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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