Danfoss FC 300, FC 200, FC 100 Design guide [de]

MAKING MODERN LIVING POSSIBLE

Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

VLT® AutomationDrive FC 300

VLT® AQUA Drive FC 200

VLT® HVAC Drive FC 100

Inhaltsverzeichnis Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

Inhaltsverzeichnis
1 Lesen des Projektierungshandbuchs	3
1.1.2 Abkürzungen	3
2 Sicherheit und Konformität	4
2.1 Sicherheitshinweise	4
2.1.1 CE-Kennzeichnung	4
3 Einführung zu Ausgangsfiltern	5
3.1 Gründe für die Verwendung von Ausgangsfiltern	5
3.2 Schutz der Motorisolation	5
3.2.1 Die Ausgangsspannung	5
3.3 Reduzierung der Motorstörgeräusche	7
3.4 Reduzierung bei hochfrequent wirksamen elektromagnetischen Störgeräu-
schen im Motorkabel	8
3.5 Was versteht man unter Lagerströmen und Wellenspannungen?	9
3.5.1 Vorbeugung des frühzeitigen Verschleißes von Lagern	9
3.5.2 Messung elektrischer Entladungen in den Motorlagern	10
3.6 Welcher Filter für welchen Zweck	12
3.6.1 du/dt-Filter	12
3.6.2 Sinusfilter	14
3.6.3 Hochfrequenz-Gleichtakt-Kernsätze	16
4 Auswahl von Ausgangsfiltern	17
4.1 Auswählen eines geeigneten Ausgangsfilters	17
4.1.1 Produktübersicht	17
4.1.2 Auswahl der HF-CM-Kerne	19
4.2 Elektrische Daten - dU/dt-Filter	20
4.3 Elektrische Daten - Sinusfilter	22
4.3.1 Ersatzteile/Zubehör	27
4.3.2 Kabelanschlüsse für Bodenfilter	27
4.3.3 Klemmenanschlusssätze	28
4.4 Sinusfilter	29
4.4.1 du/dt-Filter	30
4.4.2 Unterbau-Sinusfilter	31
5 Installieren	32
5.1 Mechanische Installation	32
5.1.1 Sicherheitshinweise für mechanische Installation	32
5.1.2 Montage	32
5.1.3 Mechanische Installation der HF-CM	32
5.1.4 Erdung von Sinusund dU/dt-Filtern	33

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1

Inhaltsverzeichnis	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

5.1.5 Abschirmung	33
5.2 Abmessungen	34
5.2.1 Zeichnungen	34

6 Programmieren des Frequenzumrichters	43
6.1.1 Parametereinstellungen zum Betrieb mit Sinusfilter	43
Index	44

2	MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss

Lesen des Projektierungshan... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

1 Lesen des Projektierungshandbuchs	1	1

In diesem Projektierungshandbuch werden die Ausgangsfilter Ihres Frequenzumrichters in mehreren Kapiteln ausführlich behandelt. Dazu gehört die Auswahl des richtigen Ausgangsfilters für die Anwendung, eine Anleitung zu seiner Installation und das Programmieren des Frequenzumrichters.

Die technische Literatur von Danfoss ist auch online unter www.danfoss.com/BusinessAreas/DrivesSolutions/Documentations/Technical+Documentation verfügbar.

1.1.1 Symbole

In dieser Bedienungsanleitung verwendete Symbole

HINWEIS

Kennzeichnet einen wichtigen Hinweis.

VORSICHT

Kennzeichnet eine allgemeine Warnung.

WARNUNG

Kennzeichnet eine Warnung vor Hochspannung.

Markiert in der Auswahl die Werkseinstellung.

1.1.2 Abkürzungen

Wechselstrom	AC
American Wire Gauge = Amerika-	AWG
nisches Drahtmaß
Ampere/AMP	A
Automatische Motoranpassung	AMA
Stromgrenze	ILIM
Grad Celsius	°C
Gleichstrom	DC
Abhängig von Frequenzumrichter	D-TYPE
Elektromagnetische Verträg-	EMV
lichkeit
Elektronisches Thermorelais	ETR
Drive	FC-Profil
Gramm	g
Hertz	Hz
Kilohertz	kHz
LCP Bedieneinheit	LCP
Meter	m
Induktivität in Millihenry	mH
Milliampere	mA
Millisekunde	ms
Minute	min.
Motion Control Tool	MCT
Nanofarad	nF
Newtonmeter	Nm
Motornennstrom	IM,N
Motornennfrequenz	fM,N
Motornennleistung	PM,N
Motornennspannung	UM,N
Parameter	Par.
Schutzkleinspannung	PELV
Wechselrichter-Ausgangs-	IINV
nennstrom
Umdrehungen pro Minute	UPM
Sekunde	s
Synchronmotordrehzahl	ns
Drehmomentgrenze	TLIM
Volt	V
IVLT,MAX	Der maximale Ausgangsstrom.
IVLT,N	Der Ausgangsnennstrom, den
	der Frequenzumrichter liefern
	kann.

