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Gegen die Oberwellen

Die Vorteile der aktiven Power Factor Correction (PFC).


Seit Einführung der Norm 61000-3-2 zur Reduzierung der Stromoberwellen hat sich die aktive Power Factor Correction (PFC) als aktive Filtermaßnahme bei Geräten, die am Einphasennetz betrieben werden, mehr und mehr verbreitet. Die aktive PFC führt den Eingangsstrom der sinusförmigen Eingangsspannung nach, sodass die Oberschwingungsanteile im Eingangsstrom stark reduziert werden. Im Wesentlichen werden hierfür ein Transistor, eine Diode, eine Induktivität und ein Controller benötigt.

Der Wert des Power Factors (PF) gibt eine Aussage darüber, wie sehr die Stromform des Eingangsstroms der idealen Sinusform gleicht und wie groß der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ist. Im Ideal­fall würde gelten: PF = 1 (ideale Sinusform für den Strom und Phasenwinkel zwischen Eingangsspannung und Eingangsstrom φ = 0°). Mit dem heutigen Stand der Technik können Werte von PF = 0,99 erreicht werden. Zur Einhaltung der Grenzwerte nach Norm sind derartig hohe Werte nicht zwingend notwendig.

„Sobald mehrere Ventilatoren im Parallelbetrieb eingesetzt werden, ist die Verwendung einer aktiven PFC nahezu unumgänglich.“

Günter Haas, Gruppenleiter Entwicklung Elektronik, ebm-papst Mulfingen

Alternativ zur aktiven PFC kann bei Einzelgeräten auch eine passive Lösung eingesetzt werden. Diese besteht entweder aus einer in der Zuleitung des Gerätes oder einer vor dem Zwischenkreiskondensator angeordneten Induktivität.

Weiterhin werden durch die Minimierung der Oberwellenanteile sowohl die Blindleistung als auch der effektive Strom stark reduziert. Hierdurch kann bei der Installation solcher Geräte auf kleinere Leitungsquerschnitte für die Zuleitung zurückgegriffen werden.

Wird nur ein Ventilator als Einzelgerät eingesetzt, so kann die oben genannte Norm auch mit einer passiven PFC-Lösung eingehalten werden. Sobald mehrere Ventilatoren in einem Parallelbetrieb eingesetzt werden, ist die Verwendung einer aktiven PFC nahezu unumgänglich.

techtalk_Stromoberwellenanteile
Die Abbildung zeigt die Stromoberwellenanteile beim Parallelbetrieb von je drei Ventilatoren mit passiver und drei Ventilatoren mit aktiver PFC. Der Betrieb von drei Ventilatoren mit passiver PFC-Lösung ist in diesem Beispiel nach Norm nicht zulässig.

Vergleich: aktiv zu passiv

Die Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen einem Gerät mit aktiver PFC und einem Gerät mit passiver PFC. Beide Geräte wurden für die Messung im selben Arbeitspunkt (identische Luftleistung gemessen. Der Wert THD (Total Harmonic Distortion) nennt dabei das Verhältnis des Effektivwerts der Summe aller Oberschwingungsanteile zum Effektivwert der Grundschwingung, der Wert THC (Total Harmonic Current) gibt den Gesamt-Effektivwert der Oberschwingungsströme an. Bei Betrachtung nach Norm sind nur die Oberwellen mit den Ordnungszahlen 2 … 40 von Relevanz.

techtalk_Vergleich_aktiv PFC

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