Danfoss Harmonic Calculation Software 2.0 Handbuch Expert Level

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Handbuch Expert Level Danfoss HCS Software 2.0 Stand: 01.08.2012 2012 by Danfoss GmbH Seite 1

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...3 2. Schaltung...5 3. Netz...6 4. Generator...9 5. FC1...11 6. FC2...15 7. FC3...19 8. FCB12...21 9. B2...23 10. Lineare Last...25 11. Ergebnis...27 12. Protokoll...28 2012 by Danfoss GmbH Seite 2

1. Einleitung [Bild 1e: Startseite] Die Harmonic Calculation Software HCS berechnet Netzrückwirkungen (Oberschwingungen bis 2,5kHz) von Frequenzumrichtern und überprüft die Einhaltung von Normgrenzwerten. Dazu muss man die Netzdaten und die Umrichterdaten eingeben. Alternativ ist auch eine Generatoreinspeisung möglich. Die Verzerrungen der Netzspannung (Netzrückwirkungen) entstehen durch eine nicht sinusförmige Stromaufnahme von elektronischen Geräten. Das Programm basiert auf einer umfangreichen wissenschaftlichen Simulationssoftware, die in Zusammenarbeit mit der Hochschule RheinMain erarbeitet wurde. Sie ist vom Benutzer über das Internet aufrufbar. Die Bedienung geschieht hierbei in vertrauter Windowsoberfläche und ist bildlich leicht verständlich aufgebaut. Die vorab eingetragenen Zahlenwerte sind nur als Hinweis auf die zu erwartende Grössenordnung zu sehen und können überschrieben werden. Startet man mit den voreingestellten Werten, so betrachtet man ein Netz mit mittlerer Belastung. Die Ergebnisse beruhen nicht auf tabellarisch hinterlegten Richtwerten, sondern auf echten Berechnungen der Interaktionen zwischen den Netzlasten und der Netzimpedanz. Beispielsweise wird die Auslöschung der von einphasiger Büro- und Haushaltselektronik (PC, TV,..) erzeugten Oberschwingungen durch dreiphasige Frequenzumrichter richtig wiedergegeben. Weiterhin finden Kondensatoren nicht einfach als Blindstromkompensationen mit sinusförmigem 50Hz-Strom ihre Berücksichtigung, sondern es erfolgt eine Berechnung der Oberschwingungsströme unter Berücksichtigung der Resonanzen mit Transformator- und Kabelinduktivitäten. Die Resultate werden als Tabellen, Balkendiagramme und als u(t)- und i(t)-diagramme angeboten und bei Überschreitungen der Verträglichkeitspegel der Norm erscheint ein Warnhinweis. Klicken Sie auf Start. Probieren Sie die HCS aus. 2012 by Danfoss GmbH Seite 3

