Ein Umrichter holt seinen Strom nicht als Sinus aus dem Netz, und er schaltet Hunderte Volt in Mikrosekunden auf die Motorleitung. Beides spüren andere: die Spannung an der UV-K4 und die Busleitung daneben. Hier rechnest du nach, wie stark, und legst fest, was dagegen hilft. Nimm die Parameterliste von =4.3-T1 aus LF 8 und das Tabellenbuch dazu.
Schritt 3 von 5. Du untersuchst den Netzstrom eines Umrichters, berechnest THD und Effektivwert, wertest eine Messreihe aus, weist die Netzrückwirkungen an der UV-K4 nach und stellst eine EMV-Prüfliste auf.
Danach: 4 · Rechenwege und Lösungen
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Was ein Umrichter an Oberschwingungen aus dem Netz zieht, verzerrt die Spannung für alle anderen an derselben Unterverteilung.
Am Ende hast du: einen Nachweis der Netzrückwirkungen an der UV-K4 mit und ohne Netzdrossel, ein Messprotokoll vom Laborumrichter und eine EMV-Prüfliste für Umrichter, Motorleitung und Busleitung.
Karte „Abschnitt 4 am Netz auf einen Blick“: Alle Teilnehmer des Anlagennetzes mit Referenzkennzeichen, Ort und Aufgabe, dazu der Übersichtsplan. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Erst du, dann die anderen
Die Busfehler an KE11 kommen immer dann, wenn das Steigband anläuft. Wie findest du heraus, ob sie aus der Leitung kommen oder vom Umrichter? Den Weg schreibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Fehlerzähler gegen den Hochlauf legen. Die Fehlerzähler der Ports über eine Stunde mitschreiben und mit den Anlaufzeiten des Steigbands vergleichen. Liefert einen Beleg statt einer Vermutung, braucht aber Zeit und Diagnosedaten.
- Leitung umlegen. Die Busleitung probeweise weg von der Motorleitung führen und beobachten, ob die Fehler verschwinden. Eindeutig, aber ein Eingriff, der nur in der Nachtpause geht.
- Schirm und Auflage prüfen. Jede Schirmauflage der beteiligten Leitungen ansehen und den Schirm durchmessen. Schnell und billig, findet aber nur, was man sehen oder messen kann, keinen Fehler im Umrichter selbst.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte für Lernangebot 6 · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte für Lernangebot 6
- Umrichter
- ungesteuerter Sechspuls-Gleichrichter mit Zwischenkreiskondensator, Grundschwingungs-Leistungsfaktor λ1 = 0,95
- Oberschwingungsströme laut Datenblatt, bezogen auf I1
- ohne Netzdrossel: 5. 75 %, 7. 55 %, 11. 12 %, 13. 8 %, 17. 6 %, 19. 5 %; mit Netzdrossel uk = 4 %: 33 %, 12 %, 7 %, 5 %, 3 %, 2 %
- Antrieb 4.3
- Motor 1,1 kW, Wirkungsgrad 86,3 % (IE4), Umrichter 97 %, Netz 400 V
- UV-K4
- Kurzschlussleistung 6 MVA; in der Ausbaustufe Umrichter aller Abschnitte mit zusammen 75 kW an der UV-K4, λ1 = 0,95
- Rechenmodell Netz
- Netz bis zur UV-K4 als Reaktanz Xk aus der Kurzschlussleistung, Widerstand vernachlässigt; für die Oberschwingung der Ordnung h wirkt die h-fache Reaktanz. Ohne Vorbelastung durch andere Verbraucher.
- Verträglichkeitspegel DIN EN 61000-2-4, Klasse 2 (Werte im Kurs)
- U5 6 %, U7 5 %, U11 3,5 %, U13 3 %, U17 2 %, U19 1,5 %, THD 8 %
- Messreihe Labor (Unterrichtswerte)
- Laborumrichter 0,75 kW mit Motor bei Bemessungslast, Netzstrom L1 mit Leistungsanalysator, Effektivwerte bis zur 13. Ordnung:
Ordnung ohne Netzdrossel in A mit Netzdrossel 4 % in A 1. (50 Hz) 1,62 1,55 5. (250 Hz) 1,18 0,52 7. (350 Hz) 0,86 0,20 11. (550 Hz) 0,21 0,11 13. (650 Hz) 0,14 0,08 - Ableitstrom =4.3-T1
- 5 mA mit eingebautem Netzfilter (Herstellerangabe)
- Installation (Unterrichtswerte)
- Motorleitungen geschirmt, Busleitungen Industrial Ethernet, Kupfer, geschirmt; Abstand zwischen Motorleitung und Busleitung mindestens 20 cm oder getrennter Kanal, Kreuzungen rechtwinklig
Alle Werte zu Abschnitt 4 und Stapler 4 sind Unterrichtswerte. Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Nachweis der Netzrückwirkungen und EMV-Prüfliste
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Nachweis an der UV-K4: Oberschwingungsströme, Spannungsoberschwingungen und THDu ohne und mit Netzdrossel, verglichen mit den Verträglichkeitspegeln
- der begründeten Maßnahme gegen Netzrückwirkungen
- dem Messprotokoll der Labormessung mit THDi und Effektivwert
- der EMV-Prüfliste für Umrichter, Motorleitung, Busleitung, Potenzialausgleich und Schutzleiter, je Punkt mit Soll, Prüfweg, Ergebnis
- den Normbezügen: DIN EN 61800-3, DIN EN 61000-2-4, DIN EN 61800-5-1
Zur Dokumentation
Jede Rechnung mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit, die Oberschwingungen als Tabelle aus der Tabellenkalkulation. Die Prüfliste so, dass die Elektrowerkstatt sie in der Umbaunacht abhaken kann.