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3

Sicherheit und Konformität	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

2 Sicherheit und Konformität

2 2

2.1 Sicherheitshinweise

Geräte mit elektronischen Bauteilen dürfen nicht im normalen Hausmüll entsorgt werden.

Sie müssen gesondert mit Elektround Elektronikaltgeräten gemäß geltender Gesetzgebung gesammelt werden.

MCC 101/102

Projektierungshandbuch

WARNUNG

Warten Sie mindestens die im Projektierungshandbuch angegebene Entladezeit für den entsprechenden Frequenzumrichter ab, bevor Sie Wartungsarbeiten am Filter durchführen, um das Risiko eines Stromschlags zu vermeiden.

HINWEIS

Versuchen Sie niemals, ein defektes Filter zu reparieren.

HINWEIS

Die in diesem Projektierungshandbuch vorgestellten Filter wurden speziell für Frequenzumrichter von Danfoss (FC 102/202/301 und 302) entwickelt und getestet. Danfoss übernimmt keine Verantwortung für den Einsatz von Ausgangsfiltern anderer Anbieter.

2.1.1 CE-Kennzeichnung

Was ist unter dem CE-Zeichen zu verstehen?

Sinn und Zweck des CE-Zeichens ist ein Abbau von technischen Handelsbarrieren innerhalb der EFTA und der EU. Die EU hat das CE-Zeichen als einfache Kennzeichnung für die Übereinstimmung eines Produkts mit den entsprechenden EU-Richtlinien eingeführt. Über die technischen Daten oder die Qualität eines Produkts sagt das CE-Zeichen nichts aus.

Die Niederspannungsrichtlinie (73/23/EWG) Frequenzumrichter müssen seit 1. Januar 1997 die CEKennzeichnung in Übereinstimmung mit der Niederspannungsrichtlinie erfüllen. Die Richtlinie gilt für sämtliche elektrischen Bauteile und Geräte im Spannungsbereich 50-1000 V AC und 75-1500 V DC. Danfoss nimmt die CE-Kennzeichnung gemäß der Richtlinie vor und liefert auf Wunsch eine Konformitätserklärung.

Warnhinweise

VORSICHT

Während des Betriebs steigt die Oberflächentemperatur des Filters, berühren Sie das Filter während des Betriebs NICHT.

WARNUNG

Arbeiten Sie niemals an einem Filter, das gerade in Betrieb ist. Das Berühren elektrischer Teile - auch nach der Trennung des Frequenzumrichters vom Netz - kann lebensgefährlich sein.

HINWEIS

Die nicht mehr produzierten LC-Filter wurden für die Serie VLT5000 entwickelt und sind mit dem VLT FC 100/200/300 nicht kompatibel.

Die neuen Filter sind jedoch mit den FCund der VLT 5000Serien kompatibel.

HINWEIS

690-V-Anwendungen:

Bei Motoren, die nicht speziell für den Frequenzumrichterbetrieb oder ohne Doppelisolation ausgelegt sind, rät Danfoss zum Einsatz von dU/dtoder Sinusfiltern.

HINWEIS

Sinusfilter können bei höheren Taktfrequenzen als der Nenntaktfrequenz verwendet werden, dürfen jedoch niemals bei Taktfrequenzen verwendet werden, die mehr als 20 % unter der Nenntaktfrequenz liegen.

HINWEIS

dU/dt-Filter können im Gegensatz zu Sinusfiltern bei niedrigerer Taktfrequenz als der Nenntaktfrequenz verwendet werden, höhere Taktfrequenzen führen jedoch zu Überhitzung des Filters und müssen vermieden werden.

