Antriebstechnik

Die richtige Filtertechnik für störfreie Motorbestromung

| Autor / Redakteur: Christoph Jehle * / Gerd Kucera

Bild 1: Beispiele von Entstörlösungen für den Frequenzumrichterausgang mit du/dt-Drossel, Sinusfilter und SineFormer.
Bild 1: Beispiele von Entstörlösungen für den Frequenzumrichterausgang mit du/dt-Drossel, Sinusfilter und SineFormer. (Bild: TDK-EPCOS)

Frequenzumrichter erzeugen Störsignale auf der Motorzuleitung. Geeignete Filter zwischen Umrichter und Motor können die daraus entstehenden ungünstigen Auswirkungen minimieren.

Zur stufenlosen Drehzahlveränderung eines Asynchron-Motors erzeugt der Frequenzumrichter (auch Stromrichter genannt) aus seiner eingangsseitigen Wechselspannung mit fester Frequenz und Amplitude eine an seinem Ausgang in Frequenz und Amplitude veränderbare Wechselspannung zur direkten Regelung der elektrischen Maschine.

Bei Applikationen, in denen Umrichter und Motor über eine längere Leitung miteinander verbunden sind, treten parasitäre Kapazitäten zwischen den Leitern und gegen Erde auf. Hinzu kommt, dass die Anstiegszeit der Rechteckimpulse der Umrichter-Ausgangsspannung im Bereich 5 bis 10 kV/µs liegt, was bei jedem Schaltvorgang zu hochfrequenten Strömen in der Leitung führt. Diese haben eine ganze Reihe von ungünstigen Auswirkungen:

  • Die Überlagerung der Leitung mit hochfrequenten Strömen verringert den zur Verfügung stehenden Strom für den Betrieb des Motors. Zum Ausgleich muss der Umrichter größer dimensioniert werden.
  • Störströme können bei langen Leitungen so groß werden, dass die Überstromschutzschaltung des Umrichters anspricht.
  • Hochfrequente Ströme verursachen mit ihrem hohen Schaltfrequenzgehalt Verluste in der Leitung wie auch im Motor.
  • Da ein Teil der hochfrequenten Ströme gegen Erde fließt, verursachen sie asymmetrische Störungen. Bei Verwendung ungeschirmter Motorleitungen würden dadurch unzulässig hohe Störfelder erzeugt, weshalb in der Regel kostspielige geschirmte Motorleitungen zum Einsatz kommen.
  • Die hohe Flankensteilheit der Umrichterspannung regt außerdem parasitäre Schwingkreise an, die aus Kabel- und Motorkapazitäten sowie Leitungsinduktivitäten bestehen. Deren Ausschwingvorgänge überlagern sich der Umrichterspannung. Dies führt vor allem auf der Motorseite zu kurzzeitigen Spannungsüberhöhungen, welche die Motor-Nennspannung weit überschreiten können (Bild 2) und durch Teilentladungen die Motorisolation belasten, was wiederum zu einem Motorausfall führen kann.

In Summe ergeben sich daraus am Umrichterausgang folgende Probleme:

  • große hochfrequente Blindströme in der Motorleitung,
  • EMV-Probleme,
  • Überspannung am Motor durch die hohe Spannungssteilheit und die lange Motorleitung,
  • Beschädigung der Motorisolation,
  • Lagerschäden durch Ableitströme über die Motorlager,
  • Motorgeräusche.

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