USV Anlagen sind heute ein selbstverständlicher Bestandteil technischer Anlagen. Sie sorgen für eine reibungslose Funktion, auch wenn die Stromversorgung bedingt durch Spannungseinbrüche, Kurzschlüsse oder temporäre Abschaltungen nicht immer garantiert ist. Gebäudetechnische Sicherheits- und Steuersysteme und IT Systeme sind auf eine solche permanente Stromversorgung durch USV Systeme angewiesen, um Fehlfunktionen oder Systemausfälle zu vermeiden.

Gleichzeitig erwächst der Anspruch die Gesamtbetriebskosten bei gleichzeitig maximaler Effizienz von USV Anlagen zu minimieren.

Hier gewinnt die 3-Level-Topologie der LEVELUPS USV Anlagen an Bedeutung. Erwiesenermaßen hat sie das größte Energieeinsparungspotenzial durch ihre hohe Wechselrichter-Effizienz. Diesen Vorteil gewinnt sie aus der Schaltungstopologie.
Dank der 3-Level-Architektur mit einem gemeinsamen DC-Bus ist es möglich, in einem Standard-Dreiphasen-Frequenzumrichter 600-V-IGBT an Stelle von 1200-V-IGBT zu verwenden. Sie weisen niedrigere Durchlassspannungen aus und erhöhen damit die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.
Außerdem werden die im Vergleich zur 2-Level-Topologie niedrigeren Schaltverluste auf vier IGBT und sechs Dioden verteilt und nicht auf nur zwei IGBT und zwei Dioden, wie es bei Standard-2-Level-Umrichtern der Fall ist. Die Beanspruchung der Halbleiter durch hohe Temperaturen ist somit geringer, denn die Temperatur wechselt weniger häufig und wird dabei gleichmäßig auf alle Chips verteilt.
Messungen ergaben vergleichsweise niedrige IGBT-Sperrschichttemperaturen unter üblichen Betriebsbedingungen. Die Belastung der Halbleiter ist dadurch geringer, was sich auch positiv auf die Fähigkeit zun Lastwechsel auswirkt.

Die Lebensdauer der Halbleiter ist also höher als in herkömmlichen Dreiphasen-Umrichtern. Die Verbesserung des thermischen Verhaltens macht sich auch konkret in einer Steigerungung des Gesamtwirkungsgrades bemerkbar. Aber es ist gibt auch weitere positive Effekte. So ist der Platzbedarf geringer, da kleinere und kompaktere Kühlkörper als in herkömmlichen Wechselrichtern verwendet werden können. Weiterhin wurde durch Verwendung von kleineren Lüftern mit niedrigerer Drehzahl die Kühlung optimiert und damit ein weiteres Energieeinsparungspotenzial bei gleichzeitiger Reduzierung der Geräuschemissionen ausgeschöpft.

Die Belastung der Zwischenkreiskondensatoren in den 3-Level-Umrichtern der LEVELUPS ist verhältnismäßig gering, das heißt, die Kondensatoren leben länger.
Auch dies ist auf die 3-Level-Topologie zurückzuführen, in der die externen Dioden mit dem zentralen Massepunkt der Zwischenkreiskondensatoren verbunden sind.
Unter Betriebsbedingungen sind auch Ausgangsfilter und Last an diesen Punkt gekoppelt. Wäre der Massepunkt nicht mit dem Nullleiter verbunden, würde Gleichstrom über die Zwischenkreiskondensatoren geführt werden, wodurch diese sich abwechselnd laden bzw. entladen würden. Im Prinzip funktioniert so ein herkömmlicher Dreiphasen-Wechselrichter.
Der 3-Level-Umrichter fungiert dagegen als Mittelpunkt für den Nullanschluss; die gesamte Speicherladung der Kondensatoren steht somit vollständig der Last zur Verfügung, eine periodische Ladung bzw. Entladung der Kondensatoren findet nicht mehr statt.

Sinusförmige Ausgangsströme wie auch sinusförmige Ausgangsspannungen sind stets mit harmonischen Oberschwingungen behaftet. Geht eine USV-Anlage ans Netz, darf der Anteil der harmonischen Oberschwingungen (THD(I) und THD(V)) eine Obergrenze nicht übersteigen. Mit geeigneten Filtern lässt sich dieser THD-Anteil reduzieren. Auch hier hat die LEVELUPS jetzt gute Karten: Im Vergleich zu herkömmlichen Dreiphasen-Invertern bei gleicher Ausgangsleistung konnte die Filtergröße um bis zu 50% verringert werden. Ein kleinerer Filter reduziert das Gewicht der USV Anlage; aufgrund der an den Filterdrosseln anliegenden niedrigeren Spannung sind auch die Eisenverluste niedriger. Dies bedeutet einen verbesserter Wirkungsgrad bereits auf dieser Ebene. Selbst unter Teillastbedingungen verbesserte sich die Wirkungsgradkurve und zeigte einen flachen Verlauf im Bereich des Maximalwertes. Die 3-Level-Technologie ist ein Meilenstein in der Optimierung der Effizienz von USV Anlagen.

Daher lohnt sich oftmals selbst bei bereits vorhandener USV Anlage der Umstieg auf eine LEVELUPS USV Anlage. Bereits nach kurzer Zeit findet eine Amortisation durch die hohe Effizienz und der Energieeinsparung gegenüber einer herkömmlichen USV mit 2-Level Schaltungstechnik statt. Als Bonbon wirkt sich die höhere Lebensdauer der Halbleiter und der Zwischenkreiskondensatoren auf die langfristigen Betriebskosten aus. So können die Serviceverträge günstiger kalkuliert werden, die Wahrscheinlichkeit eines notwendigen Austausches von defekten Bauteilen wird über die gesamte Betriebszeit minimiert. Ein eventuell notwendiger Batteriewechsel oder das Auslaufen des Servicevertrages bzw. der Abschreibung der vorhandenen Alt-Anlage ist daher ein guter Zeitpunkt, einen Austausch der gesamten USV zu prüfen.

Die LEVELUPS USV Anlagen stehen aktuell im Leistungsbereich von 10-1000kVA, zusammen mit umfangreichem Zubehör, zur Verfügung. Ausführliche Informationen für Planer sowie Bezugsquellen für Händler und Anwender stellt die U.T.E. Electronic aus Witten (www.makelsan-usv.de) auf Anfrage gerne zur Verfügung. Für einige Regionen in Deutschland und Österreich werden auch aktuell noch feste Vertriebspartner gesucht.

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