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Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

3 Einführung zu Ausgangsfiltern

3.1 Gründe für die Verwendung von Ausgangsfiltern

Dieses Kapitel beschreibt, warum und wann Ausgangsfilter mit Danfoss Frequenzumrichtern verwendet werden. Es ist in 4 Abschnitte unterteilt:

•Schutz der Motorisolation

•Reduzierung der Motorstörgeräusche

•Reduzierung der hochfrequent wirksamen elektromagnetischen Störungen im Motorkabel

•Lagerströme und Wellenspannung

3.2Schutz der Motorisolation

3.2.1 Die Ausgangsspannung

Die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters ist eine Reihe von Trapezimpulsen mit variabler Breite (Pulsbreitenmodulation), gekennzeichnet durch eine Impulsanstiegzeit tr.

Wird im Wechselrichter ein IGBT geschaltet, so steigt die am 3 3 Motor anliegende Spannung proportional zur dU/dt-

Änderung in Abhängigkeit von folgenden Funktionen an:

•Motorkabel (Typ, Querschnitt, Länge, mit/ohne Abschirmung, Induktivität und Kapazität)

•der Wellenwiderstand des Motors im Hochfrequenzbereich

Durch das Impedanzungleichgewicht zwischen Wellenwiderstand des Kabels und Wellenwiderstand des Motors tritt eine Wellenreflexion auf, die ein Spannungsüberschwingen an den Motorklemmen hervorruft - siehe Abbildung 3.1. Der Motorwellenwiderstand nimmt bei zunehmender Motorgröße ab, sodass sich ein geringeres Ungleichgewicht zur Kabelimpedanz ergibt. Der niedrigere Reflexionsfaktor (Γ) reduziert die Wellenreflexion und damit das Spannungsüberschwingen. Typische Werte enthält Tabelle 3.1.

Bei parallelen Kabeln ist der Wellenwiderstand des Kabels reduziert, sodass sich ein höherer Reflexionsfaktor und größeres Überschwingen ergibt. Weitere Informationen siehe IEC 61800-8.

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5

Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

3 3

Abbildung 3.1 Beispiel einer Umrichterausgangsspannung (gepunktete Linie) und Motorklemmenspannung nach 200 m Kabel (durchgehende Linie).

Typische Werte für Anstiegzeit und Spitzenspannung UPEAK werden an den Motorklemmen zwischen zwei Phasen gemessen.

In der Praxis werden zwei unterschiedliche Definitionen für die Anstiegzeit tr verwendet. Die internationalen IEC-Normen definieren die Anstiegzeit als die Zeit zwischen 10 % und 90 % der Spitzenspannung Upeak. Die US National Electrical Manufacturers Association (NEMA) definiert die Anstiegzeit als die Zeit zwischen 10 % und 90 % der endgültigen eingeregelten Spannung, die gleich der DC-Zwischenkreis- spannung UDC ist. Sieeh Abbildung 3.2 und Abbildung 3.3.

Näherungswerte für unten nicht aufgeführte Kabellängen und Spannungen lassen sich über die folgenden Faustregeln ermitteln:

1.Die Anstiegzeit nimmt mit der Kabellänge zu.

2.UPEAK = DC-Zwischenkreisspannung x (1+Γ); Γ steht für den Reflexionsfaktor und die Tabelle unten enthält typische Werte (DC-Zwischenkreisspannung = Netzspannung x 1,35).

3.	dU/dt =	0.8	× UPEAK		(IEC)
			tr
	dU/dt =	0.8	× UDC	(NEMA)
		tr(NEMA )

(Werte für dU/dt, Anstiegzeit und Upeak bei verschiedenen Kabellängen siehe das Projektierungshandbuch des Frequenzumrichters)

	Motornennleistung	Zm [Ω]	Γ
	[kW]
	<3,7	2000 - 5000	0,95
	90	800	0,82
	355	400	0,6

Tabelle 3.1 Typische Werte für Reflexionsfaktoren (IEC 61800-8).

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Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

Die IECund NEMA-Definitionen der Anstiegzeit tr

Abbildung 3.2 IEC

Abbildung 3.3 NEMA

Verschiedene Normen und technische Vorschriften geben Grenzwerte für die zulässige Upeak und tr für verschiedene Motortypen vor. Einige der am häufigsten verwendeten Grenzlinien zeigt Abbildung 3.4:

•IEC 60034-17: Grenzlinie für Universalmotoren bei Versorgung durch Frequenzumrichter, 500-V- Motoren.

•IEC 60034-25: Grenzwert für Motoren, die für Umrichterbetrieb vorgesehen sind: Kennlinie A gilt für 500-V-Motoren und Kennlinie B gilt für 690-V- Motoren.

