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
1.1.2 Abkürzungen 3
2 Sicherheit und Konformität
2.1 Sicherheitshinweise
2.1.1 CE-Kennzeichnung 4
3 Einführung zu Ausgangsfiltern
3.1 Gründe für die Verwendung von Ausgangsfiltern
3.2 Schutz der Motorisolation
3.2.1 Die Ausgangsspannung 5
3.3 Reduzierung der Motorstörgeräusche
3.4 Reduzierung bei hochfrequent wirksamen elektromagnetischen Störgeräuschen im Motorkabel
3.5 Was versteht man unter Lagerströmen und Wellenspannungen?
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
3
4
4
5
5
5
7
8
9
12
3.6.1 du/dt-Filter 12
3.6.2 Sinusfilter 14
3.6.3 Hochfrequenz-Gleichtakt-Kernsätze 16
4 Auswahl von Ausgangsfiltern
4.1 Auswählen eines geeigneten Ausgangsfilters
4.1.1 Produktübersicht 17
4.1.2 Auswahl der HF-CM-Kerne 19
4.2 Elektrische Daten - dU/dt-Filter
4.3 Elektrische Daten - Sinusfilter
4.3.1 Ersatzteile/Zubehör 27
4.3.2 Kabelanschlüsse für Bodenfilter 27
4.3.3 Klemmenanschlusssätze 28
4.4 Sinusfilter
4.4.1 du/dt-Filter 30
4.4.2 Unterbau-Sinusfilter 31
5 Installieren
17
17
20
22
29
32
5.1 Mechanische Installation
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 Sinus- und dU/dt-Filtern 33
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 1
32
Inhaltsverzeichnis Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
5.1.5 Abschirmung 33
5.2 Abmessungen
5.2.1 Zeichnungen 34
6 Programmieren des Frequenzumrichters
6.1.1 Parametereinstellungen zum Betrieb mit Sinusfilter 43
Index
34
43
44
2 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
Lesen des Projektierungshan... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
1 Lesen des Projektierungshandbuchs
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 = Amerikanisches Drahtmaß
Ampere/AMP A
Automatische Motoranpassung AMA
Stromgrenze I
Grad Celsius °C
Gleichstrom DC
Abhängig von Frequenzumrichter D-TYPE
Elektromagnetische Verträglichkeit
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 I
Motornennfrequenz f
Motornennleistung P
Motornennspannung U
Parameter Par.
Schutzkleinspannung PELV
Wechselrichter-Ausgangsnennstrom
Umdrehungen pro Minute UPM
Sekunde s
Synchronmotordrehzahl n
Drehmomentgrenze T
Volt V
I
VLT,MAX
I
VLT,N
AWG
LIM
EMV
M,N
M,N
M,N
M,N
I
INV
s
LIM
Der maximale Ausgangsstrom.
Der Ausgangsnennstrom, den
der Frequenzumrichter liefern
kann.
1 1
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 3
Sicherheit und Konformität Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
2 Sicherheit und Konformität
22
WARNUNG
2.1 Sicherheitshinweise
Geräte mit elektronischen Bauteilen dürfen nicht
im normalen Hausmüll entsorgt werden.
Sie müssen gesondert mit Elektro- und Elektronikaltgeräten gemäß geltender Gesetzgebung
gesammelt werden.
MCC 101/102
Projektierungshandbuch
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.
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 FC- und 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/dt- oder
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.
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.
4 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
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 elektro-
•
magnetischen Störungen im Motorkabel
Lagerströme und Wellenspannung
•
3.2 Schutz 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
Motor anliegende Spannung proportional zur dU/dtÄnderung in Abhängigkeit von folgenden Funktionen an:
Motorkabel (Typ, Querschnitt, Länge, mit/ohne
•
Abschirmung, Induktivität und Kapazität)
der Wellenwiderstand des Motors im Hochfre-
•
quenzbereich
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.
3
3
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 5
3
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
Abbildung 3.1 Beispiel einer Umrichterausgangsspannung (gepunktete Linie) und Motorklemmenspannung nach 200 m Kabel (durchgehende
Linie).
Typische Werte für Anstiegzeit und Spitzenspannung U
PEAK
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 U
. Die US National Electrical
peak
Manufacturers Association (NEMA) definiert die Anstiegzeit
als die Zeit zwischen 10 % und 90 % der endgültigen
eingeregelten Spannung, die gleich der DC-Zwischenkreisspannung 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.
U
= DC-Zwischenkreisspannung x (1+Γ); Γ steht
PEAK
für den Reflexionsfaktor und die Tabelle unten
enthält typische Werte
(DC-Zwischenkreisspannung = Netzspannung x
1,35).
