Die Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen wird unter anderem durch die fortwährende Erhöhung der Energieeffizienz von elektrischen Verbrauchern und Erzeugern umgesetzt, wobei leistungselektronische Komponenten eine Schlüsseltechnologie darstellen. Dieses führt zu steigenden Emissionen im Frequenzbereich zwischen 2 kHz und 150 kHz, welche auch als „Supraharmonische“ bezeichnet werden. Aufgrund lückenbehafteter Grenzwerte wurden bisher nur wenige Untersuchungen zu dieser Störungsart durchgeführt. In dieser Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung der supraharmonischen Störaussendung sowie der supraharmonischen Störfestigkeit von typischen Haushaltsgeräten vorgenommen, welche die Betrachtung aktueller normativer Vorgaben und die Entstehung supraharmonischer Störungen sowie die Auslegung von Filterschaltungen berücksichtigt. Die charakteristische Störaussendung und Störfestigkeit der einzelnen Geräte werden topologieabhängig bestimmt. Darauf aufbauend werden die Auswirkungen supraharmonischer Störungen auf die in den Geräten eingebauten Komponenten analysiert und besonders belastete Komponenten identifiziert. Anschließend werden verschiedene Optimierungsmaßnahmen beschrieben und deren Eignung anhand von Anwendungsbeispielen verifiziert. Zusätzlich werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, die eine Vorgehensweise bei der Optimierung bestehender und neuer Schaltungen aufzeigen.
Aktualisiert: 2020-07-15
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In den vergangenen Jahren wurden durch die kontinuierlich steigende Anzahl von dezentralen Erzeugern und Lasten in den Niederspannungsnetzen, die mit Frequenzen oberhalb von 2 kHz schalten, vermehrt Störungen in dem Frequenzbereich zwischen 2 kHz und 150 kHz festgestellt.
Die resultierenden Auswirkungen dieser Störungen, die als „Supraharmonische“ bezeichnet werden, sind beispielsweise Fehlfunktionen und akustische Störwirkungen elektronischer Geräte oder Flicker bei elektrischen Leuchtmitteln. Außerdem wurde bereits beobachtet, dass beispielsweise Leuchtmittel bei einer supraharmonischen Belastung eine erhöhte Stromaufnahme im Vergleich zu der Stromaufnahme bei einem ungestörten Betrieb aufweisen. Die damit einhergehende zusätzliche Erwärmung im Gehäuseinneren der Lampe, die direkt abhängig ist von der Höhe der supraharmonischen Störung, hat einen signifikanten Einfluss auf die Lebensdauer der einzelnen Komponenten der verwendeten Schaltung und somit auch auf die Lebensdauer des Gesamtgeräts.
Des Weiteren existieren aktuell keine Normen oder Standards, die zum einen die Störaussendung und zum anderen die Störfestigkeit der Geräte in diesem Frequenzbereich vollständig und sinnvoll reglementieren. In dieser Arbeit werden daher Handlungsempfehlungen hinsichtlich angemessener Verträglichkeitspegel zwischen 2 kHz und 150 kHz entwickelt. Die dazu benötigten Grundlagen werden sowohl mittels Langzeituntersuchungen von Elektrolytkondensatoren als auch mit Hilfe eines iterativen Lebensdauerberechnungsverfahrens erarbeitet, um den Einfluss einer supraharmonischen Dauerbelastung auf die Lebensdauer der Kondensatoren sowie des Gesamtgeräts ermitteln zu können. Basierend auf der Bewertung der Auswirkungen werden abschließend angemessene Verträglichkeitspegel definiert.
Aktualisiert: 2020-09-24
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