[Bild 2e: Auswahl der Level Basic oder Expert] Die Harmonic Calculation Software HCS berechnet Netzrückwirkungen (Oberschwingungen bis 2,5kHz) von Frequenzumrichtern und überprüft die Einhaltung von Normgrenzwerten. Dazu gibt man die Netzdaten und die Umrichterdaten ein. Alternativ ist auch eine Generatoreinspeisung möglich. Für genauere Berechnungen wurde neben dem Basic-Level der Expert-Level geschaffen. Damit kann man Spannungsabfälle auf Kabeln erfassen, eine Netzvorbelastung vorgeben, die Kapazität des Umrichterkondensators ändern oder andere Umrichterarten eingeben wie Low Harmonic Drive oder passive Oberschwingungsfilter oder B12-Gleichrichter. Daneben sind sonstige lineare Netzlasten einfügbar. Die vorab eingetragenen Zahlenwerte sind nur als Hinweis auf die zu erwartende Grössenordnung zu sehen und können überschrieben werden. Startet man mit den voreingestellten Werten, so betrachtet man ein Netz mit mittlerer Belastung. Das Programm basiert auf einer umfangreichen wissenschaftlichen Simulationssoftware, die in Zusammenarbeit mit der Hochschule RheinMain erarbeitet wurde. Sie ist vom Benutzer über das internet aufrufbar. Die Bedienung geschieht hierbei in vertrauter Windowsoberfläche und ist bildlich leicht verständlich aufgebaut. Die vorab eingetragenen Zahlenwerte können überschrieben werden. Sie sind nur als Hinweis auf die zu erwartende Grössenordnung zu sehen. Startet man mit den voreingestellten Werten, so betrachtet man ein Netz mit mittlerer Belastung. Die Ergebnisse beruhen nicht auf tabellarisch hinterlegten Richtwerten, sondern auf echten Berechnungen der Interaktionen zwischen den Netzlasten und den Kabel- und Netzimpedanzen. Beispielsweise wird die Auslöschung der von einphasiger Büro- und Haushaltselektronik (PC, TV,..) erzeugten Oberschwingungen durch dreiphasige Frequenzumrichter richtig wiedergegeben. Weiterhin finden Kondensatoren nicht einfach als Blindstromkompensationen mit sinusförmigem 50Hz-Strom ihre Berücksichtigung, sondern es erfolgt eine Berechnung der Oberschwingungsströme unter Berücksichtigung der Resonanzen mit Transformator- und Kabelinduktivitäten. Die Resultate werden als Tabellen, Balkendiagramme und als u(t)- und i(t)-diagramme angeboten und bei Überschreitungen der Verträglichkeitspegel der Norm erscheint ein Warnhinweis. 2012 by Danfoss GmbH Seite 4

2. Schaltung [Bild 3e: Übersichtsbild zur Konfiguration von Netz und Netzlasten. ] Wenn links im Bild im Hauptmenue Schaltung ausgewählt wurde, kann man durch Anklicken den Netzbetrieb auswählen oder alternativ den Generatorbetrieb. Die hell und kräftig abgebildeten Teile sind aktiv. Zu beiden Einspeisearten ist bei Bedarf ein Advanced Active Filter (AAF) einsetzbar. Weiterhin kann man per Mausklick die an der Hauptverteilung angeschlossenen Lasten festlegen. Für den Umrichter FC1 ist ein passives AHF-Filter ein- oder ausschaltbar. Für FC2 ist ein aktives Filter (Low Harmonic Drive) ein- oder ausschaltbar. Ein Standard-FC3 ist alternativ zum Umrichter FCB12 mit 12-Puls-Gleichrichtung möglich. Die B2-Last besteht aus einphasigen Elektroniken, die zwischen Phase und N-Leiter liegen. Dies sind symmetrisch im Drehstromnetz verteilte Lasten wie Energiesparlampen, TV-Geräte, PC s, einphasige Umrichter usw. Die lineare Last besteht aus Asynchronmotor M, verdrosselter Blindstromkompensation CL, unverdrosselter Kompensation C und ohmscher Last R. 2012 by Danfoss GmbH Seite 5

3. Netz [Bild 4e: Eingabe zum Netz] Für die Dateneingabe zum Netz klickt man links im Hauptmenue Netz an. Dann erscheinen Eingabefenster mit voreingestellten Werten, die man mit den aktuellen Daten überschreiben kann. Sollten 2 parallelgeschaltete Transformatoren mit den Nennleistungen S1 und S2 einspeisen, so ist ein Ersatztransfomator zu berechnen gemäß S N =S1+S2. Dabei wird u k1 =u k2 vorausgesetzt und es gilt u k1 =e k. Mit V THD wird die Vorbelastung des Mittelspannungsnetzes durch andere Trafostationen berücksichtigt. Dies ist eine vorab vorhandene Spannungsverzerrung, die am unbelasteten Trafo S N meßbar ist. Vorausgesetzt wird der allgemein übliche Fall einer trapezförmigen Sternpunktspannung. Im dargestellten Beispiel liegen n ctr =4 parallelgeschaltete Kabel mit je 240qmm Aderquerschnitt zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. Für A Cutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (4*240qmm=960qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur 64,3% davon, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Im obigen Beispiel wurden 2 parallelgeschaltete AAF-Filter vom Typ AAF 190A angenommen. Kleine und große Filter dürfen auch parallel arbeiten. Sollte nirgendwo bei der Anzahl der Filter etwas eingetragen sein, so wird das AAF-Filter für die Simulationsrechnung gelöscht. 2012 by Danfoss GmbH Seite 6

