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Netzrückwirkungen
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Passive Filter haben den Nachteil, dass sie relativ sperrig sind (sie haben etwa die Größe eines
Frequenzumrichters). Zudem haben sie einen kapazitiven Leistungsfaktor, der bei der Auslegung
des Systems zu berücksichtigen ist, um Resonanzen zu vermeiden.
Mehrpuls-Gleichrichter
Mehrpuls-Gleichrichter werden durch Phasenverschiebungstransformatoren gespeist. Die
gängigsten Lösungen sind 12-pulsige (2 x 3 Phasen) oder 18-pulsige Gleichrichter (3 x 3
Phasen). Die Phasenverschiebung dreht niedrige Oberschwingungen um 180° und so heben
sich diese gegenseitig auf. Die Phasen der Sekundärwicklung haben im Falle einer 12-pulsigen
Gleichrichtung einen Phasenversatz von 30° (den Versatz zwischen der D- und der Y-Wicklung).
In dieser Konfiguration werden die 5. und 7. Oberschwingung aufgehoben, und die größten
Oberschwingungen werden die 11. und 13. sein. Eine Mehrpuls-Oberschwingungsreduzierung
erfordert große Transformatoren – größer als der Frequenzumrichter. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass die Leistung unter nicht idealen Bedingungen wie einer
Spannungsasymmetrie reduziert ist.
7.3.2 Aktive Lösungen zur Reduzierung von Oberschwingungen
Active Front End (AFE)
Den Diodengleichrichter kann ein Wechselrichter mit aktiven Schaltern ersetzen (gewöhnlich
IGBT-Transistoren), der dem motorseitigen Wechselrichter ähnelt. Der netzseitige Wechselrichter
ist pulsweitenmoduliert, und der Eingangsstrom ist fast sinusförmig. Die Oberschwingungen der
Netzfrequenz sind nicht vorhanden. Allerdings speist er die Taktfrequenzkomponenten in die
Netzversorgung ein. Um Taktfrequenzgeräusche zu reduzieren, kommt ein passiver Filter zum
Einsatz, in der Regel eine Tiefpass-L-C-L-Topologie (zwei Spulen und Kondensatoren zwischen
den Spulen).
Der Hauptvorteil des AFE besteht darin, dass er einen Vier-Quadranten-Betrieb ermöglicht: Das
bedeutet, dass der Energiefluss in beide Richtungen gehen kann und er Energie im Falle einer
generatorischen Bremsung wieder zurück in das Netz einspeisen kann. Das ist in Anwendungen
vorteilhaft, bei denen es zu häufigen oder langwierigen Bremsungen kommt, wie etwa bei
Kränen oder Zentrifugen.
Der Nachteil der AFE-Lösung ist ihre relativ geringe Effizienz und ihre hohe Komplexität. Wenn
die jeweilige Anwendung keine rückspeisefähige Lösung erfordert, ist die Energieeffizienz der
AFE-Lösung geringer, als bei einer aktiven Filterlösung.
Aktive Filter
Aktive Filter (AF) bestehen aus einem Wechselrichter, der einen Oberschwingungsstrom in
Gegenphase zu den Oberschwingungsverzerrungen des Versorgungsnetzes erzeugt und auf
diese Weise diese eliminiert. Die nachstehende Abbildung zeigt das Funktionsprinzip, bei dem
der Aktive Filter den Oberschwingungsstrom eines Diodengleichrichters aufhebt.
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