Bestimmung Des Zulässigen Kurzzeitstroms Während Des Periodischen Anfahrens Und Anhaltens - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

3.1. Bestimmung des Strom-Derating-Faktors k
•
1,0 (Umgebungstemperatur ≤ 40 °C, Aufstellhöhe < 1000 m, Schutzart IP20),
k :
Temp
•
k : 1,0 (Pulsfrequenz gemäß Werkseinstellung)
Puls
•
k : 1,0 (Keine Parallelschaltung von S120 Motor Modules)
Parallel
•
k : Wegen des periodischen Anfahrens und Anhaltens ist dieser Faktor zu berücksichtigen.
IGBT
Aus Diagramm 2 ergibt sich:
- Stromverhältnis ΔI = I
- Lastspieldauer T = T
Mit ΔI = 4,87 u. T = 120 s ergibt sich aus der Derating-Kennlinie 1, welche für den ausgewählen
Umrichter SINAMICS S150 mit U = 690 V und I
Damit errechnet sich der Strom-Derating-Faktor k
= 
k k k
D Temp Puls
3.2. Bestimmung des zulässigen Kurzzeitstroms während des periodischen Anfahrens und Anhaltens:
Mit dem Grundlaststrom I
H
= 
I 5 , 1 k
Kurzzeit
Dieser Wert ist kleiner als der geforderte maximale Motorstrom von 730 A während des periodischen Anfahrens und
Anhaltens und daher nicht zulässig im Hinblick auf die IGBT-Lebensdauer.
Daher ist der zunächst ausgewählte Umrichter mit den Bemessungsdaten U = 690 V und I
Katalog D 21.3 einen Grundlaststrom I
nicht geeignet im Hinblick auf eine akzeptable Lebensdauer, so dass der nächst größere Umrichter mit den
Bemessungsdaten U = 690 V und I
Vektorregelung ebenfalls 1,25 kHz beträgt. Die Nachrechnung erfolgt nach demselben Prinzip wie oben beschrieben
(Bestimmung des Kurzzeitstroms u. I
im Detail dargestellt.
Anmerkungen zum Berechnungsbeispiel 3:
Um die unvermeidlichen Temperaturschwankungen aufgrund der verschiedenen Belastungszustände innerhalb des
Lastspiels so gering wie irgend möglich zu halten, empfiehlt es sich hier, nicht nur die Projektierung des Antriebs nach
den zuvor beschriebenen Kriterien vorzunehmen, sondern zusätzlich bei der Inbetriebnahme die folgenden Punkte zu
beachten, weil sich bei der Projektierung ein Strom-Derating-Faktor k
Der Antrieb ist entweder mit der projektierten Pulsfrequenz in Betrieb zu nehmen, welche im vorliegenden Beispiel der
Werkseinstellung entspricht, oder mit sinnvoll gewählten, stromabhängigen Pulsfrequenzumschaltungen.
Zur zusätzlichen Reduktion der Temperaturhübe ΔT
Lösung dar. Denn in den Betriebszuständen mit sehr hohem Strom kann der Temperaturanstieg minimiert werden,
indem der Umrichter mit möglichst niedriger Pulsfrequenz betrieben wird (Werkseinstellung). In den Betriebszuständen
mit sehr niedrigem Strom kann der Temperaturrückgang minimiert werden, indem der Umrichter mit möglichst hoher
Pulsfrequenz betrieben wird. Als Resultat dieser stromabhängigen Pulsfrequenzumschaltungen ergibt sich eine
Reduktion der Temperaturschwankungen und somit eine Erhöhung der Lebensdauer der IGBTs.
Auf keinen Fall sollte – z. B. zur Reduktion der Motorgeräusche – eine generelle, von den verschiedenen Belastungs-
zuständen unabhängige Erhöhung der projektierten Pulsfrequenz unter Verwendung einer Überlastreaktion mit
Reduktion der Pulsfrequenz (p290 = 2 oder 3) erfolgen. Denn hohe Ströme führen in Kombination mit einer erhöhten
Pulsfrequenz wegen der hohen Verlustleistung sehr schnell zum Eingreifen der Überlastreaktion. Diese Überlast-
reaktion erfolgt jedoch erst beim Erreichen eines sehr hohen Niveaus der Chip-Temperatur der IGBTs, um das
Leistungsteil möglichst lange mit der erhöhten Pulsfrequenz betreiben zu können. Somit maximiert diese Betriebsart
mit temperaturabhängiger Pulsfrequenzumschaltung die Temperaturhübe ΔT
spielen mit starken Laststromschwankungen – wie sie in diesem Beispiel vorliegen – nicht geeignet im Hinblick auf die
Reduktion der Temperaturschwankungen und bzw. die Erhöhung der Lebensdauer.
während des periodischen Anfahrens und Anhaltens:
D
/ I
Kurzzeit
+ T + T
0 1
zu
D
  = 
k k 0 , 1 0 , 1
Parallel IGBT
= 514 A und dem Derating-Faktor k
 =  
I 5 , 1 0 91 , 514 A
D H
von 514 A und somit einen Kurzzeitstrom I
H
= 735 A einzusetzen ist, dessen werkseitig eingestellte Pulsfrequenz bei
n
2
t-Berechnung). Sie bestätigt die getroffene Auswahl, wird hier aber nicht mehr
Chip
Grundlagen und Systembeschreibung
= 730 A / 150 A = 4,87.
Grundlast
+T = 120 s.
2 3
= 575 A gültig ist: k
n
  =
0 , 1 0 91 , 0 91 ,
.
= 0,91 ergibt sich der zulässige Kurzzeitstrom zu
D
=
702 A
.
< 1,0 ergeben hat:
IGBT
stellen stromabhängige Pulsfrequenzumschaltungen die beste
Chip
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
Projektierungshinweise
≈ 0,91.
IGBT
= 575 A, der gemäß
n
von 1,5 * I = 771 A aufweist,
Kurzzeit H
in den IGBTs. Sie ist damit bei Last-
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