•NEMA MG1: Wechselrichtergespeiste Motoren für besondere Zwecke

Wenn die Upeak und tr die Grenzwerte überschreiten, die für den verwendeten Motor gelten, muss ein Ausgangsfilter zum Schutz der Motorisolation verwendet werden.

3	3
Abbildung 3.4 Grenzlinien für Upeak und Anstiegzeit tr.

3.3 Reduzierung der Motorstörgeräusche

Von Motoren erzeugte Störgeräusche haben drei Hauptursachen.

1.Die vom Motorkern durch Magnetostriktion erzeugten magnetischen Störgeräusche

2.Die von den Motorlagern erzeugten Störgeräusche

3.Die von der Motorbelüftung erzeugten Störgeräusche

Wenn ein Motor von einem Frequenzumrichter gespeist wird, ruft die pulsbreitenmodulierte (PWM) Spannung, die am Motor angelegt wird, zusätzliche magnetische Störgeräusche bei Taktfrequenz und Oberschwingungen der Taktfrequenz (meist mit dem Doppelten der Taktfrequenz) hervor. In einigen Anwendungen ist dies nicht akzeptabel. Zur Beseitigung dieser zusätzlichen Schaltgeräusche sollte ein Sinusfilter verwendet werden. Dieses filtert die pulsförmige Spannung vom Frequenzumrichter und liefert eine sinusförmige verkettete Spannung an den Motorklemmen.

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Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

3.4Reduzierung bei hochfrequent wirksamen elektromagnetischen Störgeräuschen im Motorkabel

Wenn keine Filter verwendet werden, ist das Spannungsüberschwingen an den Motorklemmen die Hauptursache von hochfrequent wirksamen Störgeräuschen. Abbildung 3.5 zeigt die Korrelation zwischen der Frequenz des Spannungsüber-

3 3 schwingens an den Motorklemmen und dem Spektrum der hochfrequent leitungsgeführten Störungen im Motorkabel. Neben dieser Geräuschkomponente gibt es auch andere Geräuschkomponenten, wie:

•Die Gleichtaktspannung zwischen Phasen und Masse bei der Taktfrequenz und ihren Oberschwingungen - hohe Amplitude, aber niedrige Frequenz.

•Hochfrequent wirksame Störgeräusche (über 10 MHz), die durch das Schalten der Halbleiter hervorgerufen werden - hohe Frequenz, aber niedrige Amplitude.

Abbildung 3.5 Korrelation zwischen der Frequenz des Spannungsüberschwingens und dem Spektrum der Geräuschemissionen.

Wenn ein Ausgangsfilter eingebaut wird, ergibt sich der folgende Effekt:

•Bei dU/dt-Filtern wird die Frequenz des Überschwingens unter 150 kHz reduziert.

•Bei Sinusfiltern wird das Überschwingen vollkommen beseitigt und der Motor wird durch eine sinusförmige verkettete Spannung gespeist.

Es ist zu beachten, dass die anderen beiden Geräuschkomponenten noch immer vorliegen. Dies wird in den Messungen der leitungsgeführten Emission in Abbildung 3.7 und Abbildung 3.8 veranschaulicht. Die Verwendung nicht abgeschirmter Motorkabel ist möglich, der Aufbau der Anlage sollte jedoch Geräuschkopplung zwischen dem nicht abgeschirmten Motorkabel und der Netzleitung oder anderen empfindlichen Kabeln (Sensoren, Kommunikation usw.) verhindern. Dies kann durch Kabeltrennung und Einziehen des Motorkabels in einen getrennten, durchgehenden und geerdeten Kabelkanal erreicht werden.

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3.5Was versteht man unter Lagerströmen und Wellenspannungen?

Die Kombination aus schnell schaltenden Transistoren im Frequenzumrichter und Gleichtaktspannung (Spannung zwischen Phasen und Masse) erzeugt hochfrequente Lagerströme und Wellenspannungen. Lagerströme und Wellenspannungen können zwar auch in Motoren mit direktem Netzanschluss auftreten. Bei Motoren, die von einem Frequenzumrichter gespeist werden, findet eine Verstärkung dieser Phänomene statt. Der Großteil der Lagerschäden in frequenzumrichtergespeisten Motoren ist auf Vibrationen, Ausrichtungsfehler, übermäßige axiale bzw. radiale Belastung, mangelhafte Schmierung oder Verschmutzungen im Schmierfett zurückzuführen. Gelegentlich werden die Lagerschäden durch Lagerströme oder Wellenspannungen verursacht. Die Phänomene, die Lagerströme und Wellenspannungen verursachen, sind überaus komplex. Eine Erläuterung würde den Rahmen dieses Projektierungshandbuchs sprengen. Grundsätzlich können zwei verursachende Mechanismen ausgemacht werden:

•Kapazitive Kopplung: Die Spannung im Lager wird durch parasitäre Kapazitäten im Motor verursacht.