Zusammen mit der Telegrammliste aus Lernangebot 5 ist das euer Meilenstein M2. Ein anderes Team prüft gegen die Abnahmepunkte, danach zeichnen die Projektleitung und die Meisterin ab.
6.1Erkläre, weshalb der Umrichter einen nicht sinusförmigen Strom aus dem Netz nimmt
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Aufgabe 6.1
Erkläre, weshalb der Umrichter einen nicht sinusförmigen Strom aus dem Netz nimmt:
- Beschreibe den Weg der Energie vom Netz über Gleichrichter und Zwischenkreis zum Motor.
- Erkläre, weshalb Strom nur in der Nähe der Spannungsspitzen fließt.
- Beschreibe den Netzstrom im Bild ohne und mit Netzdrossel.
- Nenne die Ordnungszahlen, die ein Sechspuls-Gleichrichter erzeugt, und ihre Frequenzen bis 1 kHz.
- Begründe, weshalb im Strom des Umrichters keine 3. Oberschwingung auftritt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zwischenkreisumrichter · Gleichrichterschaltungen · Oberschwingungen
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
6.2Berechne die Oberschwingungen im Netzstrom des Umrichters =4.3-T1
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Aufgabe 6.2
Berechne die Oberschwingungen im Netzstrom des Umrichters =4.3-T1:
- Berechne THDi ohne und mit Netzdrossel aus dem Datenblattspektrum.
- Leite her, wie der Effektivwert des Stroms von der Grundschwingung und vom THDi abhängt.
- Berechne die Netzleistung und die Grundschwingung I1 des Umrichters bei Bemessungsleistung des Motors.
- Berechne den Effektivwert des Netzstroms ohne und mit Netzdrossel.
- Beurteile, was der höhere Effektivwert für Zuleitung und Sicherung bedeutet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Oberschwingungen, THD-Werte · Effektivwert · Harmonische
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
6.3Werte die Messreihe am Laborumrichter aus
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Aufgabe 6.3
Werte die Messreihe am Laborumrichter aus:
- Berechne THDi ohne und mit Netzdrossel aus den gemessenen Strömen.
- Berechne den Effektivwert des Netzstroms ohne und mit Netzdrossel.
- Berechne die Anteile der 5. und 7. Oberschwingung an der Grundschwingung.
- Vergleiche deine Ergebnisse mit den Datenblattwerten.
- Nenne zwei Gründe, weshalb Messung und Datenblatt nicht genau übereinstimmen.
- Erstelle das Messprotokoll mit Messgerät, Messpunkt, Betriebszustand und Ergebnissen.
| Größe | ohne Netzdrossel | mit Netzdrossel | Datenblatt ohne | Datenblatt mit |
|---|---|---|---|---|
| I5 bezogen auf I1 | ||||
| I7 bezogen auf I1 | ||||
| THDi | ||||
| Ieff |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Oberschwingungen, Messen · Messgerät, Leistungs- · Prüfprotokoll
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
6.4Weise nach, ob die Umrichter der Ausbaustufe die Spannung an der UV-K4 zu stark verzerren
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Aufgabe 6.4
Weise nach, ob die Umrichter der Ausbaustufe die Spannung an der UV-K4 zu stark verzerren:
- Berechne die Grundschwingung I1 aller Umrichter an der UV-K4.
- Berechne die Reaktanz Xk aus der Kurzschlussleistung.
- Berechne die Oberschwingungsströme ohne Netzdrossel.
- Berechne die Spannungsoberschwingungen U5 bis U19 in Prozent der Netzspannung.
- Berechne THDu.
- Vergleiche jeden Wert mit dem Verträglichkeitspegel.
