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Handbuch Expert LevelDanfoss Harmonic Calculation Software 2.0

Handbuch zur Danfoss HCS-Software V 2.0

© 2012 by Danfoss GmbH Seite 1

Handbuch

Expert Level

Danfoss HCS Software 2.0

Stand: 01.08.2012



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



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.



[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.



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.



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 SN=S1+S2. Dabei wird uk1=uk2 vorausgesetzt und es gilt uk1=ek. Mit VTHD wird die Vorbelastung des Mittelspannungsnetzes durch andere Trafostationen berücksichtigt. Dies ist eine vorab vorhandene Spannungsverzerrung, die am unbelasteten Trafo SN meßbar ist. Vorausgesetzt wird der allgemein übliche Fall einer trapezförmigen Sternpunktspannung. Im dargestellten Beispiel liegen nctr=4 parallelgeschaltete Kabel mit je 240qmm Aderquerschnitt zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. Für ACutr 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.



V0 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.

f Netzfrequenz. Es können 50Hz oder 60Hz gewählt werden.

VTHD THDu-Wert der Spannung des Netzes im Leerlauf bzw. THDu-Wert des Mittelspannungsnetzes. Hierbei wird niederspannungsseitig eine dreieckförmige verkettete Spannung angenommen. Die Eingabe erfolgt in der Einheit [%]. Also beispielsweise VTHD=2,5 für VTHD=2,5%

SN Nennleistung bzw. Bemessungsleistung des Netztransformators in der Einheit [kVA].

Sein Nennstrom INTr folgt aus der Zahlenwertgleichung 0

*3

1000*

V

SI N

NTr = mit

SN in [kVA], verkettete Spannung V0 in [V] und INTr in [A].

ek Kurzschlussspannung uk bzw. ek des Netztransformators in der Einheit [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 2,0 bis 25% liegen. Sollte nur der Kurzschlussstrom IKS des Netztransformators gegeben sein, so folgt

ek in [%] aus der Zahlenwertgleichung ek=100*INTr/IKS (INTr siehe SN). Es sollte 22

rxk eee += beachtet werden.

er Ohmscher Anteil der Kurzschlussspannung ek des Netztransformators in [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 1,0 bis 25% liegen.

Es sollte 22

rxk eee += beachtet werden.

SSC 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 SSC=500MVA.

lctr Länge des Kabels in [m] zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m

nctr Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegen nctr=4 parallelgeschaltete Kabel mit je 240qmm Aderquerschnitt zwischen dem Transformator und der Hauptverteilung. Für ACutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (4*240qmm=960qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur ACu=0,64,3*AAl, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer.

LC-reltr 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.



ACutr Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm2]. Näheres siehe nctr

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



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 xd“ und x0 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 uk=xd“ und einem zusätzlichen Innenwiderstand x0 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.



V0 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.

f Generatorfequenz. Es können 50Hz oder 60Hz gewählt werden.

SN Nennleistung bzw. Bemessungsleistung des Generators in [kVA].

Sein Nennstrom INGen folgt aus der Zahlenwertgleichung 0

*3

1000*

V

SI N

NGen = mit

SN in [kVA], verkettete Spannung V0 in [V] und INGen in [A].

xd“ Relative subtransiente Reaktanz des Generators in [%] x0 Relative Nullreaktanz des Generators in [%]

lctrG Länge des Kabels in [m] zwischen dem Generator und der Hauptverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m

nctrG Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegen nctr=3 parallelgeschaltete Kabel mit je 140qmm Aderquerschnitt zwischen dem Generator und der Hauptverteilung. Für ACutr 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.

LC-reltr 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.

ACutrG Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm2]. Näheres siehe nctrG


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



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 PN1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei

ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl maßgebend. %100**1

NN n

n

M

MED = . Sollte bei

100%MN1 nur 70%nN auftreten oder 70%MN bei 100%nN, so ist in beiden Fällen ED1=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. CG1 ist der relative Glättungskondensator in % vom üblichen Wert. CG1=100 gilt für viele Umrichter mit induktiver Glättung.

