Sonel PQM - Leistungsanalysator - Verwendungsbeispiel Nr. 1: Einphasige Last mit APFC

Moderne einphasige Geräte höherer Leistung, die auf einem höheren technischen Niveau hergestellt werden, sind teilweise gegen die Entnahme von verzerrtem Strom aus dem Netz infolge des Betriebs typischer Gleichrichterbrücken geschützt. Diese Lösungen ermöglichen auch eine teilweise Korrektur der Blindleistung und halten sie auf einem niedrigen Niveau. Dies sind die vernünftigsten Lösungen, die einen vereinfachten aktiven Filter mit einer Gleichrichter-Stromversorgung integrieren.

Beschreibung des erkannten Problems

Das Profi-Hochleistungsnetzteil ist mit dem APFC-System (Automatic Power Factor Corrector) ausgestattet, d.h. automatische Korrektur des Leistungsfaktors von der Versorgungsnetzseite aus gesehen. Die Betrachtung der Qualität des von der Stromversorgung aufgenommenen Stroms zeigt die Heterogenität des Stroms (Abb. 2 und 3). Darüber hinaus wurden eine große Variabilität der Qualitätsparameter des vom Netzteil aufgenommenen Stroms und merkliche Spannungseinbrüche im Moment des Einschaltens beobachtet (Abb. 1.). Stehen diese Störungen im Zusammenhang mit den Eigenschaften und dem Betrieb der Stromversorgung?

Eingesetzte Messmittel

Analysator Sonel PQM-702 (siehe den Nachfolger von Sonel PQM-710)
Zangensatz C-7A
Software Sonel Analysis

Abb. 1. Bild von Spannung und Phasenstrom beim Einschalten und Betrieb des Netzteils mit APFC

Abb. 2. Abbildung des Leistungsfaktors PF vor dem Hintergrund des Stroms beim Einschalten und Betrieb des Netzteils mit APFC

Abb. 3. Darstellung der THD I- und Kf-Pegel vor dem Hintergrund der Wirkleistung beim Betrieb des Netzteils mit APFC

Erste Schlussfolgerungen

Es wurde eine große Bandbreite von Netzlaständerungen festgestellt, die durch den Betrieb der Stromversorgung verursacht wurden.
Für niedrige Leistungseingänge war der Leistungsfaktor PF sehr niedrig (siehe 1.).
Oberhalb von 25 % der aus dem Netz entnommenen Last gibt es eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrads der Leistungsfaktorkorrektur (siehe 2.) auf das Niveau von 0,972, was ein Ergebnis nahe dem erwarteten Ergebnis ist, und eine Reduzierung von Verzerrungen (siehe 3.).

Erst wenn die aufgenommene Wirkleistung über 220 W des Netzteils mit einer Nennleistung von 750 W liegt, verbessert sich der PF-Leistungsfaktor signifikant auf das Niveau von 0,972 und die THD I und Kf sinken. Dies beweist den positiven Einfluss der APFC-Funktion auf die Art des Stroms, den die Stromversorgung aus dem Netz bezieht (vgl. 3.). Wenn wir uns die Oszillogramme im Detail ansehen, haben wir auch eine Antwort darauf, wie das Netzteil bei geringer Last arbeitet. Gelegentlich kommt es zu Anhebungsimpulsen, die aufgrund kleiner Werte für den Pegel der Harmonischen nicht relevant sind (Bild 4). Bei hohen Lasten gibt es dank APFC jedoch eine recht effektive Korrektur der Form und Phase des Stroms (Abb. 5).

Abb. 4. APFC funktioniert nicht bei niedriger Last

Abb. 5. APFC arbeitet unter hoher Last

Abb. 6. Bild der Stromharmonischen während des effektiven Betriebs des APFC in der Stromversorgung

Abb. 7. Der Moment des Einschaltens der Stromversorgung mit APFC – oszillographisches Bild und RMS20ms_(1/2)

Schlussfolgerungen:

Die Stromformkorrektur funktioniert nicht bei geringer Netzentnahme durch das Netzteil mit APFC.
Oberhalb von 25 % der aus dem Netz entnommenen Nennlast steigt die Wirksamkeit der APFC-Korrektur schnell an, es lässt sich eine sichtbare Verbesserung der Parameter des aus dem Netz entnommenen Stroms bei hohen Lasten beobachten (Abb. 6.).
Im Zeitpunkt des Einschaltens tritt ein 10-facher Halbperiodenüberstrom des Stroms auf, der Spannungseinbrüche von ca. 5 V RMS verursacht, jedoch nur bei anfänglicher Belastung des Netzteilausgangs (Abb. 7.).

Empfehlungen

Bei der Auswahl eines Geräts sollte auf Folgendes geachtet werden:

deklarierte Anlaufströme des Gerätes,
Lastplanung bei >60 % der Nennleistung.

Autor:
Krzysztof Lorek