Motorseitige Drosseln Und Filter; Motordrosseln; Reduktion Der Spannungssteilheit Du/Dt An Den Motoranschlüssen; Reduktion Der Zusätzlichen Stromspitzen Beim Einsatz Langer Motorleitungen - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise

1.10 Motorseitige Drosseln und Filter

1.10.1

Motordrosseln

1.10.1.1 Reduktion der Spannungssteilheit du/dt an den Motoranschlüssen
Wie im Abschnitt "Auswirkungen der Verwendung schnell schaltender Leistungsbauelemente" ausführlich beschrieben,
treten am Wechselrichterausgang und an den Motoranschlüssen sehr hohe Spannungssteilheiten du/dt auf.
Der Einsatz von Motordrosseln reduziert die Spannungssteilheiten erheblich.
Ohne Motordrosseln laufen die Spannungsflanken am Wechselrichterausgang, die eine typische Steilheit du/dt von
3 kV/s – 6 kV/s aufweisen, entlang der Leitung Richtung Motor und kommen mit weitgehend unveränderter Steilheit
an den Motoranschlüssen an, wo durch Reflexionen Spannungsspitzen bis zum Zweifachen der Zwischenkreisspan-
nung auftreten können, siehe nachfolgende Skizze, Bild a).
Die Motorwicklung wird hierdurch in zweierlei Hinsicht stärker belastet als am sinusförmigen Netz. Es treten sehr hohe
Spannungssteilheiten du/dt und durch Reflexion sehr hohe Spannungsspitzen Û
u (t)
U
U
Wechselrichter
a) ohne Motordrossel
Spannung u(t) am Wechselrichterausgang und an den Motoranschlüssen
Mit Motordrosseln bildet sich aus der Induktivität der Drossel und der Kapazität der Leitung ein Schwingkreis, der den
Spannungsanstieg du/dt verringert. Je größer die Leitungskapazität, d. h. je länger die Leitung ist, desto geringer wird
der Spannungsanstieg. Bei der Verwendung langer geschirmter Leitungen sinkt die Spannungsanstiegsgeschwin-
digkeit bis auf Werte von wenigen 100 V/s, siehe Skizze, Bild b). Doch leider ist der Schwingkreis aus Drosselinduk-
tivität und Leitungskapazität relativ schwach gedämpft, so dass die Spannung stark überschwingt. Die Spannungs-
spitzen an den Motoranschlüssen liegen daher typischerweise nur ca. 10 % bis maximal 15 % unter den Werten, die
sich durch Reflexionen ergeben, wenn keine Motordrossel eingesetzt wird.
Weil die Motordrossel zwar die Spannungssteilheit du/dt deutlich reduziert, aber die Spannungsspitzen Û
fügig verringert, ergibt sich keine grundlegend andere Qualität der Wicklungsbelastung gegenüber den Verhältnissen
ohne Motordrossel.
Der Einsatz einer Motordrossel ist daher in aller Regel nicht geeignet, die Wicklungsbelastung am Motor bei Netz-
anschlussspannungen von 500 V bis 690 V so weit zu verbessern, dass auf eine Sonderisolierung im Motor für
Umrichterbetrieb verzichtet werden kann. Eine derartige Verbesserung lässt sich nur mit du/dt-Filtern plus VPL, du/dt-
Filtern compact plus VPL oder Sinusfiltern erreichen (siehe Abschnitte "du/dt-Filter plus VPL und du/dt-Filter compact
plus VPL" sowie "Sinusfilter").
Die verringerte Spannungssteilheit bewirkt eine Reduktion der Lagerströme im Motor, allerdings reicht dies in der Regel
noch nicht aus, um auf den Einsatz eines isolierten NDE-Lagers im Motor ganz verzichten zu können.
1.10.1.2 Reduktion der zusätzlichen Stromspitzen beim Einsatz langer Motorleitungen
Durch die hohen Spannungssteilheiten der schnell schaltenden IGBTs werden beim Einsatz langer Motorleitungen die
Leitungskapazitäten mit jeder Schalthandlung im Wechselrichter sehr schnell umgeladen, wodurch der Wechselrichter
mit erheblichen zusätzlichen Stromspitzen belastet wird.
Der Einsatz von Motordrosseln reduziert die Höhe der zusätzlichen Stromspitzen, weil die Kapazitäten der Leitung über
die Induktivität der Drossel langsamer umgeladen werden und dadurch geringere Amplituden der Stromspitzen auf-
treten.
Daher bieten geeignet dimensionierte Motordrosseln bzw. die Reihenschaltung mehrerer Motordrosseln die Möglich-
keit, größere Kapazitäten und damit größere Motorleitungslängen anzuschließen.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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© Siemens AG
Motor
U
ZK
t
auf.
LL
u (t)
U
Wechselrichter
b) mit Motordrossel
U
Motor
U
ZK
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nur gering-
LL