V 0 f V THD Verkettete Spannung (Phase/Phase) in [V] auf der Niederspannungsseite des Netztransformators im Leerlauf. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 200V bis 800V liegen. Ein Netz mit 120V Sternpunktspannung kann mit 120V* 3=208V verketteter Spannung dargestellt werden. Netzfrequenz. Es können 50Hz oder 60Hz gewählt werden. THDu-Wert der Spannung des Netzes im Leerlauf bzw. THDu-Wert des Mittelspannungsnetzes. Hierbei wird niederspannungsseitig eine dreieckförmige verkettete Spannung angenommen. S N Die Eingabe erfolgt in der Einheit [%]. Also beispielsweise V THD =2,5 für V THD =2,5% Nennleistung bzw. Bemessungsleistung des Netztransformators in der Einheit [kva]. SN *1000 Sein Nennstrom I NTr folgt aus der Zahlenwertgleichung I NTr = mit 3 * V S N in [kva], verkettete Spannung V 0 in [V] und I NTr in [A]. e k Kurzschlussspannung u k bzw. e k des Netztransformators in der Einheit [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 2,0 bis 25% liegen. Sollte nur der Kurzschlussstrom I KS des Netztransformators gegeben sein, so folgt e k in [%] aus der Zahlenwertgleichung e k =100*I NTr /I KS (I NTr siehe S N ). Es sollte e = e + e beachtet werden. k 2 x 2 r e r Ohmscher Anteil der Kurzschlussspannung e k des Netztransformators in [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 1,0 bis 25% liegen. 0 S SC l ctr n ctr LC-rel tr Es sollte e = e + e beachtet werden. k 2 x 2 r Kurzschlussleistung des MS-Netzes (short circuit) in der Einheit [MVA]. Sollte die Kurzschlussleistung nicht bekannt sein, so wird die Eintragung von 500 empfohlen für die Eingabe von S SC =500MVA. Länge des Kabels in [m] zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegen n ctr =4 parallelgeschaltete Kabel mit je 240qmm Aderquerschnitt zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. Für A Cutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (4*240qmm=960qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur A Cu =0,64,3*A Al, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung mit weit auseinander liegenden Adern. 2012 by Danfoss GmbH Seite 7

A Cutr Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n ctr For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 2012 by Danfoss GmbH Seite 8

4. Generator [Bild 5e: Eingabe der Generatordaten] Wenn bei der Schaltungseingabe der Generatorbetrieb ausgewählt wurde, erscheint das Stichwort Generator im Hauptmenue, das man für die Dateneingabe anklicken muß. In diesem Beispiel ist auch das AAF-Filter aktiv. Sollten die Werte x d und x 0 des Generators nicht zur Verfügung stehen, so können die vorab eingetragenen Werte eine Richtschnur sein. Der Generator verhält sich wie ein Netz-Transformator mit der Kurzschlußspannung u k =x d und einem zusätzlichen Innenwiderstand x 0 für die Fourierkomponenten mit durch 3 teilbarer Ordnungszahl. Im dargestellten Beispiel liegen 3 parallele Drehstromkabel mit je 140qmm zwischen Generator und Verteilung. Das ergibt pro Phase 3*140qmm=420qmm für die Eingabe. Im obigen Beispiel wurden ein AAF-Filter vom Typ AAF 190A parallel zu einem vom Typ AAF 250A angenommen. Gleichgroße Filter dürfen auch parallel arbeiten. Sollte nirgendwo bei der Anzahl der Filter etwas eingetragen sein, so wird das AAF-Filter für die Simulationsrechnung gelöscht. 2012 by Danfoss GmbH Seite 9

