Der Einfluss von Wechselrichter-Ausgangsfiltern auf den Motorschutz
Mit der zunehmenden Verbreitung von Frequenzumrichtern (VFDs) in industriellen und gewerblichen Anwendungen gewinnt ein effektiver Motorschutz zunehmend an Bedeutung. Frequenzumrichter ermöglichen eine präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung von Elektromotoren und verbessern so die Energieeffizienz und Prozessflexibilität. Allerdings bringt der Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) auch gewisse elektrische Herausforderungen mit sich, insbesondere in der Ausgangsstufe, die die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Motors beeinträchtigen können. Eine der effektivsten Lösungen zur Minderung dieser Probleme ist der Einsatz von Wechselrichter-Ausgangsfiltern.
Grundlegendes zu Wechselrichter-Ausgangsfiltern
Wechselrichter-Ausgangsfilter sind elektrische Geräte, die zwischen dem Frequenzumrichter (VFD) und dem Motor installiert werden. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die vom Frequenzumrichter (VFD) erzeugte pulsweitenmodulierte (PWM) Spannungswellenform zu glätten und so die typischerweise im Ausgang vorhandenen Hochfrequenzkomponenten und Spannungsspitzen zu reduzieren. Zu den gängigsten Wechselrichter-Ausgangsfiltern gehören Sinusfilter, dV/dt-Filter und Gleichtaktdrosseln.
Sinuswellenfilter: Diese Wechselrichterausgangsfilter wandeln den PWM-Ausgang des Frequenzumrichters (VFD) in eine nahezu sinusförmige Wellenform um, die der von einem herkömmlichen Stromnetz erzeugten Spannung sehr ähnlich ist.
dV/dt-Filter: Diese Wechselrichter-Ausgangsfilter sind dafür ausgelegt, die Spannungsänderungsrate (dV/dt) an den Motoranschlüssen zu begrenzen, wodurch Isolationsspannungen und Teilentladungen in den Motorwicklungen vermieden werden.
Gleichtaktdrosseln: Diese Wechselrichter-Ausgangsfilter konzentrieren sich auf die Reduzierung von Gleichtaktstörungen und Leckströmen, die Lagerströme und elektromagnetische Störungen (EMI) verursachen können.
Wie Wechselrichter-Ausgangsfilter Motoren schützen
Reduzierung von Spannungsspitzen und dV/dt
Das schnelle Schalten von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) in modernen Frequenzumrichtern (VFDs) erzeugt hochfrequente Spannungsimpulse am Ausgang. Wenn diese Impulse über das Kabel zum Motor gelangen, können sie Spannungsüberschwinger und steile Spannungsanstiegszeiten (hohe dV/dt-Werte) an den Motorklemmen verursachen. Diese Bedingungen können die Isolationsleistung der Motorwicklungen überschreiten und zu vorzeitigem Isolationsdurchschlag, Teilentladung und schließlich zum Motorausfall führen. Wechselrichter-Ausgangsfilter, insbesondere dV/dt- und Sinusfilter, reduzieren diese Spannungsspitzen und dV/dt-Werte deutlich und verlängern so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Motors.
Minderung von Lagerströmen
Von Frequenzumrichtern (VFDs) erzeugte Gleichtaktspannungen können zirkulierende Ströme in den Motorlagern induzieren. Mit der Zeit können diese Ströme zu Funkenerosion (EDM) und Lochfraß an den Lageroberflächen führen, was zu verstärkten Vibrationen, Geräuschen und schließlich zum Lagerausfall führt. Wechselrichter-Ausgangsfilter, insbesondere Gleichtaktdrosseln, helfen, Gleichtaktspannungen zu unterdrücken und das Risiko von Lagerströmen zu reduzieren. Dadurch werden die mechanischen Komponenten des Motors geschützt.
Minimierung elektromagnetischer Störungen (EMI)
Frequenzumrichter (VFDs) sind aufgrund ihrer hochfrequenten Schaltvorgänge eine Quelle elektromagnetischer Störungen. Diese können empfindliche Geräte in der Nähe beeinträchtigen und sogar Kommunikationssysteme stören. Wechselrichter-Ausgangsfilter dämpfen das hochfrequente Rauschen, gewährleisten die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und reduzieren das Risiko von Störungen anderer Geräte in der Anlage.
Ermöglicht den Einsatz von Standardmotoren mit langen Kabeln
Der Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) mit langen Motorkabeln kann die negativen Auswirkungen von reflektierten Wellen, Spannungsspitzen und elektromagnetischen Störungen verstärken. Wechselrichter-Ausgangsfilter ermöglichen den sicheren Einsatz von Standardmotoren (die nicht speziell für den Wechselrichterbetrieb ausgelegt sind) in Anwendungen mit langen Kabellängen, indem sie diese schädlichen Effekte abmildern. Dies reduziert den Bedarf an teuren Wechselrichtermotoren und bietet mehr Flexibilität bei der Systemgestaltung.
Verbesserte Motoreffizienz und reduzierte Erwärmung
Durch die Bereitstellung einer saubereren, sinusförmigeren Spannungswellenform für den Motor tragen Wechselrichter-Ausgangsfilter dazu bei, zusätzliche Verluste und Erwärmungen durch Oberschwingungen und hochfrequente Ströme zu reduzieren. Niedrigere Motortemperaturen tragen zu einer längeren Lebensdauer der Isolierung und geringeren Wartungskosten bei.
Wechselrichter-Ausgangsfilter spielen eine entscheidende Rolle beim Motorschutz bei der Verwendung von Frequenzumrichtern (VFDs). Durch die Bewältigung der durch PWM-Wellenformen verursachten elektrischen Belastungen – wie Spannungsspitzen, hohe dV/dt, Lagerströme und elektromagnetische Störungen – tragen diese Wechselrichter-Ausgangsfilter zur Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und zum sicheren Betrieb von Elektromotoren bei. Die Integration des passenden Wechselrichter-Ausgangsfilters in ein System mit Frequenzumrichter (VFD) schützt nicht nur den Motor, sondern verbessert auch die Gesamtsystemleistung, senkt die Wartungskosten und unterstützt die Einhaltung der EMV-Vorschriften. Da sich Anwendungen mit Frequenzumrichtern (VFDs) branchenübergreifend immer weiter ausbreiten, ist das Verständnis und die Implementierung effektiver Wechselrichter-Ausgangsfilterlösungen für optimalen Motorschutz und Systemzuverlässigkeit unerlässlich.
