Isoliertes Lager Auf Der Nichtantriebsseite (Nde-Seite Bzw. B-Seite) Des Motors; Weitere Maßnahmen - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise

1.9.4.1.2 Isoliertes Lager auf der Nichtantriebsseite (NDE-Seite bzw. B-Seite) des Motors

Neben einer EMV-gerechten Installation, die im Wesentlichen den Rotorerdstrom unterdrückt, stellt die Verwendung
eines Motors mit isoliertem Lager auf der Nichtantriebsseite (NDE-Seite bzw. B-Seite) die zweite wichtige Maßnahme
zur Reduktion der Lagerströme dar.
Das isolierte NDE-Lager begrenzt im Wesentlichen den kapazitiven Zirkularstrom im Motor, indem es die Impedanz in
dem Stromkreis, bestehend aus Welle – NDE-Lager – Motorgehäuse – DE-Lager – Welle, deutlich erhöht. Da der
Zirkularstrom mit der Achshöhe zunimmt, ist ein isoliertes NDE-Lager insbesondere bei großen Motoren wichtig.
Bei Motoren, die für Netzbetrieb ausgelegt sind, aber prinzipiell auch am Umrichter betrieben werden können (um-
richter-geeignet), muss ein isoliertes NDE-Lager optional bestellt werden, was ab Achshöhe 225 dringend empfohlen
wird. Dies ist z. B. der Fall bei den Siemens-Standardmotoren SIMOTICS SD 1LE1 und SIMOTICS SD 1LE5.
Bei Motoren, die speziell für Umrichterbetrieb ausgelegt sind, ist bei kritischen Achshöhen standardmäßig ein isoliertes
NDE-Lager für den Umrichterbetrieb vorhanden. Dies ist z. B. der Fall für die Siemens-Umrichtermotoren SIMOTICS
FD und SIMOTICS HT-direct.
Bei der Verwendung von Drehzahlgebern ist darauf zu achten, dass der Anbau des Gebers die Lagerisolation des
NDE-Lagers nicht überbrückt, d. h., der Drehzahlgeber ist isoliert anzubringen oder es ist ein Drehzahlgeber zu
verwenden, der ebenfalls isolierte Lager enthält. Auch die Schirmauflage der Geberleitung darf nicht zu einer
Überbrückung der Lagerisolation führen.
1.9.4.1.3 Weitere Maßnahmen
Motordrosseln oder Motorfilter am Umrichterausgang
Praktisch sind in nahezu allen Applikationen eine EMV-gerechte Installation und der Einsatz eines Motors mit isoliertem
NDE-Lager ausreichend, um das Niveau der Lagerströme auf einem unkritischen Niveau zu halten, selbst wenn es
unter ungünstigen Randbedingungen zu stochastischen Durchschlägen im Lager aufgrund des EDM-Effektes kommt.
Nur in seltenen Ausnahmefällen kann es erforderlich werden, die Lagerströme durch zusätzliche Maßnahmen noch
weiter zu reduzieren.
Dies kann durch den Einsatz von Gleichtaktfiltern bzw. Common Mode Filtern erreicht werden. Hierbei handelt es sich
um Ringkerne aus hochpermeablem magnetischem Material, die am Umrichterausgang angebracht werden und alle
drei Phasen der Motorleitung umschließen. Diese Common Mode Filter reduzieren die von den Common Mode
Strömen hervorgerufenen Lagerstromarten, also Zirkularströme und Rotorerdströme. Gegen die spannungsbedingten
EDM-Ströme wirken die Kerne dagegen kaum.
Da die Verwendung von Common Mode Filtern bei SINAMICS-Antrieben in aller Regel nicht erforderlich ist, stehen
diese auch nicht als Standardoption zur Verfügung, sondern nur auf Anfrage.
Generell wirken sich alle Maßnahmen am Umrichterausgang, welche die Spannungssteilheiten du/dt reduzieren, güns-
tig auf das Niveau der Lagerströme im Motor aus.
Motordrosseln reduzieren die Spannungssteilheiten am Motor in Abhängigkeit von der Motorleitungslänge. Damit hel-
fen sie zwar prinzipiell, die Lagerströme zu verringern, jedoch können sie eine EMV-gerechte Installation und den
Einsatz isolierter NDE-Lager im Motor in der Regel nicht ersetzen.
du/dt-Filter plus VPL, du/dt-Filter compact plus VPL und Sinusfilter reduzieren die Spannungssteilheiten am Motor
unabhängig von der Motorleitungslänge auf Werte, die niedriger liegen als es mit Motordrosseln der Fall ist.
Insbesondere das Sinusfilter erreicht deutlich niedrigere Werte.
Erdung der Motorwelle mit einer Erdungsbürste
Wellenerdungsbürsten können Lagerströme prinzipiell reduzieren, weil sie das Lager kurzschliessen. Sie sind in unter-
schiedlichen Ausführungsformen erhältlich. Neben Bürsten aus Graphit gibt es auch Systeme auf Kohlefaserbasis.
Diese sind im Vergleich zu den Graphitbürsten sehr teuer. Der Verschleiß ist zwar geringer, aber die Abhängigkeit von
den Umgebungsbedingungen ist extrem groß. Daher können diese Bürsten für den allgemeinen Industrieeinsatz nicht
empfohlen werden.
Wellenerdungsbürsten sind eine mögliche – wenn auch nicht besonders effektive – Maßnahme zur Reduzierung von
spannungsbedingten Lagerschädigungen durch EDM-Ströme. Bei strombedingten Lagerschäden aufgrund von
Zirkularströmen und/oder Rotorerdströmen ist diese Maßnahme eher kontraproduktiv. Insbesondere mit Blick auf die
Rotorerdströme wird der in die Last (z.B. Getriebe) hineinfließende parasitäre Strom eher noch verstärkt. Das Motor-
lager ist zwar geschützt, aber das Risiko von Schäden in den nachfolgenden Komponenten des Antriebssystems (z.B.
Getriebe) steigt. Daher sind Wellenerdungsbürsten eher für den Einsatz bei kleinen Leistungen geeignet, also in dem
Leistungsbereich, in dem die EDM-Stromanteile überwiegen.
Wellenerdungsbürsten bringen jedoch auch Probleme mit sich. Bei kleineren Motoren lassen sie sich konstruktiv nur
schwer realisieren, sie sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen und schließlich sind sie wartungsintensiv. Daher
sind Wellenerdungsbürsten keine generell zu empfehlende Maßnahme zur Reduktion von Lagerströmen bei Nieder-
spannungsmotoren.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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