0.8 ×
0.8 ×
t
(
NEMA
r
U
t
r
U
PEAK
DC
(NEMA)
)
(IEC)
bei verschiedenen
peak
3.
dU/dt
dU/dt
=
=
(Werte für dU/dt, Anstiegzeit und U
Kabellängen siehe das Projektierungshandbuch des
Frequenzumrichters)
Motornennleistung
[kW]
<3,7 2000 - 5000 0,95
90 800 0,82
355 400 0,6
Zm [Ω]
Γ
Tabelle 3.1 Typische Werte für Reflexionsfaktoren (IEC 61800-8).
6 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
Die IEC- und NEMA-Definitionen der Anstiegzeit t
Abbildung 3.2 IEC
Abbildung 3.3 NEMA
Verschiedene Normen und technische Vorschriften geben
Grenzwerte für die zulässige U
Motortypen vor. Einige der am häufigsten verwendeten
Grenzlinien zeigt Abbildung 3.4:
IEC 60034-17: Grenzlinie für Universalmotoren bei
•
Versorgung durch Frequenzumrichter, 500-VMotoren.
IEC 60034-25: Grenzwert für Motoren, die für
•
Umrichterbetrieb vorgesehen sind: Kennlinie A gilt
für 500-V-Motoren und Kennlinie B gilt für 690-VMotoren.
NEMA MG1: Wechselrichtergespeiste Motoren für
•
besondere Zwecke
Wenn die U
den verwendeten Motor gelten, muss ein Ausgangsfilter zum
Schutz der Motorisolation verwendet werden.
und tr die Grenzwerte überschreiten, die für
peak
und tr für verschiedene
peak
r
Abbildung 3.4 Grenzlinien für U
und Anstiegzeit tr.
peak
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.
3
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MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 7
3
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
3.4 Reduzierung 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 Spannungsüberschwingens 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.
8 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
3.5 Was 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 Funkenero-
dierung (eng. Electrical Discharge Machining, EDM) bekannt.
Vorbeugung des frühzeitigen
3.5.1
Verschleißes von Lagern
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.
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-CMKernsätze) 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-CMKernen zu verwenden.
3
3
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.
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 9
129
50 - 200
MHz
130BB729.10
130B8000
3
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
3.5.2 Messung elektrischer Entladungen in
den Motorlagern
Das Auftreten elektrischer Entladungen in den Motorlagern
kann mit einem Oszilloskop und einer Bürste zur Aufnahme
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.
Abbildung 3.6 Detektor für elektrische Entladung
10 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
Abbildung 3.7 Netzleitungsgeführte Störgeräusche, kein Filter
3
3
Abbildung 3.8 Netzleitungsgeführte Störgeräusche, Sinusfilter
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 11
3
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
3.6 Welcher Filter für welchen Zweck
Tabelle 3.2 zeigt einen Vergleich von dU/dt-, Sinusfilter- und HF-CM-Leistung. Mit ihrer Hilfe kann bestimmt werden, welches
Filter in Ihrer Anwendung verwendet werden sollte.
Leistungskriterien dU/dt-Filter Sinusfilter Bei Hochfrequenz-Gleichtakt-Filtern
Belastung der
Motorisolation
Belastung der
Motorlager
Elektromagnetische
Verträglichkeit
Max. Motorkabellänge
Taktfrequenzgeräusche am Motor
Relative Größe 15-50 % (abhängig von
Spannungsabfall
Bis zu 150 m Kabel (abgeschirmt/
nicht abgeschirmt) erfüllt die
Anforderungen von IEC 60034-17
(Universalmotoren). Über dieser
Kabellänge nimmt die Gefahr von
„Doppelimpulsen“ (das Zweifache
der Netzspannung) zu.
Leicht reduziert, nur bei Hochleistungsmotoren.
Beseitigt Überschwingen in
Motorkabeln. Ändert die Klasse bei
Störaussendungen nicht. Lässt
keine längeren Motorkabel wie für
das integrierte EMV-Filter des
Frequenzumrichters angegeben zu.
100-150 m
Mit garantierter elektromagnetischer Verträglichkeit: 150 m
abgeschirmt.
Ohne garantierte elektromagnetische Verträglichkeit: 150 nicht
abgeschirmt.
Beseitigt keine Taktfrequenzgeräusche.
