Magnetische Stabilisatoren

Der Magnetische Stabilisator als integrales Schutzglied gegen Störungen

Magnetische Stabilisatoren, auch Magnetische Spannungskonstanthalter genannt, fristen vielfach ein “Schattendasein“. Sie sind irgendwo im Steuerschrank einer Anlage oder Maschine eingebaut und niemand kümmert sich weiter um sie. Meistens sind es auch nicht die Entwickler und Konstrukteure die ihren Einbau bewirkt hatten, sondern die Serviceabteilung. Dies nachdem immer wieder schwer rekonstruierbare Fehler aufgetreten waren, die dann zu hohen Kosten geführt hatten.

Der heutige Stand der Technik

Ein gewichtiges Argument für den Einsatz von magnetischen Stabilisatoren ist die von keinem anderen Gerät erreichte Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Der heutige Stabilisator besteht aus nur 2 Komponenten, Induktivität und Kondensator, und ist zudem inhärent, also bedingt durch seinen Aufbau, kurzschlusssicher.

Auch in seiner Vielseitigkeit wird er lediglich von zwei Gerätekategorien übertroffen, den elektronischen USV– Geräten und den rotierenden Gruppen, die aber wesentlich niedrigere MTBF – Werte haben und nicht wartungsfrei sind. In nachfolgender Tabelle sind alle markanten Störungsarten sowie die hauptsächlich verwendeten Abhilfen aufgeführt.

Aufbau

Fast alle Fabrikate von Magnetstabilisatoren sind heute auf einem einzigen Eisenkern angeordnet. Die hier in Fig. 2 gezeigte Anordnung basiert auf einer Konstruktion, bei welcher die Primär- von der Sekundärseite nur ganz “lose“ über magnetische Shunts gekoppelt ist.

Allen magnetischen Stabilisatoren gemeinsam ist der, mit dem Kondensator C und einer Induktivität gebildete, auf die Netzfrequenz abgestimmte, Parallelschwingkreis. Die Anordnung desselben ist jedoch, je nach Hersteller, verschieden.

Im Beispiel nach Fig. 2 besteht er aus der auf dem Mittelschenkel liegenden Wicklung und dem Kondensator. Der mittlere Teil wird dadurch in die Sättigung gebracht. Die unterste Wicklung dient, ebenfalls mit dem Kondensator, als Sperrkreis für die dritte Harmonische, bei 50 Hz also für 150 Hz. Die oberste Wicklung, auf dem gleichen Schenkelteil wie die Primärwicklung, kompensiert hier Spannungsabfälle bei Laständerungen.

Obwohl der Prinzipaufbau seit Jahrzehnten unverändert geblieben ist, wurden die Konstruktionen der Hersteller teilweise enorm weiterentwickelt. In den wenigsten Fällen der Anwender steht heute die Spannungsregelung im Vordergrund. Diese präsentiert sich nach obiger Schaltung ungefähr nach Fig. 3.

Diagramm 4 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung Us, bei zunehmender Belastung bis zum Kurzschluss, für einen Stabilisator von 220 V Nominalspannung, ausgelegt für eine Last von 3 kVA. Diese Strombegrenzungskurve ist auch abhängig von der momentan anstehenden Eingangsspannung Up.

EMV, Magnetstabilisatoren als Filter und Schutzglied

Magnetische Stabilisatoren haben eine ganze Reihe von Eigenschaften, die in dieser Kombination einzigartig sind. Dafür ist hauptsächlich der Schwingkreis verantwortlich. Dieser funktioniert als Energiespeicher um einerseits kurze Unterbrüche des Netzes zu überbrücken und andererseits energiereiche Störspitzen aufzunehmen.

Zusätzlich kann der Konstrukteur durch geometrische Anordnung und / oder Abschirmungen, die Kopplungskapazität zwischen der Primär- und der Sekundärseite soweit verringern, dass selbst sehr schnelle Störspitzen mit 40 bis 120 dB gedämpft werden. Das bedeutet also eine Reduktion der Störgrösse auf 1/100 bis 1/1’000’000. “Normale“ Stabilisatoren arbeiten mit 50 bis 60 dB. Das entspricht dann einer Kapazität von ca. 5 pF bei Stabilisatoren mittlerer Leistung. Ab garantierten 100 dB wird dann der Aufwand mit Abschirmungen ziemlich gross und auch anwenderseitig sind Massnahmen bezüglich der Zuleitungen unerlässlich.