Die Formel für Stromober­schwingungen

Stro­m­ober­schwin­gungen belasten das Netz und das Budget. Statt sie aufwendig zu verrin­gern, vermeidet man sie am besten ganz.


Der Bedarf an Rechen­zen­tren welt­weit steigt, genauso wie die zu verar­bei­tenden Daten­mengen und die Leis­tungs­dichte der einzelnen Kompo­nenten.

Bern­hard Siedler, Team Leader Air Condi­tio­ning, ebm-papst Mulfingen

Trotz dieser Entwick­lung konnte in den letzten zehn Jahren der durch­schnitt­liche Jahres­strom­ver­brauch für die Klima­ti­sie­rung der Rechen­zen­tren um elf Prozent­punkte gesenkt werden – im Wesent­li­chen durch den vermehrten Einsatz von regel­barer, effi­zi­enter EC-Tech­no­logie bei Venti­la­toren.

Strom­ver­lauf mit „Passiv PFC“ ebm-papst Seri­en­pro­dukt: Leis­tungs­faktor (λ) = 0,94; THDI 33,5%

Um die Dreh­zahl moderner Motoren genau an den Bedarf anpassen zu können, werden diese mit Frequenz­um­rich­tern betrieben, was in der Folge zur Aufnahme nicht linearer Ströme führt. Es entsteht eine nicht sinus­för­mige Strom­kurve, die sich in eine Summe sinus­för­miger Kurven mit Frequenzen zerlegen lässt, die ein ganz­zah­liges Viel­fa­ches h der Grund­fre­quenz ist. Dies sind Ober­schwin­gungen (Total Harmonic Distor­tion, THDI), die in Prozent ange­geben werden. Ein THDI von 33 Prozent bedeutet, dass zusätz­lich zum 100-prozen­tigen Gesamten des Wirk­stroms ein 33-prozen­tiger Anteil als Verzerrungs­blindstrom verloren geht.

Die Strom­ober­schwingungen führen zudem zu einer starken Belas­tung des Versor­gungs­netzes, zu Störungen und hohen Instand­hal­tungs- sowie Ersatz­kosten. Ziel ist es also, THDI zu mini­mieren. Dazu werden in der Regel externe passive oder aktive Filter einge­setzt, die nur mit sehr hohem Entwick­lungs- und Validierungs­aufwand gerade so einen einstel­ligen THDI-Wert errei­chen können. Hinzu kommen andere Nach­teile wie Platz­be­darf, große Komple­xität der Anlagen oder hohe Beschaf­fungs­kosten. Der opti­male Ansatz ist es, Ober­schwin­gungen gar nicht erst entstehen zu lassen.

Strom­ver­lauf mit „Aktiv PFC“ ebm-papst Neuheit: Leis­tungs­faktor (λ) = 0,99; THDI ≤ 5 %

Hierzu haben wir die inte­grierte 3-phasige Aktiv-PFC-Lösung entwi­ckelt.

Eine „aktive Gleich­rich­tung“ sorgt dafür, dass anstatt des puls­för­migen Stroms ein sinus­för­miger aufge­nommen wird, der die Strom­kurve so verschiebt, dass Strom­stärke und Span­nung gleich­phasig sind. Der Leistungs­faktor  ist hier eine wich­tige Kenn­größe: Er beschreibt das Verhältnis zwischen Wirk­leis­tung und Schein­leis­tung. Ein Wert von = 1 gilt als optimal. Die 3-Phasen-Elek­tronik mit Aktiv-PFC in den EC-Radi­al­bau­­­reihen RadiCal und RadiPac erreicht durch die Filte­rung der Ober­schwin­gungen = 0,99 und damit einen THDI-Wert von unter fünf Prozent. Im Vergleich zum Markt­stan­dard redu­ziert die Aktiv-PFC-Technik somit die Kosten für die erfor­der­li­chen Kompo­nenten zur Ener­gie­ver­sor­gung um rund 38 Prozent.

 

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