Ein Fall für Perfektion: Hochfrequente Störimpulse in vernetzten Antriebssystemen

Das BLOCK Berechnungstool taid erzielt bei der Entwicklung allpoliger Sinusfilter zur effizienten, EMV konformen Auslegung Frequenzumrichter gesteuerter Antriebssysteme bisher unerreichte Ergebnisse.

Kommunikativ vernetzte elektrische Anlagen und Systeme nach Industrie 4.0 Standard werden mit ihrem Ausbau immer anfälliger für Gleich- und Gegentaktstörungen. Vor allem hervorgerufen werden diese durch Schaltvorgänge der Gleich- und Wechselrichterbrücken.  Zusätzlich erfordern die nach EN 50598 festgelegten Ökodesign-Anforderungen ein höheres Maß an effizienten Techniken und Topologien bei der Filterung von Störanteilen in vernetzten Antriebssystemen und Anlagen. Mit zunehmender Systemkomplexität steigt ebenso der Aufwand einer optimierten Auslegung des Gesamtsystems mit reduzierten hochfrequenten Störungen auftretend als Gleich- und Gegentakt. Mit der Hilfe von taid entwickeln wir die ideale Komponente für die EMV konforme Auslegung eines Frequenzumrichter gesteuerten Antriebssystems.

Lösung für mehr Power Quality – Allpoliges Sinusfilter SF4

 

Verbesserte EMV

Sind hohe Frequenzen der Ströme zu erwarten, empfiehlt sich der Einsatz einer 4-Schenkel Drossel mit Kapazitäten in einer Filteranwendung als allpoliges Sinusfilter.
Wir greifen als Basis für derartige Filterlösungen auf den allpoligen Sinusfilter SF4 zurück. Die allpolige Sinusfiltertechnik reduziert Gegentakt- (Differential) und Gleichtaktstörungen (Common mode) am Frequenzumrichterausgang und ermöglicht lange Motorleitungslängen. Dank Minimierung hochfrequenter Störströme und Lagerströme können EMV-Probleme im System eliminiert werden. 

Höhere Effizienz

Für das Gesamtsystem ergeben sich mit einer Wirkungsgradverbesserung durch eingesetzte allpolige Sinusfilter deutliche Effizienzsteigerungen insbesondere im Teillastbereich um bis zu 24%, beziehungsweise beim Einsatz langer Motorleitungen von über 50m, um 5% bei Nennlast. Gleichzeitig kann durch die Erweiterung des Einsatzbereiches auf  ≥4 kHz Taktfrequenz bei 500 V Ausgangsspannung und einer Drehfrequenz bis 150 Hz der gesamte Frequenzbereich ausgenutzt werden. Für Frequenzumrichter gesteuerte Antriebssysteme wird dadurch eine wesentlich effizientere und platzsparende Lösung geschaffen.

Schnelle und optimierte Auslegung – taid zur Berechnung von 4-Schenkel Drosseln

Für den vierten Schenkel der von uns empfohlenen 4-Schenkel Drossel als allpoliges Sinusfilter verwenden wir ein weiteres, dünneres Kernmaterial, da Gleichtaktstörungen höher frequentierte Störanteile besitzen. Damit fallen übliche Kalkulationssoftwarelösungen für die Auslegung dieser Filterlösung raus. Die im Markt dafür eingesetzte Finite-Elemente-Methode liefert ein weitbekannt zuverlässiges Ergebnis mit Berechnungszeiten von bis zu 3 Stunden pro Induktivität. BLOCK setzt für die optimale kundenspezifische Auslegung die eigens entwickelte Software taid ein.

Anwendungsspezifisch berechnen wir für ein optimiertes Design das Sättigungsverhalten der Kernmaterialien sowie die magnetische Auslegung bei nicht linearen Eigenschaften. Sowohl im Gleichtakt- als auch im Gegentaktbereich erzielt taid eine erhebliche Reduzierung der Berechnungszeiten auf wenige Sekunden. Bei der effektiven Auslegung von Induktivitäten im Gleichtakt- und Gegentaktbereich liegen die kalkulierten taid Werte im Vergleich zudem vergleichbarer an den realen Messergebnissen. Im Anwendungsfall können aufgesetzt auf einer Standardlösung somit in kürzester Zeit mehrere kundenspezifische Varianten berechnet werden, um die ideale Auslegung für das Gesamtsystem zu finden.

Berechnungszeiten für differentielle Induktivitäten bei Gegentaktstörungen
Berechnungsmethode Zeit (hh:mm:ss)
FEM-Simulation 02:23:51
taid 00:00:03

Erfahren Sie mehr über taid im Experteninterview mit Michael Owzareck

Taid Berechnung für allpolige Sinusfilter – Der schnelle Weg zur optimierten EMV

Allpolige Sinusfilter bieten für komplexe, vernetzte Antriebssysteme eine lastunabhängige Effizienzsteigerung an Frequenzumrichter, Motorleitung und Motor. Ihr Einsatz steigerte nicht nur den Wirkungsgrad im Gesamtsystem sondern führt ebenso zu platzsparenden Lösungen für kompakte und störungsfreie Anwendungen nach Industrie 4.0 Standard. BLOCK unterstützt exklusiv mit taid den Auslegungsprozess für EMV konforme, Frequenzumrichter gesteuerte Systeme. Aufsetzbar auf dem breiten Standardportfolio kann in kürzester Zeit eine in Baugröße und Wirkungsgrad optimierte Filtertopologie mit dem Kunden erarbeitet werden. Schneller und genauer von der Simulation zum Prototypen bis zum fertigen Produkt – taid bündelt für die Kalkulation von spezifischer Filtertopologien Schnelligkeit und Präzision bis zur Perfektion.