechnen

8. Juli 2009, 11:58 Uhr | Andrzej Pietkiewicz und Stefan Melly

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Reduzierung von Netzoberwellen korrekt berechnen

Dies legt den Schluss nahe, dass der Effektivwert des Wirkstroms I_a, der proportional zu der von der Spannungsquelle bezogenen Wirkleistung ist, im Falle von nichtlinearen Lasten – etwa dem Brückengleichrichter – deutlich vom Wert des Eingangstroms I abweichen kann. Das heißt, es ist nicht möglich, den Wirkstrom I_a zu bestimmen, wenn lediglich der Eingangsstrom I bekannt ist. Am einfachsten wird der Wert I_a aus der bezogenen Wirkleistung berechnet:

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Dabei ist P die vom Drehstromnetz bezogene Wirkleistung und U_{p – n} der Effektivwert der Spannung zwischen Phase und Neutralleiter. Der Wert der Wirkleistung P kann wie folgt berechnet werden:

Dabei ist P_M die vom Motor bezogene Wirkleistung und η der Wirkungsgrad des Umrichters (typisch 0,96).

Das ideale Oberwellenfilter

Zum besseren Verständnis kann ein Oberwellenfilter als ideales Bauteil betrachtet werden, wenn es einen Blindstrom i_b vollständig eliminieren kann, also die Oberwellen beseitigt und die Phasengleichheit für die Grundwelle herstellt. Somit wandelt dieses Filter den nichtsinusförmigen Eingangsstrom in einen sinusförmigen um und damit auch die nichtlineare Last in eine lineare, die ausschließlich den Wirkstrom i_a bezieht. Wird ein verlustfreier Betrieb des Filters angenommen, so werden sich die bezogene Wirkleistung aufgrund des Filters und daher auch der Wirkstrom i_a nicht ändern beziehungsweise erhöhen.

Wichtige Erkenntnisse

Für serielle passive Oberwellenfilter am Eingang einer Gleichrichterbrücke lassen sich folgende Aussagen treffen:

In den Diagrammen (Bild 6) ist der Blindstrom i_b (rot) kaum noch zu sehen (Tabelle 1).
Die Effektivwerte des Eingangsstroms i (weiß) sind reduziert, die Stromform ist fast sinusförmig (frei von Oberwellen, Tabelle 2).
Der Wirkstrom i_a (grün) ist praktisch unverändert geblieben. Der Stromanstieg kommt daher, dass ein Oberwellenfilter niemals ideal, sondern immer leicht verlustbehaftet ist. Aufgrund der geringen Filterverluste ist der Anstieg der Wirkleistung bei der Verwendung eines ECOsine-Oberwellenfilters jedoch zu vernachlässigen (Tabelle 3).