Leistungsgröße)
0,5 % 4-10% Keine
Liefert eine sinusförmige verkettete
Motorklemmenspannung. Erfüllt die
1
Anforderungen von IEC 60034-17 1 und
NEMA-MG1 für Universalmotoren mit
Kabellängen bis zu 500 m (1 km bei
VLT-Baugröße D und höher).
Reduziert durch Kreisströme
verursachte Lagerströme. Reduziert
keine Gleichtaktströme (Wellenströme).
Beseitigt Überschwingen in
Motorkabeln. Ändert die Klasse bei
Störaussendungen nicht. Lässt keine
längeren Motorkabel wie für das
integrierte EMV-Filter des Frequenzumrichters angegeben zu.
Mit garantierter elektromagnetischer
Verträglichkeit EMC: 150 m abgeschirmt
und 300 m nicht abgeschirmt.
Ohne garantierte elektromagnetische
Verträglichkeit: bis zu 500 m (1 km bei
VLT-Baugröße D und höher).
Beseitigt durch Magnetostriktion
verursachte Taktfrequenzgeräusche
vom Motor.
100% 5 - 15%
Reduziert die Motorisolationsbelastung
nicht
Reduziert die Belastung der Motorlager
durch die Begrenzung der
hochfrequent wirksamen Gleichtaktströme.
Reduziert hochfrequente Emissionen
(über 1 MHz). Ändert die Klasse bei
Störaussendungen des EMV-Filters
nicht. Lässt keine längeren Motorkabel
wie für den Frequenzumrichter
angegeben zu.
150 m abgeschirmt (Baugröße A, B, C),
300 m abgeschirmt (Baugröße D, E, F),
300 m nicht abgeschirmt
Beseitigt keine Taktfrequenzgeräusche.
Tabelle 3.2 Vergleich von dU/dt- und Sinusfiltern
1) Nicht 690 V
2) Formel siehe Allgemeine technische Daten.
Funktionen und Vorteile
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
Die dU/dt-Filter bestehen aus Drosseln und Kondensatoren
dU/dt auf ca. 500 V/µs.
Vorteile
in Tiefpassfilteranordnung und ihre Grenzfrequenz liegt über
der normalen Taktfrequenz des Frequenzumrichters. Die
Werte für Induktivität (L) und Kapazität (C) werden in den
Tabellen in 4.2 Elektrische Daten - dU/dt-Filter gezeigt. Sie
haben niedrigere L- und C-Werte und sind damit kostengünstiger und kleiner als Sinusfilter. Bei einem dU/dt-Filter ist
der Spannungsverlauf noch immer pulsförmig, der Strom ist
jedoch sinusförmig - siehe die folgenden Abbildungen.
12 MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss
Schützt den Motor vor hohen dU/dt-Werten und
•
Spannungsspitzen und verlängert somit die
Lebensdauer des Motors
Ermöglicht Einsatz von Motoren, die nicht speziell
•
für Umrichterbetrieb ausgelegt sind, z. B. bei
Nachrüstung
130BB113.11
Uspitze [V]
15 m, dV/dt-Filter
Anstiegezeit [µs]
150 m, dV/dt-Filter
50 m, dV/dt-Filter
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 Umgebungsbedin-
•
gungen 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
•
Abbildung 3.10 Mit dU/dt-Filter
3
3
Spannung und Strom mit und ohne dU/dt-Filter:
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.
Abbildung 3.9 Ohne Filter
Der dU/dt-Wert nimmt mit der Motorkabellänge ab,
während die Spitzenspannung zunimmt (siehe
Abbildung 3.11). Die U
spannung (UDC) des Frequenzumrichters abhängig. Da die
UDC bei der Motorbremsung (generatorisch) steigt, kann der
U
-Wert die in der Norm IEC 60034-17 zulässige Grenze
peak
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 U
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
peak
-Werte sind von der Zwischenkreis-
peak
mit der Kabellänge. Mit zunehmender
MG.90.N5.03 - VLT® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Danfoss 13
Einführung zu Ausgangsfilte... Projektierungshandbuch für Ausgangsfilter
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dU/dt-Filter keine Wirkung. Bei Notwendigkeit einer
weiteren Reduktion ist ein Sinusfilter zu verwenden.
Filterfunktionen
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 VVC
Wandmontage der Filter bis 177 A, Bodenmontage
•
über dieser Größe
PLUS
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.
Abbildung 3.12 525 V - mit und ohne dU/dt-Filter
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
U
und der Anstiegzeit als Funktion der Motorkabellänge.
peak
Die Sinusfilter von Danfoss sind für den Betrieb mit dem
VLT® FC 100/200/300 ausgelegt. Sie ersetzen das Produkt-
programm 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
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
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