Auswirkungen Der Schnell Schaltenden Leistungsbauelemente Im Wechselrichter; Erhöhte Strombelastung Des Wechselrichters Durch Lange Motorleitungen - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

1.9 Auswirkungen der schnell schaltenden Leistungsbauelemente im Wechselrichter

Bei SINAMICS werden in den Leistungsteilen der motorseitigen Wechselrichter ausschließlich IGBTs (Insulated Gate
Bipolar Transistors) eingesetzt. Diese modernen Leistungsbauelemente zeichnen sich u. a. dadurch aus, dass sie
extrem schnell schalten können, wodurch die Verluste, die bei jeder Schalthandlung im Wechselrichter entstehen, sehr
klein gehalten werden können. Daher können die Wechselrichter mit relativ hoher Pulsfrequenz betrieben werden.
Hiermit lässt sich eine hohe Regelungsdynamik erreichen und der Motorstrom lässt sich der Sinusform sehr gut an-
nähern, so dass die durch die Umrichterspeisung hervorgerufenen Pendelmomente und Zusatzverluste im Motor ge-
ring bleiben.
Allerdings treten durch das schnelle Schalten der IGBTs auch unerwünschte Nebenwirkungen auf:
•
Beim Einsatz langer Motorleitungen werden die nicht unerheblichen Motorleitungskapazitäten mit jeder Schalt-
handlung sehr schnell umgeladen. Dadurch werden der Wechselrichter selbst und gegebenenfalls am Wechsel-
richterausgang vorhandene Schütze oder Leistungsschalter mit zusätzlichen Stromspitzen belastet.
•
Es treten durch die Laufzeit der elektromagnetischen Vorgänge entlang der Motorleitung Spannungsüberhöhun-
gen an den Motoranschlüssen auf, die zu einer erhöhten Spannungsbelastung der Motorwicklung führen.
•
Die steilen Spannungsflanken an den Motoranschlüssen rufen einen erhöhten Stromfluss in den Motorlagern her-
vor.
Diese Effekte müssen bei der Antriebsprojektierung berücksichtigt werden, damit der Wechselrichter nicht vor Er-
reichen seines projektierten Ausgangsstromes mit der Störmeldung "Überstrom" abschaltet und der Motor nicht früh-
zeitig durch Wicklungs- oder Lagerschäden ausfällt.
Im Folgenden wird auf die einzelnen Effekte sowie auf geeignete Abhilfemaßnahmen näher eingegangen.
1.9.1 Erhöhte Strombelastung des Wechselrichters durch lange Motorleitungen
Motorleitungen besitzen eine Leitungskapazität, die proportional mit der Leitungslänge zunimmt. Daher ergeben sich
bei sehr langen Motorleitungen erhebliche Leitungskapazitäten, insbesondere wenn geschirmte Motorleitungen ver-
wendet werden und bei größeren Antriebsleistungen mehrere Leitungen parallel verlegt werden müssen.
Diese Leitungskapazitäten werden durch jede Schalthandlung des Wechselrichters umgeladen, wodurch sich dem
eigentlichen Motorstrom zusätzliche Stromspitzen überlagern, wie in der folgenden Skizze dargestellt.
u(t)
Wechselrichterausgangsspannung u(t)
i (t)
Wechselrichterausgangsstrom i(t)
Augenblickswerte von Wechselrichterausgangsspannung und –strom bei langen Motorleitungen
Grundlagen und Systembeschreibung
Pulsperiode T
Puls
U
ZK
i
C Leitung
i
Motor
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
Projektierungshinweise
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