Wie wählt man die Reaktanzrate eines Niederspannungs-Blindleistungskompensationssystems aus?

Um die Verstärkung der 5. und 7. Oberschwingung wirksam zu unterdrücken, sind derzeit auf dem Markt Blindleistungskompensationssysteme mit unterschiedlichen Drosselraten (5,5 %, 6 % oder 7 %) erhältlich. Welches System bietet die beste Leistung? Wie sollte man wählen?

Der Zweck der Reihenschaltung von Kondensatoren mit Drosseln

Aufgrund der rasanten Entwicklung der Leistungselektronik und der Reife der Halbleitertechnologie werden in industriellen Anwendungen häufig Frequenzumrichter für Motoren, gesteuerte Gleichrichter und intermittierende Steuergeräte eingesetzt, die ihre Ausgangsleistung an die Lastgröße anpassen können, um Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung zu erreichen. Die Stromwellenform solcher Lasten ist jedoch während des Betriebs nichtlinear und diskontinuierlich. Die Verwendung von reinen Kondensatoren zur Blindleistungskompensation birgt in dieser Situation das Risiko einer Parallelresonanz.

Um eine Parallelresonanz zwischen dem reinen Kondensator und der äquivalenten Impedanz des Systems zu vermeiden, wird der Kondensator in Reihe mit einer Drossel geschaltet. Dadurch wird die Impedanz des Kondensators in Bezug auf die systemseitigen Oberschwingungsströme induktiv, wodurch der Resonanzpunkt effektiv vermieden und eine Systemresonanz verhindert wird. Darüber hinaus reduziert und unterdrückt die Reihenschaltung des Kondensators mit einer Drossel auch den Einschaltstrom.

Der Hauptzweck von Blindleistungskompensations-Serien-Drosseln besteht neben der Kompensation der systemseitigen Blindleistung darin, systemseitige Parallelresonanzpunkte zu vermeiden und das Risiko einer Resonanz zu verhindern. Unabhängig davon, ob Drosseln mit 5,5 %, 6 % oder 7 % verwendet werden, besteht das Hauptziel darin, eine Verstärkung der 5. und 7. Oberschwingung zu vermeiden. Daher sind die drei Drosselraten funktionell gleich. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich der Oberschwingungsabsorptionseffekt aufgrund der unterschiedlichen Serien-Drosselraten unterscheidet und auch der Spannungsanstieg an den Kondensatorklemmen variiert. Daher sollte bei Verwendung einer Drosselrate von 5,5 % der Nennstrom der Drossel sorgfältig berücksichtigt werden, da ihre Abstimmfrequenz näher an der 5. Oberschwingungsfrequenz liegt als bei den anderen beiden Raten, und die Spannungsfestigkeit des Kondensators muss entsprechend erhöht werden. Bei Verwendung einer Drosselrate von 7 % ist auf die Auswahl der Nennspannung des Kondensators zu achten, da der Spannungsanstieg an den Kondensatorklemmen nach der Reihenschaltung der Drossel größer ist als bei den anderen beiden Raten. Ein umfassender Vergleich der drei Drosselraten ist in Tabelle 1 dargestellt.

Wenn der systemseitige Oberschwingungsstrom zu hoch ist (im Allgemeinen größer als 100 A), kann die abgestimmte Filterkondensator-Drossel-Gruppe ein Sicherheitsrisiko darstellen, und eine Oberschwingungsentlastung kann erforderlich sein.