V 0 f S N Verkettete Spannung (Phase/Phase) in [V] auf der Niederspannungsseite des Generators im Leerlauf. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 100V bis 1400V liegen. Ein Generator mit 120V Sternpunktspannung kann mit 120V* 3=208V verketteter Spannung dargestellt werden. Generatorfequenz. Es können 50Hz oder 60Hz gewählt werden. Nennleistung bzw. Bemessungsleistung des Generators in [kva]. SN *1000 Sein Nennstrom I NGen folgt aus der Zahlenwertgleichung I NGen = mit 3 * V S N in [kva], verkettete Spannung V 0 in [V] und I NGen in [A]. 0 x d Relative subtransiente Reaktanz des Generators in [%] x 0 Relative Nullreaktanz des Generators in [%] l ctrg Länge des Kabels in [m] zwischen dem Generator und der Hauptverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. n ctrg LC-rel tr A CutrG Im dargestellten Beispiel liegen n ctr =3 parallelgeschaltete Kabel mit je 140qmm Aderquerschnitt zwischen dem Generator und der Hauptverteilung. Für A Cutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (3*140qmm=420qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur 64,3% davon, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung mit weit auseinander liegenden Adern. Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n ctrg For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 2012 by Danfoss GmbH Seite 10

5. FC1 [Bild 6e: Eingaben zum FC1 mit AHF-Filter] Das Kabel für den Umrichter FC1 liegt zwischen der Verteilung und dem Umrichter FC1 oder einer Unterverteilung von der aus mehrere Umrichter gespeist werden. Vor den Umrichter oder vor die Unterverteilung kann man ein passives Filter schalten. Der Typ AHF010 ermöglicht THDi 10% und AHF050 dann THDi 5%. Anstelle von der Umrichterscheinleistung am Eingang oder Ausgang wird für P N1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED 1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei M n ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl maßgebend. ED 1 = * *100%. Sollte bei M N n N 100%M N1 nur 70%n N auftreten oder 70%M N bei 100%n N, so ist in beiden Fällen ED 1 =70%. Liegen mehrere Umrichter an der Unterverteilung, so ist die Summe der Motorwellenleistungen einzutragen. Für Danfoss-Umrichter ist die Dateneingabe beim FC1-Fenster alternativ über Typenbezeichnung und Anzahl der Geräte möglich. C G1 ist der relative Glättungskondensator in % vom üblichen Wert. C G1 =100 gilt für viele Umrichter mit induktiver Glättung. C G1 =150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. C G1 30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. L G1 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität. Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters. 2012 by Danfoss GmbH Seite 11

Die Eingabe des L G1 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste wählt, in der die L G -Werte hinterlegt sind. Für andere Fälle ist L G als per unit-wert L G1 einzutragen, gemäss der Gleichung 2 * π * f * LG * I N1 LG1 = Dabei ist I V N1 der Nennstrom am Frequenzumrichtereingang. Dieser stimmt 0 3 überschlägig mit dem Strom im L G1 überein. Für L G1 kann auch der Wert Null eingetragen werden. Dann sind auch Umrichter berechenbar, die nicht von Danfoss stammen. L k1 ist die relative Kurzschlussspannung der Netzkommutierungsinduktivität. L k1 liegt zwischen Netz und Frequenzumrichter und kann bei Danfoss-Umrichtern auch nachträglich als zusätzliche Vorschaltinduktivität vorgesehen werden. Liegt der Wert der Induktivität auf dem üblichen Wege als relative Kurzschlussspannung vor, so ist dieser Wert in das L k1 -Feld einzutragen. Ist nur der Induktivitätswert L k der Netzkommutierungsinduktivität bekannt, so kann man L k1 über 2 * π * f * Lk * I N L = berechnen. k1 V0 3 Dabei ist für I N der Nennstrom der Induktivität zu verwenden. Dieser Nennstrom sollte mit dem Summenstrom aller am L k angeschlossenen Frequenzumrichter übereinstimmen. Wenn für FC1 die Eingabe per Geräteliste erfolgt wie im untenstehenden Beispiel, werden C G1, L G1 und P N1 aus der Liste übernommen. 2012 by Danfoss GmbH Seite 12

lc1 n c1 LC-rel tr Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegt mit n c1 =1 keine Parallelschaltung von Kabeln vor. Für n c1 >1 siehe n ctr beim Transformatorkabel. Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur A Cu =0,643*A Al, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung weit auseinander liegenden Adern. 2012 by Danfoss GmbH Seite 13

