Die Wirkung von Frequenzumrichtern auf Motoren verstehen

Frequenzumrichter stellen sicher, dass Motoren den Prozessanforderungen entsprechend laufen, Energie sparen und die Prozessleistung verbessern. Gleichzeitig sind bei der Verwendung von Frequenzumrichtern zusätzliche Aspekte für den Motorschutz zu beachten wie:

  • Steile Spannungsimpulse, die die Stator-Wicklungsisolation belasten können und Funkenschlag verursachen können.
  • Steile Anstiege der Spannung können auch zu reflektierten Spannungen führen, die zu einer Erhöhung der Spannung an den Motoranschlüssen um das bis zu 2,5-Fache der Nennspannung führen können.
  • Gleichtaktspannungen und -ströme. Dies kann zu Funkenschlag in den Motorlagern und schließlich zu einer Zerstörung der Isolation führen.
  • Stärkerer Anstieg der Oberflächentemperatur des Motors aufgrund einer schwächeren Selbstkühlung des Motors, wenn ein Motor mit einem auf der Welle montierten Lüfter mit geringerer Drehzahl läuft.
  • Bei Überlast kann die Oberflächentemperatur des Motors stark ansteigen, wenn dies bei der Dimensionierung nicht berücksichtigt wurde und die Belastbarkeitskurven überschritten werden.
Schutz vor Überspannung
Schutz vor Lagerströmen
Schutz des Motors vor Überhitzung

Aufgrund der hohen Schaltfrequenz und den Reflexionen in den Kabeln sind die Motorwicklungen bei der Spannungsversorgung des Motors über einen Frequenzumrichter einer höheren Spannungsbelastung ausgesetzt als bei Verwendung einer sinusförmigen Versorgungsspannung. Die Auswirkungen dieser Spannungen können zu einem Anstieg auf das 2,5-Fache der Motornennspannung führen. Das belastet die Wicklungsisolation des Motors und kann diese zerstören, sodass es zu Funkenschlag kommen kann. ABB empfiehlt:

  • Zwischen 500 V und 600 V benötigt der Motor eine verstärkte Wicklungsisolierung oder der Frequenzumrichter muss mit einem dU/dt-Filter ausgestattet sein.
  • Über 600 V benötigt der Motor eine verstärkte Wicklungsisolation und der Frequenzumrichter muss mit einem dU/dt-Filter ausgestattet sein.
  • Wenn das Kabel zwischen Frequenzumrichter und Motor länger als 150 m ist und die Spannung zwischen 600 und 690 V liegt, muss der Motor mit einer verstärkten Wicklungsisolierung versehen sein.

Der Frequenzumrichter kann Gleichtaktspannungen verursachen, die Spannungen in den Motorlagern induzieren und so zu einem Stromfluss durch die Motorlager führen. Als Schutz vor Lagerströmen empfiehlt ABB:

  • Motoren ab Baugröße IEC 280 sollten mit isolierten, B-seitigen Lagern ausgestattet sein, um Kreisstrompfade zu unterbrechen.
  • Bei Motoren ab Baugröße IEC 355 mit isolierten B-seitigen Lagern sollte der Frequenzumrichter zusätzlich mit einem Gleichtaktfilter ausgestattet werden.

Um den Motor vor Überhitzung zu schützen, muss dieses Problem verstanden und die Motortemperatur geregelt werden. Der Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl und der Belastbarkeit muss bekannt sein (Belastbarkeitskurven). Für einen sicheren Betrieb muss die Motor-Frequenzumrichter-Kombination korrekt dimensioniert sein, damit die Belastbarkeitskurve eingehalten wird, und die Angaben auf dem Leistungsschild müssen befolgt werden. Als Schutz vor einer Erwärmung des Motors empfiehlt ABB folgende Lösungen:

  • Ein separater Lüfter mit konstanter Drehzahl zur Erhöhung der Kühlleistung und Belastbarkeit bei niedrigen Drehzahlen
  • Direkte Messung der Oberflächentemperatur des Motors und Verwendung dieser Daten für eine kontrollierte Abschaltung des Motors
  • Überwachung und Regelung des in den Motor eingespeisten Stroms
  • Begrenzung der Motorlast, um Überlasten, die zu einer stärkeren Erwärmung des Motors führen, zu verhindern.
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