Stromrichterschaltungen und THD

Stromrichterschaltungen mit Diodengleichrichter stellen immer noch die preiswerteste Alternative zur Erzeugung von Gleichstrom aus Wechselstrom dar. Sie erzeugen jedoch mit großer Amplitude harmonische Oberwellen, welche bei
n = m · p ± 1 (m = 1;2;3;…)
auftreten.
Bei B6-Schaltungen (6-Puls-Brückenschaltung) werden also die 5. und 7. und dann die 11. und 13. usw. harmonische Oberwelle erzeugt.

 

Definition THD

Total Harmonic Distortion - TotaleHarmonische Verzerrung

Der THD-Wert (Total Harmonic Distortion) ist die geometrische Summe aller Oberwellenanteile in Bezug auf den Grundfrequenzstrom bis einschließlich zur 40. Oberwelle (bis 2kHz).

 

Simulation einer B6-Schaltung mit Netzdrossel 4% UK

Schaltung für Simulation

 

Strom- und Spannungsverläufe

 

Oberwellen

THD
 42%

Gleichspannungsverlust
 30V

 

Der 12-Puls-Gleichrichter

Da am 12-Puls-Gleichrichter die Probleme einfacher zu lösen sind, soll dieser zuerst betrachtet werden. Dieser Diodengleichrichter erzeugt mit größerer Amplitude harmonische Oberwellen bei 12 ± 1, also die 11. und 13. harmonische Oberwelle.

Die B12-Schaltung kann am 3-Phasen-Netz nur durch einen Y/D-Transformator realisiert werden, der zwei um 30° verschobene Ausgänge aufweist. Meist wird ein Transformator mit Dd0y5-Schaltung verwendet. Die Streuinduktivität des Transformators dient gleichzeitig der Dämpfung der Kommutierungseinbrüche und erspart somit die Netzdrossel. Der Anteil der harmonischen Oberwellen des Stromes (THD) liegt bei ca. 13%. Hier sind die Netzimpedanz und der Netzaufbau bestimmend für den tatsächlichen Wert. Mit 550 und 650 Hz liegen die kleinsten Harmonischen des Stromes weit genug von der Grundwelle 50Hz entfernt, um hier mit einem Tiefpassfilter operieren zu können, z.B. Harmonic Filter CNW 897.

Anwendungen

Die Anwendungsbereiche dieser Schaltung befinden sich im oberen Leistungsbereich, denn hier ist der Preis für den Y/D-Transformator gerechtfertigt. Übersteigt der Anteil der Umrichterlast (z.B. bei B6-Schaltungen) 25% der gesamten Last, sollte man auf die B12-Schaltung wechseln! Die Anwendungsbereiche liegen bei regenerativen Energieversorgungen (Windkraftanlagen), USV-Anlagen und Inselnetzanlagen.