A Cu1 Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n c1 For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 2012 by Danfoss GmbH Seite 14

6. FC2 [Bild 7e: Eingabe zum FC2] Die Dateneingaben zum FC2 ohne LHD (Low Harmonic Drive) und mit LHD unterscheiden sich nicht bis auf die Geräteliste. Wird LHD angewählt, so stehen auch nur LHD-Geräte zur Wahl. Die LHD-Geräte ermöglichen THDi<5%. Abgesehen vom AHF-Filter und LHD sind die Eingaben zum FC1 und FC2 gleich. Anstelle von der Umrichterscheinleistung am Eingang oder Ausgang wird für P N1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED 1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei M n ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl maßgebend. ED 1 = * *100%. Sollte bei M N n N 100%M N1 nur 70%n N auftreten oder 70%M N bei 100%n N, so ist in beiden Fällen ED 1 =70%. Liegen mehrere Umrichter an der Unterverteilung, so ist die Summe der Motorwellenleistungen einzutragen. Für Danfoss-Umrichter ist die Dateneingabe beim FC2-Fenster alternativ über Typenbezeichnung und Anzahl der Geräte möglich. C G2 ist der relative Glättungskondensator in % vom üblichen Wert. C G2 =100 gilt für viele Umrichter mit induktiver Glättung. C G2 =150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. C G2 30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. L G2 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität. 2012 by Danfoss GmbH Seite 15

Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters. Die Eingabe des L G2 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste wählt, in der die L G -Werte hinterlegt sind. Für andere Fälle ist L G als per unit-wert L G1 einzutragen, gemäss der Gleichung 2 * π * f * LG * I N 2 LG 2 = Dabei ist I V N2 der Nennstrom am Frequenzumrichtereingang. Dieser stimmt 0 3 überschlägig mit dem Strom im L G2 überein. Für L G2 kann auch der Wert Null eingetragen werden. Dann sind auch Umrichter berechenbar, die nicht von Danfoss stammen. L k2 ist die relative Kurzschlussspannung der Netzkommutierungsinduktivität. L k2 liegt zwischen Netz und Frequenzumrichter und kann bei Danfoss-Umrichtern auch nachträglich als zusätzliche Vorschaltinduktivität vorgesehen werden. Liegt der Wert der Induktivität auf dem üblichen Wege als relative Kurzschlussspannung vor, so ist dieser Wert in das L k2 -Feld einzutragen. Ist nur der Induktivitätswert L k der Netzkommutierungsinduktivität bekannt, so kann man L k2 über 2 * π * f * Lk * I N 2 Lk 2 = berechnen. V 0 3 Dabei ist für I N2 der Nennstrom der Induktivität zu verwenden. Dieser Nennstrom sollte mit dem Summenstrom aller am L k2 angeschlossenen Frequenzumrichter übereinstimmen. Wenn für FC2 die Eingabe per Geräteliste erfolgt wie im untenstehenden Beispiel, werden C G2, L G2 und P N2 aus der Liste übernommen. 2012 by Danfoss GmbH Seite 16

lc2 n c2 LC-rel tr Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegt mit n c2 =2 eine Parallelschaltung von 2 Kabeln mit je 140qmm vor. Für A Cutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur A Cu =0,64,3*A Al, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung weit auseinander liegenden Adern. 2012 by Danfoss GmbH Seite 17

A Cu2 Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n c1 For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 2012 by Danfoss GmbH Seite 18

