Die USV – effizient soll sie sein

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VON ZUR MÜHLEN'SCHE GmbH

EPS Rechenzentrum Infrastruktur GmbH

6-Puls-, 12-Puls-, IGBT-Technologie und Oberwellen

Die Gleichrichterschaltungen haben erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad und den Netzrückwirkfaktor, welcher durch eine entsprechend größere Netzersatzanlage kompensiert werden muss. Somit wirkt sich die Gleichrichterschaltung direkt auf die Kosten des Gesamtsystems aus.

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6- und 12-Puls USV-Anlagen mögen zwar in der Anschaffung günstiger sein, bewirken jedoch in den Betriebskosten und der notwendigerweise größeren Netzersatzanlage als Gesamtsystem über die Lebensdauer betrachtet unter Umständen höhere Kosten. Das Gewicht und der Platzbedarf sind bei 6-Puls oder 12-Puls Gleichrichtern ebenfalls höher als bei IGBT-Gleichrichtern.

IGBT-Gleichrichter

Es gibt heute kaum noch einen USV-Anbieter, der seine USV-Anlagen nicht mit der so genannten IGBT-Technik ausstattet. Die IGBT-Technik bietet neben einem hohen Wirkungsgrad und einem sehr geringen Netzrückwirkfaktor eine Reihe weiterer Vorteile, die in der Leistungselektronik genutzt werden.

Das Wort IGBT ist eine Abkürzung der englischen Bezeichnung insulated-gate bipolar transistor, also ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Es vereint die Vorteile des Bipolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung und Robustheit) mit den Vorteilen des Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung).

Da der IGBT den Laststrom begrenzt, zeigt er auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüssen, wenn auch nur eine gewisse. Mit der IGBT-Technologie kann somit ein robustes und hochgradig fehlertolerantes System aufgebaut werden, das auch höchsten Lasten und den ungünstigsten Stromnetzbedingungen standhält.

Rein wirtschaftlich betrachtet, werden USV-Anlagen mit IGBT-Technologie heutzutage bis zu einer Leistung von 500 kVA eingesetzt, weshalb sie bis in diesen Bereich auch weit verbreitet sind. Bei größeren Leistungen sind die IGBT-Halbleiter derart teuer, dass ein Einsatz wirtschaftlich derzeit noch nicht zu empfehlen ist.

Oberwellen & Co.

Alle Verbraucher und hauptsächlich Verbraucher mit nichtlinearen Lasten wie Netzteile verändern den sauberen Sinus des Netzsignals. Diese dadurch produzierten Oberwellen sind Vielfache der Grundfrequenz von 50 Hertz.

Man definiert den Oberwellengrad als das Verhältnis zwischen der Frequenz der Oberwelle und der Grundwellenfrequenz. So hat beispielsweise die 3. Oberwelle eine Frequenz von 150 Hertz. Die Zahlenreihe besteht durchweg aus ungeraden Zahlen, also die 3., 5., 7., 9., 11. Oberwelle.

Ein Maß für die Oberwellen ist der Oberwellenfaktor oder THD (Total Harmonic Distortion). Er gibt den Anteil der Oberwellen in Bezug zur Grundwelle an und wird in Prozent angegeben. Je kleiner der Faktor, desto besser. Werte über acht Prozent können sehr kritisch sein.

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