Beliebige Lastspiele - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
Definition des Standardlastspiels Geringe Überlast
1.13.3

Beliebige Lastspiele

In vielen Anwendungen werden Lastspiele gefordert, die mehr oder weniger stark von den oben definierten Standard-
lastspielen abweichen. Deshalb wird im Folgenden beschrieben, welche physikalischen Zusammenhänge bei Last-
spielen zu beachten sind und welche Auslegungskriterien zu berücksichtigen sind.
Bei Lastspielen müssen die folgenden Kriterien erfüllt sein, damit das Leistungsteil nicht überlastet wird und
dementsprechend keine unmittelbare Störabschaltung, keine Überlastreaktion und keine Reduktion der Lebensdauer
des Umrichters auftritt:
•
Es muss generell die Höhe des Kurzzeitstromes auf zulässige Werte begrenzt sein, um eine Überlast-reaktion
zu vermeiden.
•
Bei periodisch wiederkehrenden Lastspielen müssen die während des Lastspiels auftretenden Temperatur-
schwankungen der IGBT-Chips in ihrer Höhe und/oder Häufigkeit auf zulässige Werte begrenzt werden, damit
keine Reduktion der Lebensdauer der Leistungsteile eintritt.
•
Es muss generell die während des Lastspiels im Leistungsteil auftretende mittlere Verlustleistung auf den für
den stationären Dauerbetrieb zulässigen Wert begrenzt sein, um eine Überlastreaktion zu vermeiden.
Die Höhe des Kurzzeitstromes muss aus mehreren Gründen generell begrenzt sein: Zum einen muss der Strom auch
während der Überlastphase einen ausreichenden Abstand zur Überstrom-Abschaltschwelle des Leistungsteils auf-
weisen, damit es zu keiner unmittelbaren Störabschaltung wegen Überstromes kommt. Zum anderen steigt während
der Überlastphase die Chip-Temperatur im IGBT an. Da dieser Anstieg proportional zum Quadrat des Kurzzeitstromes
ist, reduziert sich mit steigendem Kurzzeitstrom die zulässige Überlastdauer überproportional, so dass es bei sehr
hohem Kurzzeitstrom extrem schnell zu einer Überlastreaktion bzw. Störabschaltung wegen zu hoher Chip-Temperatur
kommen würde.
Bei periodischen Lastspielen müssen die während des Lastspiels auftretenden Temperaturschwankungen der IGBT-
Chips in ihrer Höhe und/oder Häufigkeit begrenzt werden, damit keine Reduktion der Lebensdauer der Leistungsteile
eintritt. Dies ist deshalb erforderlich, weil die Anzahl der zulässigen Temperaturzyklen eines IGBTs begrenzt ist und
mit zunehmenden Temperaturhub ΔT
Temperaturhub ΔT entsprechend ab, wie im Abschnitt „Wechsellastfestigkeit der IGBT-Module und Leistungsteile"
Chip
beschrieben. Daraus folgt für periodisch wiederkehrende Lastspiele:
Wenn bei periodischen Lastspielen das Verhältnis ΔI zwischen Kurzzeitstrom und Grundlaststrom gering ist, und die
daraus resultierenden Temperaturhübe ΔT
Hinblick auf die Lebensdauer bei abnehmender Lastspieldauer nicht oder nur geringfügig zusätzlich zu den oben
genannten Kriterien limitiert werden.
Wenn bei periodischen Lastspielen das Verhältnis ΔI zwischen Kurzzeitstrom u. Grundlaststrom groß ist, und die da-
raus resultierenden Temperaturhübe ΔT
auf die Lebensdauer bei abnehmender Lastspieldauer zusätzlich zu den oben genannten Kriterien limitiert werden.
Die während eines Lastspiels im Leistungsteil auftretende mittlere Verlustleistung muss generell begrenzt werden und
darf nicht höher sein, als die entsprechende Verlustleistung im stationären Dauerbetrieb mit dem zulässigen Ausgangs-
strom, für die das Leistungsteil thermisch dimensioniert ist. Dies ist erforderlich, um eine Überlastreaktion bzw.
Störabschaltung wegen zu hoher Chip-Temperatur zu vermeiden.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
170/562
© Siemens AG
Definition des Standardlastspiels Hohe Überlast
abnimmt. Damit nimmt auch die Lebensdauer des IGBTs mit zunehmenden
Chip
entsprechend niedrig sind, braucht die Höhe des Kurzzeitstromes im
Chip
entsprechend hoch sind, muss die Höhe des Kurzzeitstromes im Hinblick
Chip