7. FC3 [Bild 8e: Eingabe zum FC3] Den FC3 kann man alternativ zu einem FCB12 mit 12-pulsiger Gleichrichtung auswählen. Das Kabel für den Umrichter FC3 liegt zwischen der Verteilung und dem Umrichter FC3 oder einer Unterverteilung von der aus mehrere Umrichter gespeist werden. Anstelle von der Umrichterscheinleistung am Eingang oder Ausgang wird für P N1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED 1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei M n ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl maßgebend. ED 1 = * *100%. Sollte bei M N n N 100%M N1 nur 70%n N auftreten oder 70%M N bei 100%n N, so ist in beiden Fällen ED 1 =70%. Liegen mehrere Umrichter an der Unterverteilung, so ist die Summe der Motorwellenleistungen einzutragen. Für Danfoss-Umrichter ist die Dateneingabe beim FC3-Fenster alternativ über Typenbezeichnung und Anzahl der Geräte möglich. C G3 ist der relative Glättungskondensator in % vom üblichen Wert. C G3 =100 gilt für viele Umrichter mit induktiver Glättung. C G3 =150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. C G3 30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. L G3 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität. Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters. 2012 by Danfoss GmbH Seite 19

Die Eingabe des L G3 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste wählt, in der die L G -Werte hinterlegt sind. l c3 n c3 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. LC-rel 3 A Cu3 Im dargestellten Beispiel liegt mit n c2 =2 eine Parallelschaltung von 2 Kabeln mit je 140qmm vor. Für A Cutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur A Cu =0,64,3*A Al, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung mit weit auseinander liegenden Adern. Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n c3 For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 2012 by Danfoss GmbH Seite 20

8. FCB12 [Bild 9e: Eingabe zum FCB12] Wenn der FCB12 alternativ zum FC3 angewählt wird, benötigt man zusätzlich 2 Transformatoren oder einen mit 2 Sekundärwicklungen. Deren Spannungen müssen um 30 phasenverschoben sein. Im obigen Beispiel sind dies eine d- und eine y-wicklung. So ist mit den 2 Drehstromgleichrichtern im FCB12 eine 12-pulsige Gleichrichtung möglich. Alternativ kann auch eine Spartransformatorschaltung Anwendung finden. Der Vorteil der B12-Gleichrichtung besteht in einer Auslöschung der 5-ten und 7-ten Stromkomponente. Der Nachteil des Bedarfs eines Dreiwicklungstransformators fällt weniger ins Gewicht, wenn man den FCB12 mit einem eigenen Dreiwicklungstransformator an die Mittelspannung anschließen kann. Hier wird für die HCS ein niederspannungsseitig gespeister Dreiwicklungstransformator vorausgesetzt. Der oder die FCB12 sollten sinnvoller Weise über die Geräteliste ausgewählt werden. 2012 by Danfoss GmbH Seite 21

l cb12 n cb12 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. LC-rel B12 A CuB12 Im dargestellten Beispiel liegen n cb12 =2 parallelgeschaltete Kabel mit je 140qmm Aderquerschnitt zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. Für A CuB12 ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur A Cu =0,64,3*A Al, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung mit weit auseinander liegenden Adern. Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm 2 ]. Näheres siehe n cb12 For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 e kb12 Kurzschlussspannung des Dreiwicklungstransformators in der Einheit [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 1,0 bis 15% liegen. 2012 by Danfoss GmbH Seite 22

9. B2 [Bild 10e: Eingabe zur B2-Last] Für einphasige Geräte, die zwischen Phase und N-Leiter angeschlossen sind, ist hier keinerlei Glättungsinduktivität vorgesehen. Die Zwischenkreiskapazität hat eine allgemein übliche Größe und ist nicht in ihrem Wert wählbar. Das entspricht dem Verhalten von vielen Frequenzumrichtern und Energiesparlampen. Die neueren Netzteile von PC s nehmen dank Hochsetzstellerschaltungen (power factor correction) oft schon einen sinusförmigen Strom auf. Dann kann man sie mit gewisser Berechtigung bei den linearen Lasten als ohmsche Last unter R berücksichtigen. 2012 by Danfoss GmbH Seite 23

