Energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af harmoniske overtoner

Projektet har omfattet videnopbygning ud fra litteraturen og drøftelser med en svensk samt en belgisk producent af aktive filtre. Projektet har desuden gennemført forsøg på en ekstruderlinie hos Færch Plast, hvor forvrængningen fra harmoniske, målt som THDU, var 6-7 %. Målinger over knapt to døgn, hvor det aktive filter blev koblet ind og ud med 10 minutters mellemrum, viste meget lille forskel på den optagne effekt i de to situationer. Effekten var 2,7 kW større med filteret tilsluttet end uden. Da filterets egetforbrug var 5,8 kW, var elforbruget i selve installationen 3,1 kW lavere. Det kunne tolkes som en elbesparelse på 1 % af belastningen på de direkte forsynede asynkronmotorer.

Som følge af de meget små forskelle, der var målt hos Færch Plast, besluttedes det at henlægge det videre arbejde til et laboratorium for at måle under så kontrollerede forhold som muligt. Der er målt hos KME, Københavns Maskinmester- og Elinstallatørskole, og hos TI, Teknologisk Institut. Resultatet af målinger på en 5,5 kW asynkronmotor ved en harmonisk forvrængning THDU på 2,65 % viser ingen signifikant ændring i den optagne effekt i forhold til situationen ved næsten ingen forvrængning. Der er heller ikke set nogen signifikant forskel i motortabene i et tilfælde, hvor der blev målt med to ret forvrængede netspændinger med THDU på hhv. 6,33 % og 7,66 %.

Beregninger ud fra motorens ækvivalentdiagram viser, at de ekstra motortab i en 5,5 kW motor som følge af en 5. harmonisk på 5 % af netspændingen (THDU 5 %) kun er af størrelsesordenen 2 W, mens en eksperimentelt udledt formel giver en forskel på ca. 9 W eller 0,2% af motorens mærkeeffekt. Resultaterne af laboratoriemålingerne svarer meget godt til disse beregnede tab.

På dette grundlag konkluderes, at harmoniske strømme og spændinger medfører energitab i direkte forsynede asynkronmotorer, men at energitabet er meget beskedent ved de niveauer af forvrængning – en THDU på op til 6-8 % - som forekommer i dansk industri. Motorer, der forsynes via frekvensomformer, påvirkes ikke af harmoniske i forsyningsnettet.

Analysen af motortabene viser, at tabene fra det modmoment, som den 5., 11., 17. osv. harmoniske skaber, er væsentligt mindre end de (meget små) strømvarmetab i motoren, som de samme harmoniske er årsag til. Analysen viser også, at strømfortrængningen i motorerne reducerer strømmene og tabene fra de højere harmoniske. Ud fra en tabsmæssig betragtning er de lavere harmoniske og specielt 5. samt 7. harmoniske derfor vigtigst.