Erhöhte Spannungsbelastung Der Motorwicklung Durch Lange Motorleitungen; Spannungsüberhöhung Durch Reflexion - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
1.9.3 Erhöhte Spannungsbelastung der Motorwicklung durch lange Motorleitungen
Ausgangspunkt zur Ermittlung der Spannungsbelastung zwischen den Leitern der Motorwicklung ist die Zwischenkreis-
spannung U des Umrichters bzw. Wechselrichters.
ZK
Die bei SINAMICS im Wechselrichter verwendeten IGBTs schalten die Zwischenkreisspannung U
≥ 0,1 s auf den Wechselrichterausgang. Bei einem 690 V-Netz mit einer Zwischenkreisspannung von nahezu
zeit T
a
1000 V entspricht dies einem Sprung der Leiter-Leiter-Spannung mit einer Steilheit von du/dt ≤ 10 kV/s, wobei die
typischen Werte der Spannungssteilheit bei SINAMICS im Mittel bei du/dt = 3 kV/s – 6 kV/s liegen. Wenn der
Wechselrichterausgang direkt mit der Motorleitung verbunden ist – sich also keine motorseitigen Optionen wie Motor-
drossel, du/dt-Filter plus VPL, du/dt-Filter compact plus VPL oder Sinusfilter am Wechselrichterausgang befinden –
läuft dieser Sprung der Leiter-Leiter-Spannung mit einer Geschwindigkeit von ca. 150 m/s (≈ halbe Licht-
geschwindigkeit) entlang der Motorleitung in Richtung Motor.
Da der Wellenwiderstand Z
wird die an der Motorwicklung ankommende Spannungsflanke reflektiert und es treten kurzzeitige Spitzen Û
Leiter-Leiter-Spannung der Motorwicklung auf, die Werte bis zum Zweifachen der Zwischenkreisspannung U
men können.
Spannungssprung
du/dt ≤ 10 kV/s
IGBT-
Wechsel-
richter
Verläufe der Leiter-Leiter-Spannung am Wechselrichterausgang und an der Motorwicklung bei einer langen Motorleitung
Die Spannungsüberhöhung durch Reflexion nimmt zunächst proportional zur Motorleitungslänge zu und erreicht ihren
Maximalwert, wenn die Anstiegszeit T
Laufzeit t entlang der Motorleitung wird, d. h. bei
Lauf
Bei einer minimalen Anstiegszeit der Spannungsflanke von T
der Motorleitung von v ≈ 150 m/s ergibt sich die kritische Leitungslänge, ab der theoretisch die volle Spannungsüber-
höhung durch Reflexion auftreten kann, zu
Praktisch tritt die volle Spannungsüberhöhung durch Reflexion typischerweise erst ab Motorleitungslängen von ca. 20
- 25 m auf. Somit muss bei den meisten Applikationen mit nennenswerten, reflexionsbedingten Spannungsüber-
höhungen am Motor gerechnet werden, immer vorausgesetzt, dass der Wechselrichterausgang direkt mit der
Motorleitung verbunden ist und keine Motordrosseln oder Motorfilter verwendet werden.
Wenn man Motorleitungslängen unterstellt, bei denen die volle Spannungsüberhöhung durch Reflexion auftritt, hängt
die absolute Höhe der reflexionsbedingten Spitzen Û
größen ab, und zwar von
•
der Zwischenkreisspannung U
•
der Reflexionsüberhöhung r an den Motoranschlüssen.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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© Siemens AG
des Motors deutlich größer ist als der Wellenwiderstand Z
W Motor
V = 150 m/s
U
ZK
Lange Motorleitung
l > 7,5 m
der Spannungsflanke am Wechselrichterausgang kleiner als die zweifache
a
 
T 2 t
a Lauf
1 1
   
l v T =
Leitung
a
2 2
des Wechselrichters und
ZK
Spannungsüberhöhung
Û
LL

2 l
Leitung
=
.
v
= 0,1 µs und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang
a
m

 =
150 0 1 , s 7 5 , m

s
in der Leiter-Leiter-Spannung am Motor von zwei Einfluss-
LL
mit einer Anstiegs-
ZK
der Motorleitung,
W Leitung
durch Reflexion
U
ZK
M Motor
.
in der
LL
anneh-
ZK