l B2 Länge des Kabels von der Hauptverteilung bis zur Unterverteilung an dem die einphasige B2-Gleichrichter-Last angeschlossen ist. Dies können einphasige Frequenzumrichter, Rechner, Energiesparlampen usw. sein. Der für l B2 eingegebene Wert muss innerhalb von 1 bis 500 liegen. 1m entspricht 3,280 feet und 1 foot hat 0,3048m. LC-rel B2 A CuB2 Es wird angenommen, dass der N-Leiter den gleichen Querschnitt wie jeder Phasenleiter hat oder besser noch das 1,7-fache. Relative Kabel- oder Leitungsinduktivität in [µh/m]. Als Richtwerte gelten 0,4µH/m für Drehstromkabel mit eng aneinander liegenden Adern und 1,2µH/m für Freileitungen und Einzeladerverlegung mit weit auseinander liegenden Adern. Gesamter Leiterquerschnitt in qmm pro Phase für Kupferleiter. Achtung: Der Kabelquerschnitt wird nicht auf eine sinnvolle Grösse oder Stromtragfähigkeit überprüft!!! Für Aluminium ist A Cu1 =0,643*A Alu einzusetzen, also der tatsächliche Aluminiumquerschnitt mit 0,643 multipliziert. Dann berechnet das Programm den richtigen ohmschen Kabelwiderstand. Es wird vorausgesetzt, dass der N-Leiter denselben Querschnitt wie der Phasenleiter hat. Speziell hier bei einphasigen Gleichrichtern hat der Strom im N-Leiter nicht den Wert Null, sondern kann auf das 1,73-fache vom Phasenstrom ansteigen. For American Wire Gauges please use the AWG to qmm conversion below (1qmm equals to 1(mm) 2 ) AWG 0000 000 00 0 1 2 3 qmm 107,2 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 AWG 4 5 6 7 8 9 10 qmm 21,1 16,8 13,3 10,6 8,4 6,6 5,3 P B2 AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0 P B2 ist die Summe der Wirkleistungen am Eingang von allen einphasigen Gleichrichterlasten mit Pufferkondensator im Gleichstromkreis. Dies können Frequenzumrichter, PC's, Fernsehgeräte, Steuerungen, Elektroniklampen usw. sein. P B2 ist die Summe der Wirkleistungen von allen 3 Phasen. Es wird eine gleichmäßige Aufteilung der Last auf die 3 Phasen angenommen. Der eingegebene Wert muss zwischen 0,1kW bis 50% von der Transformatornennleistung liegen 2012 by Danfoss GmbH Seite 24

10. Lineare Last [Bild 11e: Eingabe zur linearen Last] P NM Summe der Wellenleistungen aller direkt am Netz liegenden Motoren. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kW bis 80% von der Transformatornennleistung S N liegen. load Auslastungsgrad der direkt am Netz liegenden Motoren in %. Daher ist load=100, wenn Motornennstrom vorliegt. Zu load=5% gehört das Drehmoment M=0,05*M N und etwa I=0,3*I N. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 1 bis 100 liegen. QL Leistung der verdrosselten Blindstromkompensation. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kVA bis 70% von der Transformatornennleistung S N liegen. p Verdrosslungsgrad der verdrosselten Blindstromkompensation. Beispielsweise ergibt p=7% im 50Hz-Netz einen Reihenschwingkreis mit f 0 =189Hz. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,01 bis 25 liegen. P R Rein ohmsche Last im Netz durch Elektroheizungen, Glühlampen usw.. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kW bis 100% von der Transformatornennleistung S N liegen. QN Leistung einer unverdrosselten Blindstromkompensation oder sonstiger Kondensatoren. Für genaue Berechnungen sollte sogar die Kapazität der Funkentstörkondensatoren beachtet werden. Kapazitäten können Schwingkreise bilden und hohe Oberschwingungspegel verursachen. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kVA bis 70% von der Transformatornennleistung S N liegen. 2012 by Danfoss GmbH Seite 25