- Wiederhole die Rechnung mit Netzdrossel.
| Ordnung | Ih ohne in A | uh ohne in % | Ih mit in A | uh mit in % | Verträglichkeitspegel in % |
|---|---|---|---|---|---|
| 5. | |||||
| 7. | |||||
| 11. | |||||
| 13. | |||||
| 17. | |||||
| 19. | |||||
| THDu |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Netzrückwirkungen · Oberschwingungen, THD-Werte · Qualität der Stromversorgung
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6.5Wähle eine Maßnahme gegen die Netzrückwirkungen an der UV-K4 aus
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Aufgabe 6.5
Wähle eine Maßnahme gegen die Netzrückwirkungen an der UV-K4 aus:
- Beschreibe, wie eine Netzdrossel, ein aktives Filter und ein Umrichter mit aktiver Einspeisung die Oberschwingungen verringern.
- Vergleiche die drei Maßnahmen in einer Tabelle nach Wirkung, Kosten, Platz im Schrank und Verlusten.
- Entscheide, welche Maßnahme ihr für Abschnitt 4 vorschlagt.
- Begründe deine Entscheidung mit deinem Nachweis aus Aufgabe 6.4.
- Unterscheide die Verträglichkeitspegel nach DIN EN 61000-2-4 von den Merkmalen der Spannung in öffentlichen Netzen nach DIN EN 50160.
| Maßnahme | Wirkung | Kosten | Platz | Verluste |
|---|---|---|---|---|
| Netzdrossel je Umrichter | ||||
| aktives Filter an der UV-K4 | ||||
| Umrichter mit aktiver Einspeisung |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Drosselspule · Filter, aktives · Kurzschlussspannung
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6.6Untersuche, wie Störungen des Umrichters in die Busleitung gelangen können
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Aufgabe 6.6
Untersuche, wie Störungen des Umrichters in die Busleitung gelangen können:
- Nenne die vier Kopplungsarten elektromagnetischer Störungen.
- Ordne jeder Kopplungsart eine Stelle im Bild zu, an der sie wirken kann.
- Finde im Bild drei Stellen, die nicht EMV-gerecht ausgeführt sind.
- Beschreibe für jede dieser Stellen die richtige Ausführung.
- Erkläre, weshalb ein Schirm bei hohen Frequenzen großflächig aufgelegt werden muss.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kopplungsarten · EMV · elektromagnetische Störungen
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6.7Lege die Anforderungen aus den Normen für =4.3-T1 fest
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Aufgabe 6.7
Lege die Anforderungen aus den Normen für =4.3-T1 fest:
- Ordne den Gepäckkeller einer Umgebung nach DIN EN 61800-3 zu.
- Bestimme, welche Kategorie der Umrichter dort mindestens erfüllen muss.
- Vergleiche den Ableitstrom von =4.3-T1 mit dem Grenzwert von 3,5 mA.
- Lege den Schutzleiteranschluss nach DIN EN 61800-5-1 fest.
- Erkläre, weshalb ein unterbrochener Schutzleiter an diesem Umrichter gefährlich ist.
- Beschreibe, wie du den Schutzleiterstrom misst.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: elektromagnetische Verträglichkeit · Ableitstrom · Querschnitte für Schutzleiter · Schutzleiterstrom, Messen
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
6.8Erstellt im Team den Nachweis der Netzrückwirkungen und die EMV-Prüfliste für Abschnitt 4 als Lernprodukt
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Aufgabe 6.8
Erstellt im Team den Nachweis der Netzrückwirkungen und die EMV-Prüfliste für Abschnitt 4 als Lernprodukt:
- Fasst den Nachweis an der UV-K4 ohne und mit Netzdrossel in einer Tabelle zusammen.
- Haltet eure Maßnahme mit Begründung fest.
- Stellt die EMV-Prüfliste für Umrichter, Motorleitung, Busleitung, Potenzialausgleich und Schutzleiter auf, je Punkt mit Soll, Prüfweg und Ergebnis.
- Ordnet jedem Prüfpunkt seine Norm oder Regel zu.
- Legt fest, welche Punkte der Prüfliste ihr wegen der Busfehler an KE11 zuerst prüft.
- Legt das Messprotokoll aus Aufgabe 6.3 bei.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: EMV · Potenzialausgleich · Prüfprotokoll · Twisted-Pair-Leitungen
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Die Gepäcklogistik hat gehört, dass Umrichter Energie sparen. Sie will alle 20 Antriebe von Abschnitt 4, auch die Bänder, die immer mit derselben Geschwindigkeit laufen, auf Umrichter umstellen lassen.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, wie sich mehr Umrichter auf deinen Nachweis an der UV-K4 auswirken.
- Beurteile, ob Umrichter an Bändern mit fester Geschwindigkeit Energie sparen.
- Entscheide, welche Bedingungen du der Gepäcklogistik für die Umstellung nennst.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.