CG1=150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. CG1≤30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. LG1 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität. Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters.



Die Eingabe des LG1 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste

wählt, in der die LG-Werte hinterlegt sind. Für andere Fälle ist LG als per unit-Wert LG1 einzutragen, gemäss der Gleichung

3

****2

0

1

1 V

ILfL NG

G

π= Dabei ist IN1 der Nennstrom am Frequenzumrichtereingang. Dieser stimmt

überschlägig mit dem Strom im LG1 überein. Für L G1 kann auch der Wert Null eingetragen werden. Dann sind auch Umrichter berechenbar, die nicht von Danfoss stammen. Lk1 ist die relative Kurzschlussspannung der Netzkommutierungsinduktivität.

Lk1 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 Lk1-Feld einzutragen. Ist nur der Induktivitätswert Lk der Netzkommutierungsinduktivität bekannt, so kann man Lk1 über

3

****2

0

1 V

ILfL Nk

k

π= berechnen.

Dabei ist für IN der Nennstrom der Induktivität zu verwenden. Dieser Nennstrom sollte mit dem Summenstrom aller am Lk angeschlossenen Frequenzumrichter übereinstimmen. Wenn für FC1 die Eingabe „per Geräteliste“ erfolgt wie im untenstehenden Beispiel, werden CG1, LG1 und PN1 aus der Liste übernommen.



lc1 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m

nc1 Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegt mit nc1=1 keine Parallelschaltung von Kabeln vor. Für nc1>1 siehe nctr beim Transformatorkabel. Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur ACu=0,643*AAl, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer.

LC-reltr 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.



ACu1 Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm2]. Näheres siehe nc1


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



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 PN1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei


NN n

n

M

MED = . Sollte bei


CG2=150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. CG2≤30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. LG2 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität.



Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters. Die Eingabe des LG2 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste

wählt, in der die LG-Werte hinterlegt sind. Für andere Fälle ist LG als per unit-Wert LG1 einzutragen, gemäss der Gleichung

3

****2

0

2

2 V

ILfL NG

G

π= Dabei ist IN2 der Nennstrom am Frequenzumrichtereingang. Dieser stimmt

überschlägig mit dem Strom im LG2 überein. Für L G2 kann auch der Wert Null eingetragen werden. Dann sind auch Umrichter berechenbar, die nicht von Danfoss stammen. Lk2 ist die relative Kurzschlussspannung der Netzkommutierungsinduktivität.

Lk2 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 Lk2-Feld einzutragen. Ist nur der Induktivitätswert Lk der Netzkommutierungsinduktivität bekannt, so kann man Lk2 über

3

****2

0

2

2 V

ILfL Nk

k

π= berechnen.

Dabei ist für IN2 der Nennstrom der Induktivität zu verwenden. Dieser Nennstrom sollte mit dem Summenstrom aller am Lk2 angeschlossenen Frequenzumrichter übereinstimmen. Wenn für FC2 die Eingabe „per Geräteliste“ erfolgt wie im untenstehenden Beispiel, werden CG2, LG2 und PN2 aus der Liste übernommen.



lc2 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung.

1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m nc2 Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase.

Im dargestellten Beispiel liegt mit nc2=2 eine Parallelschaltung von 2 Kabeln mit je 140qmm vor. Für ACutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur ACu=0,64,3*AAl, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer.

LC-reltr 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.





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



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 PN1 die im Nennbetrieb erreichte Wellenleistung des Motors eingetragen. Über ED1 wird ein Teillastbetrieb berücksichtigt. Dabei


NN n

n

M

MED = . Sollte bei


CG3=150 ist sinnvoll, wenn der Umrichter keinerlei Glättungsinduktivität hat und die Wechselstrombelastung des Kondensators steigt. CG3≤30 gilt näherungsweise für Umrichter mit schlankem Zwischenkreis. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 10 bis 800 liegen. LG3 ist die relative Kurzschlussspannung der gleichstromseitigen Glättungsinduktivität. Diese liegt im Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters.