11. Projektverwaltung - Speichern Zur Erleichterung der Arbeit kann man links unten im Hauptmenue bei Projektverwaltung das Feld Speichern anklicken und dazu einen Projektnamen eintragen. Damit sind die Daten der Anlage direkt vor Beginn der Berechnung gespeichert und dokumentiert. Man kann sie vor einer erneuten Berechnung leicht wieder mit Öffnen aufrufen und erspart sich so ein erneutes Eingeben der vielen Daten. Anschließend kann man beispielsweise einen Parameter (Date) ändern und erneut die Berechnung starten. Damit sind Vergleiche von Rechnung 1 und 2 möglich und es tritt der Einfluß von einem Parameter (Date) deutlich hervor. Beispielsweise könnte man so den Einfluß von Kabelverlegearten, bzw. Kabelinduktivitäten deutlich machen. Für das Starten der Berechnung muß links im Hauptmenue bei Berechnung das Feld Übersicht angewählt werden und danach dann das Feld Starte Berechnung. Nach etwa 10 Sekunden Wartezeit erscheinen dann die Ergebnisse. 2012 by Danfoss GmbH Seite 26

12. Ergebnis Nach Beendigung der Simulationsrechnung erscheint das obige Bild, je nach Anlagenaufbau. Durch Anklicken der gezeigten Messgeräte erhält man für die angewählte Position ein Balkendiagramm und den Zeitverlauf der Spannung oder des Stromes. Mit der Anwahl der Funktion Protokoll werden die Informationen zu allen Messgeräten verfügbar. 2012 by Danfoss GmbH Seite 27

13. Protokoll Bild 14e: Auswahl der Oberschwingungsnorm Nach der Anwahl des Buttons Protokoll muß die Norm ausgewählt werden, die für den Vergleich der berechneten Werte mit den Normgrenzwerten maßgeblich sein soll. [Bild 15e: Beispiel für den Beginn des Protokolls mit einer Dokumentation der eingegebenen Daten] 2012 by Danfoss GmbH Seite 28

[Bild 16e: Beispiel zum Amplitudenspektrum des Transformatorstromes] Als erstes steht das Amplitudenspektrum des Transformatorstromes zur Verfügung. Ein Vergleich mit Normwerten findet nur statt, wenn eine IEEE-Norm gewählt wurde. Aus der Tabelle kann man die Oberschwingungsströme berechnen. In diesem Beispiel hat die 5-te Komponente die relative Größe von i 5 =38,65% und den absoluten Wert von I 5 =38,65% von I 1eff, also 38,65% von 330,01A=127,55A. I 1eff findet man unten unter der obigen Tabelle. 2012 by Danfoss GmbH Seite 29

[Bild 17e: Beispiel zum zeitlichen Verlauf des Transformatorstromes] Der zeitliche Verlauf des Transformatorstromes wird maßstäblich in [A] dargestellt für einen Zeitraum von 15ms. 2012 by Danfoss GmbH Seite 30

[Bild 18e: Beispiel zum Amplitudenspektrum der Transformatorspannung] Aus der Tabelle kann man die Oberschwingsspannungen berechnen. In diesem Beispiel hat die 5-te Komponente die relative Größe von u 5 =0,81% und den absoluten Wert von U 5 =0,81% von U 1eff, also 0,81% von 229,88V=1,862V. U 1eff findet man unten unter der obigen Tabelle. 2012 by Danfoss GmbH Seite 31

[Bild 19e: Beispiel zum Amplitudenspektrum der Transformatorspannung im Vergleich zu den Grenzwerten] In der Tabelle stehen die berechneten Werte und die nach Norm zulässigen. Grenzwertüberschreitungen werden mit roter Farbe markiert. 2012 by Danfoss GmbH Seite 32

[Bild 20e: Beispiel zum zeitlichen Verlauf der Transformatorspannung] Der zeitliche Verlauf der Transformatorspannung wird maßstäblich in [V] dargestellt für einen Zeitraum von 15ms. 2012 by Danfoss GmbH Seite 33