Einfluss Der Pulsfrequenz Auf Den Ausgangsstrom Des Wechselrichters; Einfluss Der Pulsfrequenz Auf Verluste Und Wirkungsgrad Von Wechselrichter Und Motor; Einfluss Der Pulsfrequenz Auf Die Motorgeräusche - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
1.1.3.3

Einfluss der Pulsfrequenz auf den Ausgangsstrom des Wechselrichters

Die Werkseinstellung der Pulsfrequenz von 2,0 kHz bzw. 1,25 kHz liegt mit Rücksicht auf die Schaltverluste des Wech-
selrichters bei eher niedrigen Werten. Wird die Pulsfrequenz erhöht, so nehmen die Schaltverluste im Wechselrichter
und somit die Gesamtverluste im Umrichter zu. Dies führt bei voller Auslastung des Wechselrichters zu einer Über-
lastung des Leistungsteiles. Daher müssen die erhöhten Schaltverluste durch Absenkung der Durchlassverluste
kompensiert werden. Dies geschieht durch eine Reduktion des zulässigen Ausgangsstromes (Strom-Derating). Das
pulsfrequenzabhängige Strom-Derating ist gerätespezifisch und muss bei der Gerätedimensionierung berücksichtigt
werden. Die Derating-Faktoren sind in den gerätespezifischen Kapiteln für verschiedene Pulsfrequenzen angeben.
Werden Derating-Faktoren für Pulsfrequenzen benötigt, die nicht in den Tabellen angegeben sind, so lassen sich diese
durch lineare Interpolation zwischen den angegebenen Tabellenwerten ermitteln. Unter bestimmten Randbedingungen
(Netzspannung im unteren Bereich des zulässigen Weitspannungsbereiches, geringe Umgebungstemperatur,
eingeschränkter Drehzahlbereich) kann das Strom-Derating bis zu Pulsfrequenzen, die der doppelten Werkseinstellung
entsprechen, teilweise oder sogar vollständig vermieden werden. Nähere Angaben hierzu sind im Abschnitt „Betrieb
der Umrichter mit erhöhter Pulsfrequenz" zu finden.
1.1.3.4

Einfluss der Pulsfrequenz auf Verluste und Wirkungsgrad von Wechselrichter und Motor

Der Motorstrom ist mit der werkseitig eingestellten Pulsfrequenz von 2,0 kHz bzw. 1,25 kHz bereits weitgehend sinus-
förmig. Die im Motor hervorgerufenen Zusatzverluste infolge von Oberschwingungsströmen sind gering, aber dennoch
nicht vernachlässigbar. Übliche Standardmotoren für 50 Hz oder 60 Hz, die im Netzbetrieb nach der Thermischen
Klasse 130 (früher Wärmeklasse B) ausgenutzt werden, können im Umrichterbetrieb unter Ausnutzung der Thermi-
schen Klasse 155 (früher Wärmeklasse F) im Bemessungspunkt bis zum Bemessungsmoment betrieben werden. Die
Wicklungsübertemperatur liegt dann zwischen 80 - 100 K.
Eine Erhöhung der Pulsfrequenz reduziert bei Standardmotoren für 50 Hz oder 60 Hz die Motorzusatzverluste nur noch
geringfügig, erhöht aber die Schaltverluste im Umrichter erheblich. Dadurch verschlechtert sich der Wirkungsgrad des
aus Umrichter und Motor bestehenden Gesamtsystems.
1.1.3.5 Einfluss der Pulsfrequenz auf die Motorgeräusche
Beim Betrieb von Drehstrommotoren an Pulsumrichtern werden gegenüber dem direkten Betrieb an 50/60 Hz-Netzen
erhöhte magnetische Geräusche im Motor angeregt. Ursache hierfür ist die gepulste Spannung, welche zusätzliche
Spannungs- und Stromoberschwingungen im Motor zur Folge hat.
Gemäß
• IEC/TS 60034-17:2006 „Drehende elektrische Maschinen – Teil 17: Umrichtergespeiste Induktionsmotoren mit
Käfigläufer – Anwendungsleitfaden",
und
• IEC/TS 60034-25:2007 „Drehende elektrische Maschinen – Teil 25: Leitfaden für den Entwurf und das Betriebs-
verhalten von Induktionsmotoren mit Käfigläufer, die speziell für Umrichterbetrieb bemessen sind",
tritt beim Betrieb von Drehstrommotoren an Pulsumrichtern bis zur Bemessungsfrequenz ein Anstieg des A-bewerteten
Messflächen-Schalldruckpegels von bis zu 15 dB(A) gegenüber dem Betrieb bei Bemessungsfrequenz an sinus-
förmiger Spannung auf.
Die konkreten Werte hängen einerseits vom Pulsmodulationsverfahren und der zugehörigen Pulsfrequenz des Um-
richters und andererseits von der Konstruktion und der Polzahl des Motors ab.
Bei SINAMICS-Umrichtern in der Regelungsart Vektorregelung (Antriebsobjekt des Typs Vector) mit Pulsfrequenzen
gemäß Werkseinstellung (1,25 kHz bzw. 2,0 kHz) liegt der durch den Umrichterbetrieb bedingte Anstieg des A-
bewerteten Messflächen-Schalldruckpegels am Motor typischerweise im Bereich von 5 dB(A) bis 10 dB(A).
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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