Uwe Przywecki, ABB Schweiz AG / Schweizer Kälte-Forum 2013, Frequenzumrichter in der Kältetechnik Nutzen und Besonderheiten

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1 Uwe Przywecki, ABB Schweiz AG / Schweizer Kälte-Forum 2013, Frequenzumrichter in der Kältetechnik Nutzen und Besonderheiten

2 Frequenzumrichter in der Kältetechnik Nutzen und Besonderheiten Aufbau und Funktionsprinzip des Frequenzumrichters Der Mehrwert drehzahlgeregelter Antriebe Beeinflussung der Netze durch elektronische Verbraucher Auswahl und Verlegung der Steuer- und Leistungskabel Oberwellenerzeugung und -unterdrückung durch ausgewählte Halbleitertechnik Zusammenfassung 11/23/2013 Slide 2

3 Aufbau und Funktionsprinzip des Frequenzumrichters Darstellung der Komponenten I Netz U Netz U DC U Motor Netzdrossel Gleichrichter DC ZK + Wechselrichter Motor Netz L1 L2 L3 C - U d U1 V1 W1 M 3 ~ Überwachung Steuerung Regelungskarte: Regelung, Überwachung und Kommunikation Month DD, Year Slide 3

4 Der Mehrwert drehzahlgeregelter Antriebe Anlagen von sanft bis dynamisch betreiben rpm schnell optimal Sanfter Start und Stopp für einen nachhaltigen Anlagenbetrieb Maximales Motordrehmoment ab Drehzahl Null sanft effizient t Drehzahlgeführter Betrieb entsprechend dem Bedarf Optimale Drehzahl für den idealen Mix aus hoher Produktqualität und bester Energieeffizienz

5 Der Mehrwert drehzahlgeregelter Antriebe Verhindern von Anlaufströmen beim Motorstart Netzstrom 700 % Direktes Einschalten Stern-Dreieck Hohe Spitzenlastströme beim Starten von Elektromotoren verursachen ungewünschte bis unzulässige Spannungseinbrüche im Netz. Direktes Einschalten Stern Dreieck Anlauf Sanftanlasser Frequenzumrichter Drehzahl 100% Frequenzumrichter November 23, 2013 Slide 5

6 Der Mehrwert drehzahlgeregelter Antriebe Energieeinsparung durch Umrichterbetrieb Drehzahlregelung ist eine Leistungsregelung Es wird nur die Leistung aus dem Netz bezogen, welche von der Applikation an der Motorwelle gefordert wird. Energieoptimierer Dieser reduziert die Motorverluste durch optimale Reduktion des Magnetisierungsstromes im Teillastbereich. Lastanalysator Ermöglicht die Auswertung der Systemauslastung durch Spitzenwert- und Amplitudenspeicher. 11/23/2013 Slide 6

7 Der Mehrwert drehzahlgeregelter Antriebe Integrierte Funktionen zur Optimierung im Betrieb Intuitive Bedienung Geführte Assistenten Antriebsnahe SPS Funktionalitäten in den Umrichter integrierbar Feldbuskommunikation Sicherheitsfunktionen für die Maschinensicherheit implementierbar (STO, SLS, SMS, SS1, SSE ) Anlageoptimierung Wartungsfunktionen Lastanalysator Ferndiagnostik November 23, 2013 Slide 7

8 Beeinflussung der Netze durch elektr. Verbraucher Elektromagnetische Verträglichkeit Störfestigkeit Versorgungsnetz Leitungsgebundene Störungen Steuerung Prozess Abgestrahlte Störungen Erde Abgestrahlte Störungen Motorverbindung Motor Month DD, Year Slide 8 Antriebe sind gegen die meisten Störungen unanfällig, sonst würden sie von ihren eigenen Störungen beeinflusst. Es sind hierbei nur die Emissionen zu beachten. Man unterscheidet zwei Arten von Emissionen Leitungsgebundene Störungen Abgestrahlte Störungen

9 Elektromagnetische Verträglichkeit EMV-Filter entsprechend der Umgebung wählen EMV-Filter Klasse C2 EMV-Filter Klasse C3 November 23, 2013 Slide 9

10 Leistungskabel / Motorkabel Die richtige Auswahl Month DD, Year Slide 10

11 Leistungskabel / Motorkabel Die richtige Installation Beidseitig grossflächig Auflegen mit einer 360 Erdung. Schirm nicht durch Revisionsschalter unterbrechen. Schirmlitze kurz halten. Ungeschirmte Schlaufen innerhalb des Schaltschrankes vermeiden. Verlegung immer 50 cm entfernt von Steuerkabeln. Ziel: EMV- Abstrahlung vermeiden Abstand zu empfindlichen Bauteilen halten Month DD, Year Slide 11

12 Steuer- und Signalkabel Die richtige Installation Steuerkabel geschirmt ausführen und EMV-Schirm mindestens einseitig auflegen. Doppelt geschirmtes verdrilltes Adernpaar für Analogsignale sowie Drehgeber-Signale. Einfach geschirmtes Kabel reicht für digitale Niederspannungssignale. Separate Steuerkabel für verschiedene Signalarten und Signalspannungs-Pegel verwenden. Schirmung so weit als möglich an die Anschlussklemmen heranführen. Month DD, Year Slide 12

13 Oberwellen durch nichtlineare Verbraucher Entstehung Strom-Oberwellen entstehen durch nichtlineare Belastung und summieren sich im Netz. Der verzerrt Laststrom hat keine Sinusform mehr. Frequenzumrichter erzeugen Stromoberwellen durch die Gleichrichtung der AC-Spannung mittels Diodenbrücke (Halbleiter). Der Oberwellenbehaftete Strom verzerrt die Netzspannung. Month DD, Year Slide 13

14 Verträglichkeit am Netz Geräte mit aktiver IGBT Einspeisung LCL-Filter integriert Motor 3~ Motor 3~ Quasi sinusförmiger Netzstrom durch selbstgeführte IGBT Gleichrichterbrücken Stromoberwellenanteil kleiner I thd = 4 % (gegenüber 30 45% bei Diodengleichrichter) Leistungsfaktor 1 - Blindleistungskompensation möglich

15 Auswirkungen von Oberwellen Durch Oberschwingungsströme verursachte Probleme: Verzerrung der Netzspannung Erhöhte Netzverluste Überhitzung von Transformatoren Fehlauslösung von Leitungsschutzschaltern / Leistungsschaltern Überlastung von Neutralleitern Durch Oberschwingungsspannungen verursachte Probleme: Überhitzung und Hochlaufschwierigkeiten von Drehfeldmotoren Störungen empfindlicher Geräte, wie Video, Audio, PC, Sensoren, Beleuchtung, Month DD, Year Slide 15

16 Zusammenfassung Durch einen Frequenzumrichter werden Prozesse bedarfsgerecht und schonend geregelt, Netzbelastungen verringert, Energie eingespart. Zu beachten sind die richtige Auswahl der Signal- und Leistungskabel, EMV gerechte Installation, Auswirkungen von Oberwellen bei grossen installierten Leistungen. 11/23/2013 Slide 16

17 Ansprechpartner Uwe Przywecki Dipl.-Ing. (FH) Applikationsingenieur Produktmanager Antriebstechnik Motoren & Antriebe ABB Schweiz AG Industrie- und Gebäudeautomation Brown Boveri Platz 3 CH-5400 Baden Direkt Fax Mobil uwe.przywecki@ch.abb.com 11/23/2013 Slide 17

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