Thermische Überwachung Des Leistungsteils; Betrieb Der Umrichter Mit Erhöhter Pulsfrequenz - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
1.13.4 Thermische Überwachung des Leistungsteils
Sowohl im Dauerbetrieb als auch bei Lastspielen erfolgt die thermische Überwachung des Leistungsteils bei
SINAMICS-Geräten G130, G150, S150 sowie S120 Motor Modules (Chassis und Cabinet Modules) auf drei ver-
schiedene Arten:
•
Überwachung des Ausgangsstromes durch I
•
Überwachung der Kühlkörpertemperatur durch direkte Temperaturmessung (r0037[0]),
•
Überwachung der Chip-Temperatur der IGBTs (r0037[1]) durch das Thermische Modell, welches basierend
auf der gemessenen Kühlkörpertemperatur sowie weiteren elektrischen Größen wie Pulsfrequenz, Zwischen-
kreisspannung und Ausgangsstrom, die Temperatur der IGBT-Chips exakt berechnet.
Wird durch diese Überwachungen eine Überlast des Leistungsteils festgestellt, so erfolgt eine Überlastreaktion gemäß
Einstellung des Parameters p0290. Folgende Überlastreaktionen sind in p0290 für Leistungsteile der Bauform Chassis
parametrierbar:
0: Ausgangsstrom reduzieren.
1: Keine Reduktion, Abschalten bei Erreichen der Überlastschwelle.
2: Pulsfrequenz und Ausgangsstrom reduzieren.
3: Pulsfrequenz reduzieren.
12: Automatische Pulsfrequenz- und Ausgangsstromreduktion.
13: Automatische Pulsfrequenzreduktion.
Durch die parametrierbare Überlastreaktion ist es in vielen Anwendungen möglich, eine unmittelbare Störabschaltung
bei kurzzeitiger Überlastung des Leistungsteils zu vermeiden. So ist es z. B. bei vielen Pumpen- und Lüfteranwen-
dungen tolerierbar, wenn die Fördermenge kurzfristig aufgrund der Reduktion des Ausgangsstromes etwas absinkt.
Arbeitet der Antrieb – z. B. um die Motorgeräusche niedrig zu halten – mit einer gegenüber der Werkseinstellung
erhöhten Pulsfrequenz, so kann als Überlastreaktion die Pulsfrequenz abgesenkt werden, was keinen Einfluss auf die
Fördermenge hat.
Kann die parametrierte Überlastreaktion die Überlastung nicht ausreichend verringern, so erfolgt auf jeden Fall eine
Störabschaltung zum Schutz des Leistungsteils. Damit ist eine unmittelbare Zerstörung des Leistungsteils aufgrund zu
hoher Temperaturen im IGBT in allen Betriebszuständen ausgeschlossen.
Allerdings machen diese in den SINAMICS-Geräten implementierten Schutzmechanismen eine exakte Projektierung
des Umrichters hinsichtlich des Lastprofils zwingend erforderlich, damit der Antrieb seine Aufgabe erfüllen kann, ohne
durch das Eingreifen der Überlastreaktion daran gehindert zu werden.
1.13.5 Betrieb der Umrichter mit erhöhter Pulsfrequenz
Die technischen Daten in den Katalogen und Betriebsanleitungen, insbesondere
•
der Bemessungs-Ausgangsstrom I
•
die Grundlastströme I
•
der maximale Ausgangsstrom I
•
und die angegebenen Typleistungen
beziehen sich stets auf den Betrieb der Umrichter bzw. Wechselrichter mit werkseitig eingestellter Pulsfrequenz.
Wird bei Umrichtern G130, G150 und S150 sowie bei Wechselrichtern S120 (Chassis und Cabinet Modules) die
Pulsfrequenz gegenüber der Werkseinstellung erhöht, so nehmen die Schaltverluste im Wechselrichter proportional
zur Pulsfrequenz zu, was bei voller Auslastung des Wechselrichters in der Regel zur thermischen Überlastung des
Leistungsteils führt.
Um die thermische Überlastung des Leistungsteils bei erhöhter Pulsfrequenz zu vermeiden, können unterschiedliche
Strategien genutzt werden, die von der Einstellung der Überlastreaktion im Parameter p0290 abhängig sind und im
Folgenden beschrieben werden.
Dabei ist zu beachten, dass die in den gerätespezifischen Kapiteln angegebenen Strom-Derating-Faktoren k
erhöhte Pulsfrequenzen bei der I
unberücksichtigt bleiben. Damit bleiben alle Ströme, d. h. der Bemessungs-Ausgangsstrom I
und I sowie der maximale Ausgangsstrom I
H
grundsätzlich erst einmal zur Verfügung. Der Wechselrichter kann damit prinzipiell auch bei erhöhter Pulsfrequenz
bezüglich der Stromgrenzen so ausgenutzt werden wie bei der Pulsfrequenz gemäß Werkseinstellung.
Dies gilt aus thermischen Gründen jedoch nur unter der Voraussetzung, dass die entsprechenden Ströme entweder
nur relativ kurzfristig genutzt werden oder die weiter unten beschriebenen Einflussparameter – wie z. B. die Umge-
bungstemperatur – entsprechend günstige Werte aufweisen.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
184/562
© Siemens AG
2
t-Rechnung (Leisungsteil Überlast I2t, r0036),
,
n
und I sowie die gemäß den Lastspieldefinitionen zugehörigen Kurzzeitströme,
L H
,
max
2
t-Rechnung zur Überwachung der Auslastung des Wechselrichters grundsätzlich
unverändert und stehen somit auch bei erhöhter Pulsfrequenz
max
für
Puls
, die Grundlastströme I
n L