•Induktive Kopplung: Hier liegt die Ursache in den Kreisströmen im Motor.

Der Schmierfettfilm auf den Lagern wirkt isolierend. Die Spannung im Lager kann diesen Schmierfettfilm auflösen und dadurch eine kleine elektrische Entladung (ein Funken) zwischen den Lagerkugeln und der Laufbahn verursachen. Die Entladungen haben mikroskopisch kleine Verschmelzungen an den Lagerkugeln und der Laufbahn zur Folge, die langfristig zu einem frühzeitigen Verschleiß der Lager führen. Dieses Phänomen ist unter der Bezeichnung Funkenerodierung (eng. Electrical Discharge Machining, EDM) bekannt.

3.5.1Vorbeugung des frühzeitigen Verschleißes von Lagern

Es stehen zahlreiche Maßnahmen zur Verhinderung von Beschädigungen und frühzeitigem Verschleiß bei Lagern zur Auswahl (bestimmte Maßnahmen sind nicht immer anwendbar, teilweise können mehrere Maßnahmen gleichzeitig getroffen werden). Die Ziele dabei sind entweder die Bereitstellung einer niederohmigen Rückleitung für hochfrequente Ströme oder die elektrische Isolierung der Motorwelle zur Verhinderung von Strömen in den Lagern. Daneben stehen mechanische Maßnahmen zur Auswahl.

Maßnahmen zur Bereitstellung einer niederohmigen

Rückleitung

•Beachten Sie sämtliche Vorgaben der EMV-Installa- tionsrichtlinie. Optimalerweise führt die Rückleitung vom Motor zum Frequenzumrichter, z.

	B. unter Verwendung von abgeschirmten Kabeln.	3	3
•	Vergewissern Sie sich, dass der Motor geerdet ist
	und die Erdung eine niedrige Impedanz für
	hochfrequente Ströme hat.
•	Stellen Sie eine Hochfrequenz-Erdverbindung
	zwischen dem Motorgehäuse und der Last her.
•	Verwenden Sie eine Erdungsbürste.
Maßnahmen zur Isolierung von Motorwelle und Last
•	Verwenden Sie isolierte Lager (oder mindestens ein
	isoliertes Lager an der Gegenantriebsseite).
•	Verwenden Sie isolierte Kupplungen, um Ströme
	zwischen Welle und Erdung zu vermeiden.

Mechanische Maßnahmen

•Vergewissern Sie sich, dass Motor und Last richtig angeordnet sind.

•Überprüfen Sie, ob die (axiale und radiale) Belastung der Lager innerhalb des zulässigen Bereichs liegt.

•Überprüfen Sie den Umfang der Vibrationen im Lager.

•Überprüfen Sie, ob die Schmierung der Lager den Betriebsbedingungen entspricht.

Eine weitere Maßnahme besteht in der Nutzung von Filtern. Diese Maßnahme kann mit den oben beschriebenen kombiniert werden. Hochfrequenz-Gleichtakt-Filter (HF-CM- Kernsätze) sind eigens für die Reduzierung der Lagerbelastung entwickelt. Auch Sinusfilter können hier wirksam eingesetzt werden. dU/dt-Filter sind hierbei weniger wirksam. Es wird empfohlen, diese zusammen mit HF-CM- Kernen zu verwenden.

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Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

3.5.2Messung elektrischer Entladungen in den Motorlagern

Das Auftreten elektrischer Entladungen in den Motorlagern kann mit einem Oszilloskop und einer Bürste zur Aufnahme 3 3 der Wellenspannung gemessen werden. Die Methode birgt Schwierigkeiten und die Auslegung der gemessenen Wellenformen setzt fundiertes Wissen über Lagerströme voraus. Als