Die Eingabe des LG3 erübrigt sich für den Anwender, wenn er die Umrichter aus der Danfoss-Liste

wählt, in der die LG-Werte hinterlegt sind.

lc3 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. 1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m

nc3 Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase. Im dargestellten Beispiel liegt mit nc2=2 eine Parallelschaltung von 2 Kabeln mit je 140qmm vor. Für ACutr ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur ACu=0,64,3*AAl, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer.

LC-rel3 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.



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



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.



lcB12 Länge des Kabels in [m] zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung.

1m entspricht 3,280feet und 1foot hat 0,3048m ncB12 Anzahl der parallel geschalteten Adern pro Phase.

Im dargestellten Beispiel liegen ncB12=2 parallelgeschaltete Kabel mit je 140qmm Aderquerschnitt zwischen der Hauptverteilung und der Unterverteilung. Für ACuB12 ist dabei der gesamte Querschnitt pro Phase einzusetzen (2*140qmm=280qmm). Für Aluminiumleiter darf nicht der tatsächliche Aluminiumquerschnitt eingesetzt werden, sondern nur ACu=0,64,3*AAl, weil Aluminium schlechter leitet als Kupfer.

LC-relB12 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.

ACuB12 Gesamter Kupferquerschnitt des Kabels oder der Kabel oder Leitungen pro Phase in [mm2]. Näheres siehe ncB12


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

ekB12 Kurzschlussspannung des Dreiwicklungstransformators in der Einheit [%]. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 1,0 bis 15% liegen.



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.



lB2 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 lB2 eingegebene Wert muss innerhalb von 1 bis 500 liegen. 1m entspricht 3,280 feet und 1 foot hat 0,3048m. Es wird angenommen, dass der N-Leiter den gleichen Querschnitt wie jeder Phasenleiter hat oder besser noch das 1,7-fache.

LC-relB2 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.

ACuB2 Gesamter Leiterquerschnitt in qmm pro Phase für Kupferleiter. Achtung: Der Kabelquerschnitt wird nicht auf eine sinnvolle Grösse oder Stromtragfähigkeit überprüft !!! Für Aluminium ist ACu1=0,643*AAlu 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 Phasenlei-ter 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

AWG 11 12 13 14 15 16 17 qmm 4,2 3,3 2,6 2,1 1,7 1,3 1,0

PB2 PB2 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. PB2 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



10. Lineare Last

[Bild 11e: Eingabe zur linearen Last]

PNM Summe der Wellenleistungen aller direkt am Netz liegenden Motoren. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kW bis 80% von der Transformatornennleistung SN 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*MN und etwa I=0,3*IN. 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 SN liegen.

p Verdrosslungsgrad der verdrosselten Blindstromkompensation. Beispielsweise ergibt p=7% im 50Hz-Netz einen Reihenschwingkreis mit f0=189Hz. Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,01 bis 25 liegen.

PR Rein ohmsche Last im Netz durch Elektroheizungen, Glühlampen usw. . Der eingegebene Wert muss innerhalb von 0,1kW bis 100% von der Transformatornennleistung SN 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 SN liegen.



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.



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.



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]



[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 i5=38,65% und den absoluten Wert von I5=38,65% von I1eff, also 38,65% von 330,01A=127,55A. I1eff findet man unten unter der obigen Tabelle.



[Bild 17e: Beispiel zum zeitlichen Verlauf des Transformatorstromes]

Der zeitliche Verlauf des Transformatorstromes wird maßstäblich in [A] dargestellt für einen Zeitraum von 15ms.



[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 u5=0,81% und den absoluten Wert von U5=0,81% von U1eff , also 0,81% von 229,88V=1,862V. U1eff findet man unten unter der obigen Tabelle.



[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.



[Bild 20e: Beispiel zum zeitlichen Verlauf der Transformatorspannung]

Der zeitliche Verlauf der Transformatorspannung wird maßstäblich in [V] dargestellt für einen Zeitraum von 15ms.

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