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Nr 910 2021 www markttechnik de 21 oder Stromwellenform oder beide Wenn nichtlineare Lasten beteiligt sind wird der Leistungsfaktor auch als Leistungsverzerrungsfaktor bezeichnet Eine lineare Last verzerrt nicht die Form der Eingangswellenform kann jedoch aufgrund ihrer Induktivität und oder Kapazität die Phase zwischen Spannung und Strom verschieben Bild 2 Elektrische Schaltkreise mit vorwiegend ohmschen Lasten wie etwa Glühlampen und Heizelemente haben einen Leistungsfaktor von fast 1 0 aber bei Schaltkreisen mit induktiven oder kapazitiven Lasten wie Schaltnetzteile Elektromotore Magnetventile Transformatoren und Lampenvorschaltgeräte kann er deutlich unter 1 0 liegen Im Allgemeinen sind elektronische Lasten nicht linear Beispiele für nichtlineare Lasten sind Schaltnetzteile und Bogenentladungsgeräte wie Leuchtstofflampen Elektroschweißmaschinen oder Lichtbogenöfen Da der Strom in diesen Systemen durch einen Schaltvorgang unterbrochen wird enthält der Strom Frequenzkomponenten die ein Vielfaches der Netzfrequenz sind Der Leistungsverzerrungsfaktor ist ein Maß dafür um wie viel die harmonische Verzerrung eines Laststroms die durchschnittliche an die Last übertragene Leistung verringert Nacheilender und voreilender PF Ein nacheilender PF bedeutet dass der Strom der Spannung nacheilt hinter der Spannung liegt und ein voreilender PF bedeutet dass der Strom der Spannung vorauseilt vor der Spannung liegt Bei induktiven Lasten wie etwa Induktionsmotoren Spulen und einigen Lampen bleibt der Strom hinter der Spannung zurück wodurch ein nacheilender PF entsteht Bei kapazitiven Lasten in Form etwa von synchronen Kondensatoren Kondensatorbänken und elektronischen Stromrichtern eilt der Strom der Spannung voraus was zu einem voreilenden PF führt Allerdings ist der Unterschied zwischen nacheilend und voreilend nicht gleichbedeutend mit einem positiven oder negativen Wert Vielmehr ist das negative und positive Vorzeichen das einem PF-Wert vorausgeht durch die verwendete Norm bestimmt entweder eine des IEEE oder eine des IEC IEEE versus IEC Die Diagramme in Bild 4 stellen die Korrelation zwischen Kilowatt-Leistung kW VoltAmpere-Blindleistung var Leistungsfaktor und induktiven oder kapazitiven Lasten sowohl für die IEEEals auch für die IEC-Normen dar Jede Organisation verwendet unterschiedliche Metriken zur Klassifizierung des PF Gemäß IEC linke Seite von Bild 4 hängt das Vorzeichen für den PF ausschließlich von der Richtung des Wirkleistungsflusses ab und ist unabhängig davon ob die Last induktiv oder kapazitiv ist Gemäß IEEE rechte Seite von Bild 4 hängt das PF-Vorzeichen ausschließlich von der Art der Last also kapazitiv oder induktiv ab In diesem Fall ist es unabhängig von der Richtung des Wirkleistungsflusses Bei einer induktiven Last ist der PF negativ Bei einer kapazitiven Last ist der PF positiv PF-Normen Regulierungsbehörden z Bder EU haben Grenzen festgelegt um den Leistungsfaktor zu verbessern Um der aktuellen EU-Norm EN 61000-3-2 die auf IEC 61000-3-2 basiert zu entsprechen müssen alle Schaltnetzteile mit einer Ausgangsleistung von mehr als 75 Watt Blindleistungskorrektur enthalten Mit der 80-Plus-Netzteilzertifizierung durch EnergyStar USA ist ein Leistungsfaktor von 0 9 oder mehr bei 100 Prozent der Nennausgangsleistung erforderlich was eine aktive PFC erfordert Um die neueste Ausgabe der IECNorm zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Artikels handelt es sich bei IEC 61000-3-2 2018 Elektromagnetische Verträglichkeit EMV Teil 3-2 Grenzwerte Grenzwerte für Oberschwingungsstromemissionen Geräte-Eingangsstrom ≤16 Apro Phase Unkorrigierte Schaltnetzteile entsprechen nicht den aktuellen PFC-Normen Eine Überlegung die sich auf den Leistungsfaktor auswirkt ist welche Art von Wechselstromeingang verwendet wird einphasig oder dreiphasig Einphasige unkorrigierte Schaltnetzteile haben typischerweise einen PF von etwa 0 65 bis 0 75 unter Verwendung der oben beschriebenen IEEE-Konvention für das PF-Vorzeichen Verantwortlich dafür ist dass die meisten Einheiten ein Gleichrichter Kondensator-Front-End zur Erzeugung einer Zwischenkreisspannung verwenden Bei dieser Konfiguration wird nur an der Spitze jedes Leitungszyklus Strom gezogen wodurch schmale hohe Stromimpulse erzeugt werden die zu einem schlechten PF führen Bild 3 oben Bild 4 Gemäß IEC links hängt das Vorzeichen des Leistungsfaktors ausschließlich von der Richtung des Wirkleistungsflusses ab und ist unabhängig davon ob die Last induktiv oder kapazitiv ist Gemäß IEEE rechts hängt das Vorzeichen des Leistungsfaktors ausschließlich von der Art der Last d h kapazitiv oder induktiv ab In diesem Fall ist es unabhängig von der Richtung des Wirkleistungsflusses Bild Schneider Electric Bild 5 Ein funktionales Blockdiagramm des STNRGPF01 zeigt den inneren analogen Reglerteil rot und den äußeren digitalen Reglerteil grün in einer dreiphasigen verschachtelten PFC-Anwendung Bild STMicroelectronics