REOVIB. Energiebilanz von Phasenanschnittsteuerungen und Frequenzumrichtern

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1 REOVIB Energiebilanz von Phasenanschnittsteuerungen und Frequenzumrichtern

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3 Gegenüberstellung der Energiebilanz von Phasenanschnittsteuerungen und Frequenzumrichtern. Grundsätzliches Die elektrische Leistung P errechnet sich in einem Gleichstromkreis aus dem Produkt von Strom I und Spannung U: Leistung P = U I Diese Definition gilt in einem Wechselstromkreis jedoch nur für die in jedem Augenblick zusammenfallenden Werte (Augenblickswerte) von Strom i und Spannung u. Augenblicks- (Momentan) Leistung p = u i Bei einer reinen Wirklast (ohmscher Widerstand) sind die Sinuskurven von Strom und Spannung phasengleich, die Multiplikation aller Augenblickswerte ergibt stets positive Werte, es wird reine Wirkleistung an den Verbraucher abgegeben. p cos = u i Für diesen Fall gilt auch hier für die Leistung P = U I Besitzt die Last jedoch eine induktive oder kapazitive Komponente, so ergibt sich daraus eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom. Durch eine vorhandene Phasenverschiebung ergeben sich bei der Multiplikation der Augenblickwerte auch negative Leistungswerte. Die Leistungskurve verläuft daher zum Teil auf der negativen Seite unterhalb der Zeitachse. u p cos < i 360 P Real power Wirkleistung Phi=80

4 Die Wirkleistung wird also bei Phasenverschiebung von Spannung und Strom kleiner als bei Phasengleichheit, dabei ist es gleichgültig ob die Phasenverschiebung voreilend (kapazitiv) oder nacheilend (induktiv) ist. In den Grenzfällen, bei rein kapazitiver Belastung (90 el. voreilender Strom) oder rein induktiver Belastung (90 el, nacheilender Strom) sind die positiven und negativen Halbwellen der Leistungskurven gleich groß und es wird keine Wirkleistung an den Verbraucher abgegeben. u p 0 90 i cos = 0

5 Betrieb eines Schwingförderers mit einer Phasenanschnittsteuerung I w + I b control I w + I b kwh A A G ~ V P + Q Q Magnet Blindleistung reacitve power Das Schwingfördersystem und die Phasenanschnittsteuerung ist über die Netzleitung praktisch direkt mit dem Spannungserzeuger verbunden, der für die Blindleistung erforderliche Strom kann in der Zuleitung mit einem Messgerät ermittelt werden. Der Strom in der Netzzuleitung und in der Magnetzuleitung ist gleich. Die Blindleistung pendelt zwischen dem Magnet und dem Energieerzeuger hin und her. Ein Leistungsmesser in der Zuleitung zeigt die Wirkleistung an. Der Leistungsfaktor ist aufgrund der großen Phasenverschiebung sehr schlecht. Betrieb eines Schwingförderers mit einem Frequenzumrichter I w kwh A G ~ V P AC ~ DC P + Q I w + I b A Magnet Q Blindleistung reactive power Bei Verwendung eines Frequenzumrichters zur Steuerung des Schwingfördersystems ist das Magnetsystem durch den Eingangsgleichrichter und den Gleichspannungszwischenkreis entkoppelt. Die für das Magnetfeld benötigte Blindleistung pendelt hier zwischen der Magnetspule und dem Zwischenkreis hin und her, aus dem Netz wird nur die Wirkenergie für die Wärmeentwicklung und die mechanische Arbeit entnommen. Im Netzeingang wird also nur der für die Wirkleistung erforderliche Strom gemessen, im Magnetkreis wird der Strom für die volle Blindleistung gemessen. Ein Leistungsmesser in der Zuleitung zeigt die Wirkleistung an. Der Leistungsfaktor ist besser als bei Verwendung einer Phasenanschnittsteuerung.

6 Schwingfördersysteme Elektromagnetisch angetriebene Schwingförderer besitzen als Antriebselement einen Elektromagneten der eine nahezu ideale Induktivität darstellt. Der Verlauf der Stromkurve gegenüber der Spannungskurve weist eine Phasenverschiebung von nahezu 90 el. nacheilend auf. In dem Bereich von 0 bis fast 90 wird das Magnetfeld der Spule aufgebaut, elektrische Energie wird in magnetische Energie umgewandelt. Beim Feldabbau 90 bis 180 haben Strom und Spannung entgegen gesetzte Richtung. Die aufgespeicherte magnetische Energie wird in elektrische Energie zurückverwandelt und an den Erzeuger zurückgegeben. Dieser periodische Vorgang lässt keine bleibende Energieumwandlung zu, die Energie pendelt zwischen dem Spannungserzeuger und der Magnetspule hin und her. Die zur Aufrechterhaltung des Magnetischen Wechselfeldes benötigte Leistung bezeichnet man als Induktive Blindleistung QL. Von einem Wirkleistungsmesser wird eine Blindleistung nicht angezeigt, lediglich die in der Praxis immer auftretenden Wärmeverluste werden angezeigt. Ein elektromagnetisch angetriebener Schwingförderer ist also ein Verbraucher der seine Energie fast vollständig als Blindleistung aufnimmt. Zusammenfassung - Schwingförderer verbrauchen aufgrund der eingebauten Magnete Blindenergie - In Kombination mit Thyristorsteuerungen pendelt die Blindenergie zwischen Erzeuger und Verbraucher - In Verbindung mit Frequenzumrichtern pendelt die Blindenergie zwischen Zwischenkreiskondensator und Verbraucher Vorteile von Frequenzumrichtern - Die Nutzzuleitung kann vom Kabelquerschnitt für 1/3 des Stromes einer Thyristorsteuerung ausgelegt werden - Es ist keine kapazitive Kompensationseinrichtung erforderlich - Sinusförmiger Ausgangsstrom - Netzunabhängige Ausgangsfrequenz - Betrieb des Förderers auf der Resonanzfrequenz

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