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INBETRIEBNAHME UND WARTUNG – FLSD ZONE 1 – Exdb / Exdb eb
7.1 - Einsatz mit variabler Drehzahl
7.1.1 - Allgemeines
Die Steuerung über Frequenzumrichter kann zu einer stärke-
ren Erwärmung des Motors führen, die im Wesentlichen mit
der geringeren Drehzahl des Lüfters, einer deutlich niedrige-
ren Versorgungsspannung als bei direkter Speisung über das
Netz und mit zusätzlichen Verlusten aufgrund des Signalver-
laufs der Spannung im Umrichterausgang (PWM) zusammen-
hängt.
Die IEC-Norm 60034-17 beschreibt zahlreiche gute Möglich-
keiten für alle Arten von Elektromotoren. Dennoch beschreibt
Nidec Leroy-Somer aufgrund seiner langjährigen Erfahrung
auf diesem Gebiet im nachfolgende Kapitel noch einmal die
wichtigsten Tipps für Anwendungen mit veränderbarer Dreh-
zahl.
Die Zulassung unserer Sicherheitsmotoren gestattet den Be-
trieb mit Frequenzumrichtern, sofern die notwendigen Vorkeh-
rungen getroffen werden, damit die auf dem Typenschild des
Motors gestempelte Temperaturklasse in jedem Fall eingehal-
ten wird.
Denn die Steuerung über Frequenzumrichter führt zu einer
stärkeren Erwärmung des Motors, die im Wesentlichen mit der
geringeren Drehzahl des Lüfters und einer deutlich niedrige-
ren Versorgungsspannung als bei Speisung über das Netz
zusammenhängt.
Folglich muss generell eine Reduzierung der Nennleistung
des Motors erfolgen. Tabellen zur Leistungsabstufung wurden
von unseren Konstruktionsbüros auf Grundlage von Belas-
tungstests auf einer Plattform und den Vorgaben der IEC
60034-17 erstellt. In Abhängigkeit der Anwendung, des ge-
wünschten Drehzahlbereichs und des Drehmomentprofils der
angetriebenen Maschine wählt Nidec Leroy-Somer den am
besten geeigneten Sicherheitsmotor aus. Der Frequenzum-
richter, der nicht für einen Betrieb in explosionsgefährdeter
Zone konzipiert ist, muss außerhalb der explosionsgefährde-
ten Zone aufgestellt werden.
In einigen Fällen kann eine Fremdbelüftung (der Lüfter wird
von einem Hilfsmotor eines zertifizierten Typs angetrieben)
erforderlich sein. Bei Motoren kleiner Baugröße (Baugröße
unter 160) ist jedoch die Standardkühlart 'eigengekühlt'
(IC411) bevorzugt.
Eine Vorrichtung zur Messung der Ist-Drehzahl des Motors
durch einen ATEX-zertifizierten Inkremental- oder Absolutge-
ber kann auch auf der B-Seite der meisten unserer Sicher-
heitsmotoren installiert werden.
Über Frequenzumrichter gespeiste ATEX-Motoren sind
mit einem Thermoschutz in der Wicklung ausgestattet.
Dieser muss unabhängig von den Mess- und Steuergerä-
ten arbeiten, die für den Betrieb erforderlich sind. Unsere
Tabellen zur Leistungsabstufung gehen von einer Span-
nungsversorgung über einen Frequenzumrichter aus,
dessen Taktfrequenz größer oder gleich 3 kHz ist.
ANPASSUNG DER MOTOREN
Abhängig von der jeweiligen Konfiguration ergeben sich für
den Motor immer die folgenden Kernparameter:
- Temperaturklasse
- Spannungsbereich
- Frequenzbereich
- thermische Reserve
VERÄNDERUNG DES MOTORVERHALTENS
Bei Spannungsversorgung über einen Umrichter verändern
Installations- und Wartungsanleitung - FLSD ZONE 1 – Exdb / Exdb eb
5699 de - 2020.02 / c
sich die oben genannten Parameter, was in folgenden Phäno-
menen begründet liegt:
- Spannungsabfälle in den Umrichterkomponenten
- Stromanstieg proportional zur Spannungsabsenkung
- Abweichung der Motorversorgungsspannung je nach Steue-
rung (vektoriell oder U/f)
Die stärkste Auswirkung hat eine Erhöhung des Motorstroms,
die höhere Kupferverluste und damit eine stärkere Erwärmung
der Wicklung (selbst bei 50 Hz) zur Folge hat.
Bei niedriger Drehzahl nimmt der Luftdurchsatz ab. Die Wirk-
samkeit der Kühlung wird dadurch geringer und die Erwär-
mung des Motors steigt weiter.
Umgekehrt kann bei lang andauerndem Betrieb mit hoher
Drehzahl das vom Lüfter erzeugte Geräusch für die Umge-
bung störend wirken; es empfiehlt sich die Verwendung einer
Fremdbelüftung.
Oberhalb der Synchrondrehzahl nehmen die Eisenverlus-
te zu und tragen damit zu einer zusätzlichen Erwärmung
des Motors bei.
Der Steuerungsmodus wirkt sich je nach Typ auf die Erwär-
mung des Motors aus:
- gemäß U/f-Kennlinie liegt das Maximum der Motorspannung
bei 50 Hz. Bei niedriger Drehzahl erfordert sie jedoch mehr
Strom, um ein hohes Anlaufmoment zu generieren. Wenn der
Motor nicht korrekt belüftet wird, kommt es daher bei niedriger
Drehzahl zu seiner Erwärmung.
- die Vektorsteuerung erfordert weniger Strom bei niedriger
Drehzahl und garantiert gleichzeitig ein hohes Drehmoment,
hat jedoch bei 50 Hz einen Spannungsabfall an den Mo-
torklemmen zur Folge; was bei gleicher Leistung einen höhe-
ren Strom zur Folge hat.
Die
Temperaturklassifizierung
Stromversorgung
über
Wellenform, minimale Taktfrequenz = 3 kHz, U/f konstant
Open Loop.
KONSEQUENZEN AUS DER SPANNUNGSVERSOR-
GUNG ÜBER UMRICHTER
Die Spannungsversorgung des Motors über einen Umrichter
mit Diodengleichrichter verursacht einen Spannungsabfall (~
5%).
Mit Hilfe bestimmter Arten der Pulsweitenmodulation lässt sich
dieser begrenzen (~ 2%), was aber eine größere Erwärmung
des Motors verursacht (Einspeisung von Oberschwingungen
5. und 7. Ordnung).
Das vom Umrichter gelieferte nicht sinusförmige Signal (PWM)
erzeugt Spannungsspitzen an den Klemmen der Wicklung, die
mit dem Schalten der IGBTs zusammenhängen (wird auch dV/
dt genannt). Das wiederholte Auftreten solcher Spannungs-
spitzen kann langfristig die Wicklungen beschädigen, das
hängt von deren Amplitude und/oder der Konzeption des Mo-
tors ab.
Der Wert der Spannungsspitzen verhält sich proportional zur
Versorgungsspannung.
Er kann - bedingt durch den Imprägnierungstyp sowie die Iso-
lierstoffe am Boden der Nuten und zwischen den Phasen - die
gegebene Grenzspannung der Wicklung überschreiten.
Hohe Spannungswerte treten auch durch Rückspeisephäno-
mene bei antreibender Last auf. Daher kann sich die Notwen-
digkeit ergeben, Anhaltevorgänge bevorzugt im Freilauf oder
mit der längst möglichen und zulässigen Rampe durchzufüh-
ren.
erfolgte
mit
einer
IGBT-Umrichter,
PWM-
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Fehlerbehebung