einfachere Alternative bietet sich die Nutzung eines Detektors zur Feststellung von Entladungen (130B8000), wie in Abbildung 3.6 gezeigt. Das Gerät besteht aus einer Rahmenantenne, die Signale im Frequenzbereich 50 - 200 MHz empfängt, und einem Zähler. Bei jeder Entladung wird eine elektromagnetische Welle ausgesendet, die vom Gerät erfasst und im Zähler registriert wird. Zeigt der Zähler eine hohe Anzahl von Entladungen, müssen Maßnahmen getroffen werden, um einem frühzeitigen Verschleiß der Lager entgegenzuwirken. Das Gerät kann somit zur Ermittlung der genauen Anzahl an Kernen verwendet werden, die für eine Reduzierung der Lagerströme benötigt werden. Beginnen Sie mit einem Satz aus 2 Kernen. Werden die Entladungen damit weder ganz beseitigt noch erheblich reduziert, sind weitere Kerne zu montieren. Hierfür finden Sie in der oberen Tabelle Orientierungswerte, die für die meisten Anwendungen mit einer breiten Sicherheitsmarge gelten. Wenn die Kerne an die Klemmen des Frequenzumrichters angeschlossen werden und eine Kernsättigung wegen zu langer Motorkabel festgestellt wird (die Kerne haben keine Auswirkung auf die Lagerströme), überprüfen Sie die Installation auf mögliche Fehler. Wenn die Kernsättigung auch nach Erfüllung der EMV-Vorgaben fortbesteht, schließen Sie die Kerne an die Motorklemmen an.

<![if ! IE]>

<![endif]>130BB729.10

129

50 - 200 MHz

130B8000

Abbildung 3.6 Detektor für elektrische Entladung

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3 3

Abbildung 3.7 Netzleitungsgeführte Störgeräusche, kein Filter

Abbildung 3.8 Netzleitungsgeführte Störgeräusche, Sinusfilter

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				Einführung zu Ausgangsfilte...		Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
3		3		Leistungskriterien	dU/dt-Filter		Sinusfilter			Bei Hochfrequenz-Gleichtakt-Filtern
				Belastung der	Bis zu 150 m Kabel (abgeschirmt/		Liefert eine sinusförmige verkettete			Reduziert die Motorisolationsbelastung
				Motorisolation	nicht abgeschirmt) erfüllt die		Motorklemmenspannung. Erfüllt die			nicht
					Anforderungen von IEC 60034-171		Anforderungen von IEC 60034-17 1 und
					(Universalmotoren). Über dieser		NEMA-MG1 für Universalmotoren mit
					Kabellänge nimmt die Gefahr von		Kabellängen bis zu 500 m (1 km bei
					„Doppelimpulsen“ (das Zweifache		VLT-Baugröße D und höher).
					der Netzspannung) zu.
				Belastung der	Leicht reduziert, nur bei Hochleis-		Reduziert durch Kreisströme			Reduziert die Belastung der Motorlager
				Motorlager	tungsmotoren.		verursachte Lagerströme. Reduziert			durch die Begrenzung der
							keine Gleichtaktströme (Wellenströme).			hochfrequent wirksamen Gleichtakt-
										ströme.
				Elektromagnetische	Beseitigt Überschwingen in		Beseitigt Überschwingen in			Reduziert hochfrequente Emissionen
				Verträglichkeit	Motorkabeln. Ändert die Klasse bei		Motorkabeln. Ändert die Klasse bei			(über 1 MHz). Ändert die Klasse bei
					Störaussendungen nicht. Lässt		Störaussendungen nicht. Lässt keine			Störaussendungen des EMV-Filters
					keine längeren Motorkabel wie für		längeren Motorkabel wie für das			nicht. Lässt keine längeren Motorkabel
					das integrierte EMV-Filter des		integrierte EMV-Filter des Frequenzum-			wie für den Frequenzumrichter
					Frequenzumrichters angegeben zu.		richters angegeben zu.			angegeben zu.
				Max. Motorka-	100-150 m		Mit garantierter elektromagnetischer			150 m abgeschirmt (Baugröße A, B, C),
				bellänge	Mit garantierter elektromagne-		Verträglichkeit EMC: 150 m abgeschirmt			300 m abgeschirmt (Baugröße D, E, F),
					tischer Verträglichkeit: 150 m		und 300 m nicht abgeschirmt.			300 m nicht abgeschirmt
					abgeschirmt.		Ohne garantierte elektromagnetische
					Ohne garantierte elektromagne-		Verträglichkeit: bis zu 500 m (1 km bei
					tische Verträglichkeit: 150 nicht		VLT-Baugröße D und höher).
					abgeschirmt.
				Taktfrequenzge-	Beseitigt keine Taktfrequenzge-		Beseitigt durch Magnetostriktion			Beseitigt keine Taktfrequenzgeräusche.
				räusche am Motor	räusche.		verursachte Taktfrequenzgeräusche
							vom Motor.
				Relative Größe	15-50 % (abhängig von		100%			5 - 15%
					Leistungsgröße)
				Spannungsabfall	0,5 %		4-10%			Keine
				Tabelle 3.2 Vergleich von dU/dtund Sinusfiltern
				1) Nicht 690 V				Funktionen und Vorteile
				2) Formel siehe Allgemeine technische Daten.				dU/dt-Filter reduzieren die Spannungsspitzen und dU/dt der
								Impulse an den Motorklemmen. Die dU/dt-Filter reduzieren
				3.6.1 du/dt-Filter				dU/dt auf ca. 500 V/µs.
				Die dU/dt-Filter bestehen aus Drosseln und Kondensatoren				Vorteile
				in Tiefpassfilteranordnung und ihre Grenzfrequenz liegt über				•
				der normalen Taktfrequenz des Frequenzumrichters. Die					Schützt den Motor vor hohen dU/dt-Werten und
				Werte für Induktivität (L) und Kapazität (C) werden in den					Spannungsspitzen und verlängert somit die
				Tabellen in 4.2 Elektrische Daten - dU/dt-Filter gezeigt. Sie					Lebensdauer des Motors
				haben niedrigere L- und C-Werte und sind damit kosten-				•	Ermöglicht Einsatz von Motoren, die nicht speziell
				günstiger und kleiner als Sinusfilter. Bei einem dU/dt-Filter ist

