Thermische Motorbelastungen durch Umrichterspannungsabfall

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1 Thermische Motorbelastungen durch Umrichterspannungsabfall beim Betrieb im Nennpunkt Dieser Bericht behandelt die thermischen Auswirkungen von geregelten Drehstrommotoren der Typen MH / MD / MF am Umrichter, wenn diese dauerhaft im Nennpunkt betrieben werden, wobei Motor-Bemessungs- und Umrichter-Eingangsspannung identisch sind. Am Frequenzumrichter tritt ein Spannungsabfall in folgenden Abhängigkeiten auf: - Betrieb mit / ohne Netzdrossel - 1- / 3-phasiger Betrieb - Zwischenkreiskapazität - Drehmomentbelastung des Motors - Antriebsleistung Das bedeutet, dass im Nennbetriebspunkt des Motors (Nennmoment und Nenndrehzahl) an den Motorklemmen nicht mehr die volle Netzspannung anliegt z. B. 3AC 400V, sondern eine um ca V reduzierte Spannung. Die Typenschilddaten der Motoren beziehen sich gemäß Norm auf eine Umgebungstemperatur von 40º C und auf eine Aufstellhöhe von bis zu 1000 m. Oberhalb dieser Werte ist das Motordrehmoment im Dauerbetrieb zu reduzieren. DSD berücksichtigt alle Effekte. Der Anwender muss dazu keine zusätzlichen Prüfungen vornehmen. 1) MD- und MH-Motoren dürfen trotz Spannungsabfall am Umrichter dauerhaft im Nennpunkt betrieben werden Diese Motoren haben die gleiche Bemessungsspannung wie das Versorgungsnetz am Eingang des Umrichters, z. B. 3AC 400V / 50Hz. Der Motor wird in diesen Fällen im Bemessungspunkt geringfügig in der Feldschwächung betrieben. Dabei vergrößern sich Wirk- und Scheinstrom auf Werte oberhalb der Bemessungsströme. Das führt im Dauerbetrieb zu erhöhten thermischen Verlusten im Motor. Da diese Motoren über ausreichende thermische Reserven verfügen dürfen sie bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 40º C und einer Aufstellhöhe bis zu 1000 m trotz verminderter Spannung im Bemessungspunkt betrieben werden. Die nachfolgenden Diagramme wurden mit DSD erzeugt. Sie zeigen den Betrieb an unterschiedlichen Netzspannungen und Phasenzahlen jeweils im Motornennbetriebspunkt. Es ist eine etwas erhöhte Stromaufnahme zu erkennen, die aber noch zulässig ist. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 1

2 1.1 Betrieb an 3AC 400V / 50 Hz (Schaltschrankumrichter) Bild 1.1: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MH-Motors (U N = 400V ; I N = 5 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 375 V; Motorstrom = 5,15 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 2

3 1.2 Betrieb an 3AC 480V / 60 Hz (Schaltschrankumrichter) Bild 1.2: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MH-Motors (U N = 460V ; I N = 4,4 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 436 V; Motorstrom = 4,46 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 3

4 1.3 Betrieb an 3AC 230V / 50 Hz (Schaltschrankumrichter) Bild 1.3: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MH-Motors (U N = 230V ; I N = 8,6 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 197 V; Motorstrom = 9,5 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 4

5 1.4 Betrieb an 1AC 230V / 50 Hz (Schaltschrankumrichter) Bild 1.4: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MH-Motors (U N = 230V ; I N = 8,6 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 180 V; Motorstrom = 10,6 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 5

6 1.5 Betrieb an 3AC 400V / 50 Hz (Motorumrichter) Bild 1.5: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MH-Motors (U N = 400V ; I N = 5,0 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 340 V; Motorstrom = 5,5 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 6

7 2) MF- / Servo-Motoren auf Umrichter-Spannungsabfall abgestimmt Diese Motoren haben nach Leistung eine Bemessungsspannung von ca V (für 3-phasige Netze 3AC 400V). Damit wird der Umrichter-Spannungsabfall bereits berücksichtigt. Die Motoren werden im Nennpunkt nicht in Feldschwächung betrieben und es treten keine erhöhten Verluste auf. Bild 2.1: Verläufe von Drehmoment, Drehzahl, Spannung und Strom eines 2,2 kw MF-Motors (U N = 345 V ; I N = 5,3 A) im Nennbetriebspunkt am Umrichter in VFC Motorspannung = 345 V; Motorstrom = 4,95 A. Thermische_Motorbelastung_Umrichterspannungabfall_ Autor: KH Weber 7