	3.6 Welcher Filter für welchen Zweck	für Umrichterbetrieb ausgelegt sind, z. B. bei
	Tabelle 3.2 zeigt einen Vergleich von dU/dt-, Sinusfilterund HF-CM-Leistung. Mit ihrer Hilfe kann bestimmt werden, welches
	Filter in Ihrer Anwendung verwendet werden sollte.
	der Spannungsverlauf noch immer pulsförmig, der Strom ist	Nachrüstung
	jedoch sinusförmig - siehe die folgenden Abbildungen.

12	MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss

Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

Anwendungsbereiche

Danfoss empfiehlt die Verwendung von dU/dt-Filtern in den folgenden Anwendungen:

•Anwendungen mit häufigem regenerativem Bremsen

•Motoren, die nicht für Frequenzumrichterbetrieb ausgelegt sind und die IEC 600034-25 nicht einhalten

•Motoren, die unter aggressiven Umgebungsbedingungen aufgestellt sind oder bei hohen Temperaturen betrieben werden

•Anwendungen mit Überschlagrisiko

•Anlagen mit alten Motoren (Nachmontage) oder Universalmotoren, die IEC 600034-17 nicht erfüllen

•Anwendungen mit kurzen Motorkabeln (unter 15 m)

•690-V-Anwendungen

Spannung und Strom mit und ohne dU/dt-Filter:

Abbildung 3.9 Ohne Filter

3 3

Abbildung 3.10 Mit dU/dt-Filter

		<![if ! IE]> <![endif]>130BB113.11
	<![if ! IE]> <![endif]>[V]
	<![if ! IE]> <![endif]>Uspitze	50 M, DV/DT-FILTER
		150 M, DV/DT-FILTER
		15 M, DV/DT-FILTER

Anstiegezeit [µs]

Abbildung 3.11 Gemessene dU/dt-Werte (Anstiegzeit und Spitzenspannungen) mit und ohne dU/dt-Filter bei Verwendung von Kabellängen 15, 50 und 150 m bei einem Induktionsmotor mit 400 V und 37 kW.

Der dU/dt-Wert nimmt mit der Motorkabellänge ab, während die Spitzenspannung zunimmt (siehe

Abbildung 3.11). Die Upeak-Werte sind von der Zwischenkreisspannung (UDC) des Frequenzumrichters abhängig. Da die UDC bei der Motorbremsung (generatorisch) steigt, kann der Upeak-Wert die in der Norm IEC 60034-17 zulässige Grenze überschreiten und somit die Motorisolierung belasten. Danfoss empfiehlt daher dU/dt-Filter in Anwendungen mit häufigem Bremsen. Die Abbildung oben zeigt außerdem die Zunahme von Upeak mit der Kabellänge. Mit zunehmender Kabellänge erhöht sich auch die Kabelkapazität. Das Kabel verhält sich in diesem Fall wie ein Tiefpassfilter. Für längere Kabel bedeutet dies eine längere Anstiegzeit tr. Daher wird empfohlen, dU/dt-Filter nur in Anwendungen mit Kabellängen bis zu 150 m zu verwenden. Über 150 m haben

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13

Einführung zu Ausgangsfilte...	Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter

dU/dt-Filter keine Wirkung. Bei Notwendigkeit einer weiteren Reduktion ist ein Sinusfilter zu verwenden.

		Filterfunktionen
3	3	•	Schutzarten IP00 und IP20/23/54 für den gesamten
			Leistungsbereich

•Montage neben Frequenzumrichter

•Reduzierte Größe, reduziertes Gewicht und reduzierter Preis im Vergleich zu Sinusfiltern

•Möglichkeit zum Anschluss abgeschirmter Kabel mit mitgeliefertem Abschirmblech

•Kompatibel mit allen Steuerverfahren einschließlich Flux-Vektor und VVCPLUS

•Wandmontage der Filter bis 177 A, Bodenmontage über dieser Größe

Abbildung 3.12 525 V - mit und ohne dU/dt-Filter

In Anlagen mit kurzen Motorkabeln (unter 5-10 m) ist die Anstiegzeit kurz, wodurch hohe dU/dt-Werte entstehen. Die hohen dU/dt-Werte können eine schädlich hohe Potentialdifferenz zwischen den Wicklungen im Motor hervorrufen. Dies kann zu Isolationsdurchschlag und Überschlag führen. Danfoss empfiehlt daher dU/dt-Filter in Anwendungen mit Motorkabellängen unter 15 m.

3.6.2 Sinusfilter

Sinusfilter sind nur für niedrige Frequenzen passierbar. Hohe Frequenzen werden somit herausgefiltert und Strom und Spannung werden nahezu sinusförmig. Durch den sinusförmigen Verlauf von Spannung und Strom entfällt der Einsatz spezieller Frequenzumrichtermotoren mit verstärkter Isolierung. Die Motorstörgeräusche werden somit ebenfalls gedämpft. Das Sinusfilter senkt ebenfalls die Belastung der Motorisolation und Lagerströme im Motor. Dies verlängert die Motorlebensdauer und Wartungsintervalle. Sinusfilter ermöglichen den Anschluss langer Motorkabel in Anwendungen, bei denen der Motor in größerer Entfernung vom Frequenzumrichter installiert ist. Da das Filter nicht zwischen Motorphasen und Masse wirkt, reduziert es die Ableitströme in den Kabeln nicht. Daher ist die Motorkabellänge begrenzt - siehe Tabelle 3.2.

Die Sinusfilter von Danfoss sind für den Betrieb mit dem VLT® FC 100/200/300 ausgelegt. Sie ersetzen das Produktprogramm der LC-Filter und sind mit den Frequenzumrichtern der Serie VLT 5000-8000 rückwärtskompatibel. Sie bestehen aus Drosseln und Kondensatoren in Tiefpassfilteranordnung. Die Werte für Induktivität (L) und Kapazität (C) werden in den Tabellen in 4.3 Elektrische Daten - Sinusfilter gezeigt.

Funktionen und Vorteile

Wie oben beschrieben reduzieren Sinusfilter die Belastung der Motorisolation und beseitigen Taktfrequenzgeräusche vom Motor. Die Motorverluste werden reduziert, da der Motor mit sinusförmiger Spannung versorgt wird, wie Abbildung 3.12 zeigt. Außerdem beseitigt das Filter die Impulsreflexionen im Motorkabel und verringert dadurch die Verluste im Frequenzumrichter.

Vorteile

•Schützt den Motor vor Spannungsspitzen und verlängert somit die Lebensdauer des Motors

Abbildung 3.13 690 V - mit und ohne dU/dt-Filter

Quelle: Test eines VLT FC 302, 690 V, 30 kW, mit dU/dt-Filter MCC 102

Abbildung 3.12 und Abbildung 3.13 zeigen das Verhalten von Upeak und der Anstiegzeit als Funktion der Motorkabellänge.

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Verringert die Verluste im Motor

Beseitigt Taktfrequenzgeräusche vom Motor

Geringere Halbleiterausfälle im Frequenzumrichter bei längeren Motorkabeln

Verringert elektromagnetische Ausstrahlungen von Motorkabeln durch Beseitigung von hochfrequentem Überschwingen im Kabel

14	MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss